Черенков павел алексеевич, герой социалистического труда, академик ан ссср, лауреат нобелевской премии. Павел Алексеевич Черенков: биография

Павел Алексеевич Черенков внес большой вклад в развитие работ по ускорительной технике и подготовке кадров для этой новой области.

Более 30 лет (с 1948 по 1978 гг.) П.А. Черенков работал профессором кафедры электрофизических установок МИФИ. Он вел курс ядерной физики. Многим нашим преподавателям довелось трудиться с ним все эти годы.

При создании нашей кафедры направление ее деятельности по подготовке специалистов было задано областью, связанной с физикой и техникой ускорителей заряженных частиц, их разработкой, созданием и дальнейшим развитием. Научным центром этой проблемы в те годы был ФИАН. Там работал и П.А. Черенков, который, кстати, был редактором первой научной книги по ускорителям, выпущенной в СССР в 1948 году.

Почти всю жизнь П.А. Черенков работал в Физическом институте Академии наук (ФИАН) имени П.Н. Лебедева в Москве. Долгие годы руководил там Лабораторией мезонной физики. Был одним из создателей и руководителем Отдела физики высоких энергий в ФИАНе. Первый ускоритель ФИАНа – электронный синхротрон на энергию 250 МэВ – был завершен строительством в 1951 г., в его создании большая заслуга принадлежит П.А. Черенкову. Через 25 лет по инициативе П.А. Черенкова в Научном центре города Троицка был создан расширенный филиал ФИАНа, богато оснащенный ускорителями заряженных частиц, построен электронный синхротрон на энергию 2 ГэВ, а также разрезной микротрон с повышенной интенсивностью пучка частиц. П.А. Черенков руководил и работами по получению встречных электроно-позитронных пучков.

Павел Алексеевич много времени уделял кафедре и часто делился воспоминаниями о начале своей научной деятельности. Так, он рассказывал нам разные перипетии времен своей аспирантуры и открытия известного эффекта, когда работал в Физическом институте в Ленинграде. Тема его аспирантской работы – изучение люминесценции различных растворов под действием рентгеновских лучей. Научным руководителем был Сергей Иванович Вавилов, крупнейший специалист в области люминесценции, в то время президент АН СССР. При проведении исследований Павел Алексеевич, кроме ожидаемых эффектов, описание которых и составило кандидатскую диссертацию, обнаружил свечение в чистой воде при облучении воды лучами от препарата радия. Однако его научный руководитель сказал, что вода светиться не может и это просто ошибка эксперимента. Вот здесь и проявились у Павла Алексеевича качества выдающегося исследователя. Чтобы доказать свою правоту, он провел ряд тончайших экспериментов и не только подтвердил эффект, но и выявил его физическую причину, а также дал формулу, характеризующую направленность этого излучения. Чтобы зафиксировать излучение в воде, необходимо было предварительно проводить более часа в абсолютной темноте для повышения чувствительности глаз, так как других приборов для регистрации этого явления попросту не было.

В связи с этим хотелось бы сказать вот о чем. Судьба научных открытий разная. Некоторые, как эффект Мессбауэра, предсказываются теорией и тогда общество с нетерпением ждет экспериментального подтверждения. Некоторые, как сверхпроводимость и сверхтекучесть, поражают своей необычностью, и поэтому их воспринимают на ура еще до создания теории. А некоторые, как эффект Черенкова, на первых порах отрицаются, в силу его невозможности. И поэтому Павлу Алексеевичу убедить всех, да еще при отсутствии соответствующей техники, было непросто. Это сейчас мы знаем, что аналогичные эффекты наблюдаются и в других областях (например, в авиации), а тогда, в силу того, что все знали, что движущийся по прямой электрон не излучает, доказать это было непросто.

Результаты экспериментальных исследований и физическая интерпретация убедили С.И. Вавилова. Он предложил назвать этот эффект именем Черенкова, а автору предоставил возможность защитить докторскую диссертацию, которая была успешно защищена в 1937 году.

