Що таке Черенковськоє випромінювання?

Ефект Вавилова – Черенкова (випромінювання Вавілова – Черенкова) – світіння, що викликається в прозорому середовищі зарядженою часткою, що рухається зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість поширення світла в цьому середовищі. Черенковськоє випромінювання широко використовується у фізиці високих енергій для реєстрації релятивістських частинок і визначення їх швидкостей.

Черенковськоє випромінювання. При проходженні світла через прозорий матеріал, наприклад скло, світло поширюється повільніше, ніж у вакуумі. Як при перельоті через континент з проміжними посадками пасажир неминуче втрачає в часі в порівнянні з безпосадочним перельотом, так і світлові промені загальмовуються, взаємодіючи з атомами середовища, і не можуть рухатися так само швидко, як у вакуумі.

Теорія відносності говорить: жодне матеріальне тіло, включаючи швидкі елементарні частинки високих енергій, не може рухатися зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі. Але до швидкості руху в прозорих середовищах це обмеження не стосується. У склі або у воді, наприклад, світло поширюється зі швидкістю, складової 60-70% від швидкості світла у вакуумі, і ніщо не заважає швидкої частці (наприклад, протона або електрона) рухатися швидше світла в такому середовищі.

У 1934 році Павло Черенков проводив дослідження люмінесценції рідин під впливом гамма-випромінювання і виявив слабке блакитне світіння (яке тепер названо його ім'ям), викликане швидкими електронами, вибитими з атомів середовища гамма-випромінюванням. Трохи пізніше з'ясувалося, що ці електрони рухалися зі швидкістю вище швидкості світла в середовищі. Це був як би оптичний еквівалент ударної хвилі, яку викликає в атмосфері надзвуковий літак, долаючи звуковий бар'єр. Представити це явище допомагає аналогія з хвилями Гюйгенса, що розходяться назовні концентричними колами зі швидкістю світла, причому кожна нова хвиля випромінюється з наступної точки на шляху руху частинки. Якщо частка летить швидше швидкості поширення світла в середовищі, вона обганяє хвилі. Піки амплітуди цих хвиль і утворюють хвильовий фронт випромінювання Черенкова.

Випромінювання розходиться конусом навколо траєкторії руху частинки. Кут при вершині конуса залежить від швидкості частинки і від швидкості світла в середовищі. Це якраз і робить випромінювання Черенкова настільки корисним з точки зору фізики елементарних частинок, оскільки, визначивши кут при вершині конуса, фізики можуть розрахувати по ньому швидкість частинки. У поєднанні з результатами інших вимірів це дозволяє виявляти елементарні частинки на своєму обладнанні. У сучасних лабораторіях детектори Черенкова встановлені в комплексі з іншими вимірювальними приладами на величезних багатоповерхових стелажах. В якості прикладу можна навести детектор «Супер-Каміоканде» в лабораторії р. Каміока в Японії, який вміщує 50 000 тонн води і оснащений 11 000 світлочутливих елементів. Випромінювання Черенкова можна спостерігати і неозброєним поглядом на невеликих дослідних ядерних реакторах, які часто встановлюють на дні басейну для забезпечення радіаційного захисту. Сердечник реактора в цьому випадку оточений ефектним блакитним світінням – це і є випромінювання Черенкова під впливом швидких частинок, що випромінюються в результаті ядерної реакції.

Оскільки аналіз цього випромінювання зіграв найважливішу роль в зародження експериментальної ядерної фізики, в 1958 році Черенков, спільно з Ігорем Таммом (1895-1971) та Іллею Франком (1908-90), був удостоєний Нобелівської премії з фізики. Тамм і Франк в 1937 році остаточно встановили механізм виникнення світіння під впливом електронів, що рухаються швидше за швидкість світла в середовищі (наприклад, у воді), а слідом за тим передбачили незабаром виявлене випромінювання Черенкова в твердих тілах і газах.

Elementy.ru – випромінювання Черенкова

Вікіпедія – Ефект Вавилова-Черенкова


Category: Наука та освіта

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply