В годовщину со дня рождения Павла Черенкова сайт МАГАТЭ решил вернуться к открытию черенковского излучения — синего свечения, возникающего, когда заряженные частицы движутся быстрее скорости света в среде.

Этот научный прорыв принес ему часть Нобелевской премии по физике 1958 года и сегодня используется инспекторами по ядерной безопасности для анализа ядерных материалов. Читайте дальше, чтобы узнать больше:

Черенковское излучение — это форма энергии, которую мы можем воспринимать как голубое свечение, испускаемое, когда электрически заряженные частицы, составляющие атомы (т. е. электроны и протоны), движутся со скоростью, превышающей скорость света, в определенной среде. Черенковское излучение названо в честь лауреата Нобелевской премии по физике 1958 года Павла Черенкова, который разделил награду с Ильей Франком и Игорем Таммом за то, что первым экспериментально продемонстрировал и объяснил это свечение.

Черенковское излучение присутствует, среди прочего, в воде, окружающей топливо в ядерных реакторах. Электрически заряженные частицы, движущиеся с очень высокими скоростями, являются побочным продуктом реакции внутри реактора (фото: МАГАТЭ)

В вакууме ничто не может двигаться быстрее скорости света. Однако в других средах частицы потенциально могут двигаться быстрее света. Например, в воде свет мгновенно замедлится до 75% от своей нормальной скорости, но есть и другие частицы, которые замедляются не так сильно и в итоге движутся быстрее света. Всякий раз, когда это происходит, возникает синее или фиолетовое свечение.

Когда заряженные частицы, движущиеся быстрее света, движутся, например, в воде, они нарушают энергетическое равновесие атомов, находящихся на их пути. Чтобы восстановить равновесие, эти атомы испускают фотоны — частицы, составляющие видимый свет, создавая «ударовую волну» видимого света. Это тот же эффект, что и звуковой удар при движении со скоростью, превышающей скорость звука, но в световом спектре.

Разные цвета, которые воспринимает человеческий глаз, на самом деле представляют собой разные типы волн, состоящих из фотонов.

Из-за высоких энергий, действующих во время черенковского излучения, фотоны распространяются в виде волн с высокими частотами и короткими длинами волн, что характерно для фиолетового и синего цветов. Чем выше частота и короче длина волны, тем синее или фиолетовее свет кажется человеческому глазу. Ультрафиолетовое излучение невидимо для человеческого глаза, но его можно зафиксировать с помощью специальных приборов, измеряющих черенковское излучение.

Чем выше частота и короче длина волны, тем синее или фиолетовее свет кажется человеческому глазу (инфографика: МАГАТЭ)

Черенковское излучение обычно возникает в радиоактивных материалах, погруженных в воду. Ядерные материалы, побочным продуктом которых являются радиоактивные вещества, могут использоваться в мирных целях (например, для производства энергии), а также для создания ядерного оружия. Используя специализированное оборудование, а именно приборы для наблюдения за черенковским излучением, которые регистрируют излучаемый свет, инспекторы МАГАТЭ по ядерным гарантиям могут анализировать ядерные материалы на ядерных объектах и ​​в других местах и ​​сравнивать эти данные с информацией, предоставленной государством. Таким образом они могут обнаружить, если например, какой-либо ядерный материал из отработанного ядерного топлива был перенаправлен не на мирное использование.