Строгую теорию эффекта разработали И.Е. Тамм и И.М. Франк, которые теоретически вывели формулу, предложенную Черенковым.

По инициативе Совета ФИАНа П.А. Черенкову, И.Е. Тамму и И.М. Франку за открытие и исследования эффекта была присуждена Сталинская премия в 1946 году.

Работая профессором на нашей кафедре, П.А. Черенков много общался со студенческой молодежью и это позволяло ему отбирать для своей лаборатории в ФИАНе лучших выпускников. Такое «вливание» молодых в коллектив его лаборатории способствовало работоспособности и хорошей эффективности исследований, проводимых под его руководством.

Последние годы Павел Алексеевич возглавлял Государственную экзаменационную комиссию, принимавшую защиту дипломных проектов. Многие выпускники кафедры электрофизических установок МИФИ гордятся, что их дипломы подписаны знаменитым физиком нашего времени Павлом Алексеевичем Черенковым.

Так получилось, что Павел Алексеевич получил всемирное признание уже работая на нашей кафедре. В 1958 году он получил Нобелевскую премию, в 1964 г. был избран членом-корреспондентом и в 1970 г. – академиком.

Несколько слов о личных качествах Павла Алексеевича. Это был очень скромный человек, которого не испортила слава, и который хорошо умел отдыхать. Он любил теннис задолго до ельцинской эпохи и с удовольствием играл после напряженного дня работы. В наших сердцах Павел Алексеевич сохранится как выдающийся ученый, прекрасный педагог и скромный человек, умеющий хорошо трудиться и хорошо отдыхать.

Газета "Инженер-физик"

Русский физик Павел Алексеевич Черенков (1904-1990) родился в Новой Чигле вблизи Воронежа. Его родители Алексей и Мария Черенковы были крестьянами. Окончив в 1928 году физико-математический факультет Воронежского университета, он два года работал учителем. В 1930 году он стал аспирантом Института физики и математики АН СССР в Ленинграде и получил кандидатскую степень в 1935 году. Затем он стал научным сотрудником Физического института им. П. Н. Лебедева в Москве, где и работал в дальнейшем.

В 1932 году под руководством академика С. И. Вавилова Черенков начал исследовать свет, возникающий при поглощении растворами излучения высокой энергии, например излучения радиоактивных веществ. Ему удалось показать, что почти во всех случаях свет вызывался известными причинами, такими, как флуоресценция. При флуоресценции падающая энергия возбуждает атомы или молекулы до более высоких энергетических состояний (согласно квантовой механике, каждый атом или молекула обладает характерным множеством дискретных энергетических уровней), из которых они быстро возвращаются на более низкие энергетические уровни. Разность энергий более высокого и более низкого состояний выделяется в виде единицы излучения - кванта, частота которого пропорциональна энергии. Если частота принадлежит видимой области, то излучение проявляется как свет. Поскольку разности энергетических уровней атомов или молекул, через которые проходит возбужденное вещество, возвращаясь в самое низкое энергетическое состояние (основное состояние), обычно отличаются от энергии кванта падающего излучения, эмиссия из поглощающего вещества имеет другую частоту, чем у порождающего ее излучения. Обычно эти частоты ниже.

Однако Черенков обнаружил, что гамма-лучи (обладающие гораздо большей энергией и, следовательно, частотой, чем рентгеновские лучи), испускаемые радием, дают слабое голубое свечение в жидкости, которое не находило удовлетворительного объяснения. Это свечение отмечали и другие. За десятки лет до Черенкова его наблюдали Мария и Пьер Кюри, исследуя радиоактивность, но считалось, что это просто одно из многочисленных проявлений люминесценции. Черенков действовал очень методично. Он пользовался дважды дистиллированной водой, чтобы удалить все примеси, которые могли быть скрытыми источниками флуоресценции. Он применял нагревание и добавлял химические вещества, такие, как йодистый калий и нитрат серебра, которые уменьшали яркость и изменяли другие характеристики обычной флуоресценции, всегда проделывая те же опыты с контрольными растворами. Свет в контрольных растворах изменялся, как обычно, но голубое свечение оставалось неизменным.

Исследование существенно осложнялось из-за того, что у Черенкова не было источников радиации высокой энергии и чувствительных детекторов, которые позднее стали самым обычным оборудованием. Вместо этого ему пришлось пользоваться слабыми естественными радиоактивными материалами для получения гамма-лучей, которые давали едва заметное голубое свечение, а вместо детектора полагаться на собственное зрение, обострявшееся с помощью долгого пребывания в темноте. Тем не менее ему удалось убедительно показать, что голубое свечение представляет собой нечто экстраординарное.

Значительным открытием была необычная поляризация свечения. Свет представляет собой периодические колебания электрического и магнитного полей, напряженность которых возрастает и убывает по абсолютной величине и регулярно меняет направление в плоскости, перпендикулярной направлению движения. Если направления полей ограничены особыми линиями в этой плоскости, как в случае отражения от плоскости, то говорят, что свет поляризован, но поляризация тем не менее перпендикулярна направлению распространения. В частности, если поляризация имеет место при флуоресценции, то свет, излучаемый возбужденным веществом, поляризуется под прямым углом к падающему лучу. Черенков обнаружил, что голубое свечение поляризовано параллельно, а не перпендикулярно направлению падающих гамма-лучей. Исследования, проведенные в 1936 году, показали также, что голубое свечение испускается не во всех направлениях, а распространяется вперед относительно падающих гамма-лучей и образует световой конус, ось которого совпадает с траекторией гамма-лучей. Это послужило ключевым фактором для его коллег, Ильи Франка и Игоря Тамма , создавших теорию, которая дала полное объяснение голубому свечению, ныне известному как излучение Черенкова (Вавилова - Черенкова в Советском Союзе).

Согласно этой теории, гамма-квант поглощается электроном в жидкости, в результате чего он вырывается из родительского атома. Подобное столкновение было описано Артуром Комптоном и носит название эффекта Комптона. Математическое описание такого эффекта очень похоже на описание соударений бильярдных шаров. Если возбуждающий луч обладает достаточно большой энергией, выбитый электрон вылетает с очень большой скоростью. Замечательной идеей Франка и Тамма было то, что излучение Черенкова возникает, когда электрон движется быстрее света. Других, по всей видимости, удерживал от подобного предположения фундаментальный постулат теории относительности Альберта Эйнштейна , согласно которому скорость частицы не может превышать скорости света. Однако подобное ограничение носит относительный характер и справедливо только для скорости света в вакууме. В веществах, подобных жидкостям или стеклу, свет движется с меньшей скоростью. В жидкостях электроны, выбитые из атомов, могут двигаться быстрее света, если падающие гамма-лучи обладают достаточной энергией.

Конус излучения Черенкова аналогичен волне, возникающей при движении лодки со скоростью, превышающей скорость распространения волн в воде. Он также аналогичен ударной волне, которая появляется при переходе самолетом звукового барьера.

За эту работу Черенков получил степень доктора физико-математических наук в 1940 году. Вместе с Вавиловым, Таммом и Франком он получил Сталинскую (впоследствии переименованную в Государственную) премию СССР в 1946 году.

В 1958 году вместе с Таммом и Франком Черенков был награжден Нобелевской премией по физике "за открытие и истолкование эффекта Черенкова" Манне Сигбан из Шведской королевской академии наук в своей речи отметил, что "открытие явления, ныне известного как эффект Черенкова, представляет собой интересный пример того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований".

Павел Алексеевич Черенков родился 28 июля 1904 года в селе Новая Чигла Воронежской области в семье крестьянина. По окончании средней школы Павел поступает в Воронежский государственный университет, который окончил в 1928 году. После этого Черенков поступил вначале на подготовительное, а затем в 1932 году на основное отделение Физического (тогда Физико‑математического) института Академии наук СССР.

В 1930 году Черенков женился на Марии Путинцевой, дочери профессора русской литературы. У них было двое детей.

Начало научной деятельности Черенкова относится к 1932 году, когда он под руководством С.И. Вавилова приступил к изучению люминесценции растворов ураниловых солей под действием гамма‑лучей.

