Техника - молодёжи 1957-08, страница 11

частиц, способных создавать гораздо большее количество быстрых частиц, чем их можно было получить от радиоактивных препаратов. Это позволило получать сравнительно яркое черенковское излучение. Во-вторых, создание фотоумножителей — приборов, достаточно чувствительных для регистрации отдельных фотонов.

Теперь ученые не сидят часами в темноте. Электронные приборы автоматически ведут подсчет фотонов черенковского излучения, замечая и то, чего не мог бы заметить самый натренированный глаз.

В 1951 году было обнаружено черенковское излучение, вызванное прохождением через дистиллированную воду мю-мезонов космических лучей.

В том же году было обнаружено черенковское излучение от пучка быстрых протонов, полученных с помощью ускорителя. Свечение было столь сильным, что его легко можно было фиксировать с помощью фотографической пластинки. Обработка результатов эксперимента - привела к блестящему совпадению с теорией Тамма — Франка. Еще через год было обнаружено черенковское излучение, вызванное протонами, входящими в состав космических лучей.

Постепенно черенковское излучение перестало быть только объектом изучения. Оно оказалось изученным настолько, что, в свою очередь, превратилось в инструмент в руках ученых.

Вспомним о волнах, разбегающихся по воде от движущегося катера. Если бы на катере вышли из строя приборы для измерения скорости, капитан смог бы определить его скорость, измеряя угол, под которым расходится носовая волна. Физики, изучавшие черенковское излучение от протонов, полученных с помощью ускорителя, показали, что таким же образом можно очень точно измерять скорость, а значит, и энергию протонов. Тщательно измеряя угол, под которым видно излучение, и свойства среды, в которой оно наблюдалось, они определяли скорость протонов с ошибкой меньше чем 0,1%. Этим способом может измеряться и скорость других быстрых заряженных частиц.

На основе эффекта Черенкова созданы крайне чувствительные счетчики, позволяющие регистрировать отдельные быстрые частицы. Такие счетчики обладают огромным преимуществом. Они позволяют просто определять направление прихода частиц. Ведь черенковское излучение может наблюдаться только в виде узкого конуса, смотрящего вдоль направления полета частицы.

Черенковские счетчики обладают еще одним важным преимуществом—они не замечают медленных частиц. Ученые называют это пороговым эффектом. Ведь частицы, скорость которых меньше скорости света в веществе, из которого сделан счетчик, не дают в нем черенковского излучения, а значит, счетчик их не считает. Изготовляя счетчики из различных веществ, можно изменять величину пороговой скорости, то есть регистрировать частицы с различной энергией.

Со временем удалось наблюдать черенковское излучение не только в жидкостях и твердых телах, но и в газах. Несмотря на то, что свет распространяется в воздухе лишь немногим медленнее, чем в пустоте, оказалось, что в составе космических лучей имеются частицы, обгоняющие свет в воздухе. Черенковское излучение от этих частиц имеет вид очень острого конуса с углом всего в один градус, что позволяет определить направление прихода космических частиц с недоступной для других методов точностью.

Физики всего мира были недавно взволнованы двумя важными открытиями. На крупнейшем американском ускорителе-бэватроне, дающем частицы с энергией 6,8 млрд. электроновольт, были открыты новые частицы — антипротон и антинейтрон. При открытии обеих новых частиц существенную роль сыграло применение черенковских счетчиков.

Черенковские счетчики будут применяться и при исследованиях на крупнейшем в мире ускорителе-синхрофазотроне на 10 млрд. электроновольт, построенном советскими учеными в городе Дубно.

ВТОРАЯ ЖИЗНЬ ОТКРЫТИЯ

Физик В. Л. Гинзбург, теоретически изучивший еще перед войной черенковское излучение в твердых телах, предложил использовать это излучение для генерации миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. В 1946 году он, рассматривая различные возможности получения миллиметровых радиоволн, указал, что эффект Черенкова позволяет использовать для этой цели равномерно движущиеся электроны.

При этом Гинзбург развил мысль академика Л. И. Мандельштама, высказанную им задолго до того, еще при обсуждении докторской диссертации Черенкова.

Мандельштам указал, что для наблюдения эффекта Черенкова не обязательно пропускать электроны через вещество, где они довольно быстро тормозятся встречными атомами. Достаточно, указал он, пропустить пучок быстрых электронов через канал, проделанный в диэлектрике. Важно лишь, чтобы сечение этого канала было меньше, чем длина электромагнитной волны в этом диэлектрике. Эффект может быть получен и в том случае, когда пучок электронов просто пролетает достаточно близко к поверхности диэлектрика.

Электроны при этом летят в пустоте и поэтому, конечно, не могут лететь быстрее света. Но достаточно, чтобы они летели быстрее, чем электромагнитная волна, бегущая внутри диэлектрика. В этом случае волны, возникающие в диэлектрике под воздействием пролетающего электрона, будут складываться в черенковскую волну, которая распространяется внутри диэлектрика, а затем может быть излучена в пространство.

Особенно мощные радиоволны можно получить этим способом, используя не сплошной поток электронов, а предварительно сгруппировав электроны в небольшие сгустки.

ч

N

П. А. Черенков

Однако это не единственный способ получения радиоволн с помощью эффекта Черенкова. Ведь мы знаем, что для возникновения этого эффекта достаточно уменьшить скорость электромагнитной волны до величин меньших, чем скорость электрона, и излучение начнется.

Оказывается, скорость электромагнитных волн можно уменьшить, не только пропуская их через диэлектрик. Во многих случаях сантиметровые и миллиметровые волны передаются с помощью специальных металлических труб — волноводов. Если внутри такой трубы установить ряд перегородок с отверстиями, то скорость распространения волны по такой трубе сильно уменьшится.

Значит, выбрав подходящие размеры трубы и перегородок, откачав из нее воздух и пропустив через нее пучок быстрых электронов, сгруппированных в сгустки, можно получить таким образом мощное черенковское излучение миллиметровых волн. Оно будет образовываться здесь в результате взаимодействия электронов с отдельными отсеками волновода и сложения образующихся при этом электромагнитных волн (см. рисунок на стр. 7).

Так, эффект, открытый советским ученым и казавшийся ранее лишь интересным физическим явлением, постепенно становится на службу человечества.

В ЛАБОРАТОРИИ И В ЖИЗНИ

Молодые люди, впервые приходящие на лекции профессора Черенкова, обычно не знают, что лекции по экспериментальной физике им будет читать человек, открывший эффект Черенкова. Ведь для молодежи эффект Черенкова так же стар, как и эффект Допплера и многие другие известные людям явления.

Но вот звонок, и в аудиторию входит спортивного вида человек. Лекция его увлекает студентов так, как может увлечь лишь рассказ активного участника интересных событий.

Коммунист Черенков не ограничивается научной работой, чтением лекций и подготовкой физиков в своих лабораториях. Он активный общественный деятель, пользующийся большим авторитетом и в вопросах, не связанных с физикой. Этот ученый с мировым именем вместе с тем простой советский человек.

9