Поначалу в полном соответствии с законом Вавилова–Стокса у Черенкова огромные гамма‑кванты источника излучения преобразовались в малые кванты видимого света, то есть люминесцировали.

«Интересно, – рассуждал ученый, – как она изменится, если увеличить концентрацию? А если, наоборот, разбавить раствор водою? Важна, конечно, не общая картина, а точно выраженный физический закон».

До поры до времени никаких сюрпризов: меньше растворено солей – меньше люминесценция.

«Наконец в растворе остаются лишь следы уранила. Теперь уж, разумеется, никакого свечения быть не может.

Но что это?! Черенков не верит своим глазам. Уранила осталась гомеопатическая доза, а свечение продолжается. Правда, очень слабое, но продолжается. В чем дело?

Черенков выливает жидкость, тщательно промывает сосуд и наливает в него дистиллированную воду. А это что такое? Чистая вода светится так же, как и слабый раствор. Но ведь до сих пор все были уверены, что дистиллированная вода неспособна к люминесценции.

Вавилов советует аспиранту попробовать поставить вместо стеклянного сосуд из другого материала. Черенков берет платиновый тигель и наливает в него чистейшую воду. Под дном сосуда помещается ампула со ста четырьмя миллиграммами радия. Гамма‑лучи вырываются из крошечного отверстия ампулы и, пробивая платиновое дно и слой жидкости, попадают в объектив прибора, нацеленного сверху на содержимое тигля.

Снова приспособление к темноте, снова наблюдение, и… опять непонятное свечение.

– Это не люминесценция, – твердо говорит Сергей Иванович. – Это что‑то другое. Какое‑то новое, неизвестное пока науке оптическое явление.

Вскоре всем становится ясно, что в опытах Черенкова имеют место два свечения. Одно из них – люминесценция. Оно, однако, наблюдается лишь в концентрированных растворах. В дистиллированной воде под влиянием гамма‑облучения мерцание вызывается иной причиной…

А как поведут себя другие жидкости? Может быть, дело не в воде?

Аспирант наполняет тигель по очереди различными спиртами, толуолом, другими веществами. Всего он испытывает шестнадцать чистейших жидкостей. И слабое свечение наблюдается всегда. Поразительное дело! Оно оказывается очень близким по интенсивности для всех материалов. Четыреххлористый углерод светится всех сильнее, изобутановый спирт – всех слабее, но разница их свечений не превышает 25 процентов.

Черенков пытается погасить свечение особыми веществами, считающимися сильнейшими гасителями обычной люминесценции. Он добавляет к жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий, анилин… Эффекта (гасительного) никакого: свечение продолжается. Что делать?

По совету руководителя он нагревает жидкость. На люминесценцию это всегда влияет сильно: она ослабевает и даже прекращается совсем. Но в данном случае яркость свечения не меняется ничуть. Выходит, здесь действительно какое‑то особое, доныне неизвестное явление? Какое же?»

В 1934 году в «Докладах Академии наук СССР» появляются первые два сообщения о новом виде излучения: Черенкова, излагающего подробно результаты экспериментов, и Вавилова, пытающегося их объяснить.

Таинственное свечение можно было видеть только в пределах узкого конуса, ось которого совпадала с направлением гамма‑излучения. Учтя это обстоятельство, молодой ученый поместил свой прибор в сильное магнитное поле. И тут же убедился, что поле отклоняет узкий конус свечения в сторону. Но это возможно лишь для электрически заряженных частиц, например электронов. Чтобы окончательно убедиться в этом, Черенков использовал другой вид излучения – бета‑лучи, представляющих собою поток быстрых электронов. Он облучил ими те же жидкости, что и раньше, и получил такой же световой эффект, как при гамма‑облучении.

Так было выяснено, что загадочное оптическое явление возникает только там, где налицо движение быстрых электронов.

Объяснение механизма преобразования движения электронов в движение фотонов необычного свечения дали в 1937 году советские физики Франк и Тамм. Электроны летят быстрее, чем распространяется свет в данной среде, и в результате возникает необычное явление: порожденные электронами электромагнитные волны отстают от своих родителей и вызывают свечение.

Вскоре появилась крылатая фраза: «Греки слышали голоса звезд, а в черенковском свечении слышны голоса электронов. Это поющие электроны».

В 1935 году Черенков окончил аспирантуру и защитил кандидатскую диссертацию, после чего получил должность старшего научного сотрудника Физического института им. Лебедева АН СССР (ФИАН).

Он продолжал исследовать открытое им свечение. В 1936 году он установил характерное свойство нового вида излучения – своеобразную пространственную асимметрию («черенковский конус»).

После появления количественной теории явления, разработанной Таммом и Франком, Черенков в серии тонких экспериментов подтверждает ее во всех деталях. Фундаментальные работы Черенкова по исследованию открытого им излучения заряженных частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью, явились значительным вкладом в мировую науку и признаны классическими.

«Помимо принципиального научного значения, излучения Черенкова имеют и большую практическую ценность, – пишет И.М. Дунская. – Исключительно важна его роль в физике высоких энергий. При движении быстрой частицы в среде возникает направленная световая вспышка, которую регистрируют с помощью фотоумножителя. Такие счетчики используются как для обнаружения быстрых заряженных частиц, так и для определения их свойств: направления движения, величины заряда, скорости и т д. Счетчики Черенкова, благодаря характерным особенностям излучения, существенно расширяют возможности эксперимента и позволяют выполнить эксперименты, невозможные при использовании обычных люминесцентных счетчиков. В частности, черенковское излучение было использовано в опытах по обнаружению антипротона. Оно позволяет также наблюдать наиболее быстрые частицы космических лучей».

За работы по открытию и изучению этого явления Черенкову совместно с Вавиловым, Таммом и Франком сначала в 1946 году присудили Государственную премию, а в 1958 году (уже после смерти Вавилова) Черенков, Тамм и Франк были удостоены звания Лауреатов Нобелевской премии по физике.

В послевоенные годы Черенков некоторое время занимался исследованиями космических лучей, а также принимал руководящее участие в разработке и сооружении ускорителей легких частиц. Так, в январе 1948 года под его руководством осуществлен запуск первого в СССР бетатрона. Одновременно Черенков принимает участие в работах по проектированию и сооружению синхротрона ФИАН на 250 МэВ, за что в 1951 году получил Государственную премию. Вскоре после запуска синхротрона ученый принял руководство над всеми работами по его усовершенствованию, что позволило развернуть работы по изучению электромагнитных взаимодействий в области фотонов больших энергий. В возглавляемой Черенковым лаборатории фотомезонных процессов удалось получить целый ряд интереснейших результатов по изучению процессов фоторасщепления гелия, фотообразования пи‑мезонов, фоторасщепления некоторых легких ядер методом наведенной активности.

В середине пятидесятых годов Черенков, совместно с И.В. Чувило, экспериментально исследовал фотоделение ядер тяжелых элементов. Затем под руководством Павла Алексеевича был успешно разработан новый метод накопления и получения встречных электрон‑позитронных пучков. В 1963–1965 годах проводились детальные исследования этого метода, а в начале 1966 года принципиальная возможность его была проверена экспериментально на 280 МэВ синхротроне ФИАН. Таким образом, впервые в практике физического эксперимента были получены встречные пучки электронов и позитронов.

«Работы по накоплению и получению встречных пучков в ускорителях имеют первостепенное значение для физики высоких энергий, – отмечает И.М. Дунская. – Использование этого метода позволяет перевести действующие ускорители в режим накопления и тем самым на основе уже имеющейся экспериментальной базы перейти к исследованиям взаимодействий в области высоких и сверхвысоких энергий. Этот метод был впоследствии использован для получения встречных пучков на крупнейшем электронном ускорителе в Кембридже (США)».

В 1964 году Павла Алексеевича избрали членом‑корреспондентом Академии наук СССР, а в 1970 году – действительным членом Академии наук СССР.

В 1977 году за цикл работ по исследованию расщепления легких ядер гамма‑квантами высоких энергий методом камер Вильсона, действующих в мощных пучках электронных ускорителей, Черенков удостоен Государственной премии СССР.

Кроме научной деятельности Черенков вел большую педагогическую работу, сначала с 1948 года в должности профессора Московского энергетического института, а с 1951 года и Московского инженерно‑физического института. Он дал путевку в жизнь большому числу исследователей.

Газета "Инженер-физик"

28 июля 1904 - 06 января 1990

советский физик, двукратный лауреат Сталинской премии, лауреат Нобелевской премии по физике

Биография

Родители Павла Алексеевича - Алексей Егорович и Мария Черенковы были крестьянами.

В 1928 году Черенков окончил физико-математический факультет Воронежского университета (ВГУ). По окончании университета Черенков был направлен преподавать в школу в город Козлов, теперешний Мичуринск . Через два года в тот же город получила распределение Мария Алексеевна Путинцева, дочь Алексея Михайловича Путинцева - воронежского литературоведа-краеведа, профессора ВГУ, основателя дома-музея И. С. Никитина, тоже окончившая ВГУ, отделение русского языка и литературы педфака. В 1930 году Черенков женился на Марии Путинцевой. В 1932 году у них родился сын Алексей, в 1936 году - дочь Елена. В ноябре 1930 года в Воронеже арестовали по делу краеведов Алексея Михайловича Путинцева. В самом конце того же года был «раскулачен» в Новой Чигле отец Павла Алексеевича - Алексей Егорович Черенков. В 1931 году Алексея Егоровича судили и отправили в ссылку. Его обвинили в принадлежности к партии эсеров и в участии в «кулацкой» сходке 1930 года. В 1937 году отца учёного вновь арестовали, в 1938 году осудили и расстреляли за контрреволюционную агитацию.

В 1930 году Черенков поступил в аспирантуру Института физики и математики в Ленинграде . В 1935 году защитил кандидатскую диссертацию, а в 1940 году - докторскую. С 1932 года работал под руководством С. И. Вавилова . С 1935 года - сотрудник Физического института им. П. Н. Лебедева в Москве (ФИАН), с 1948 года - профессор Московского энергетического института, с 1951 года - профессор Московского инженерно-физического института.

Член КПСС с 1946 года. Член-корреспондент АН СССР (1964). Действительный член АН СССР (1970).

Черенков последние 28 лет жизни провёл в столичной квартире в районе Ленинского проспекта, где расположены различные институты Академии наук, в том числе и ФИАН.

Павел Алексеевич Черенков умер 6 января 1990 года от механической желтухи. Он покоится на Новодевичьем кладбище Москвы.

Премии и награды

Сталинская премия (1946, 1951)
Государственная премия СССР (1977)
Нобелевская премия по физике (1958)
Герой Социалистического Труда (1984)

Память

В 1994 году в честь Черенкова была выпущена почтовая марка России.

Научная деятельность

Основные работы Черенкова посвящены физической оптике, ядерной физике, физике частиц высоких энергий. В 1934 году обнаружил специфическое голубое свечение прозрачных жидкостей при облучении быстрыми заряженными частицами. Показал отличие данного вида излучения от флуоресценции. В 1936 году установил основное его свойство - направленность излучения, образование светового конуса, ось которого совпадает с траекторией движения частицы. Теорию излучения Черенкова разработали в 1937 году И. Е. Тамм и И. М. Франк.

Эффект Вавилова - Черенкова лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счётчиков). Черенков участвовал в создании синхротронов, в частности синхротрона на 250 МэВ (Сталинская премия, 1952). В 1958 году вместе с Таммом и Франком был награждён Нобелевской премией по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». Манне Сигбан из Шведской королевской академии наук в своей речи отметил, что «открытие явления, ныне известного как эффект Черенкова, представляет собой интересный пример того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований». Выполнил цикл работ по расщеплению гелия и других легких ядер высокоэнергетическими?-квантами (Государственная премия СССР, 1977).