Черенковське випромінювання

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Блакитне світіння черенковського випромінювання в ядерному реакторі
Анімація випромінювання Вавілова-Черенкова

Черенко́вське випромі́нювання — випромінювання електромагнітних хвиль зарядженою часткою, яка рухається у середовищі зі швидкістю більшою за швидкість розповсюдження світла в цьому середовищі.

Випромінювання назване на честь П. А. Черенкова, який отримав за його відкриття Нобелівську премію з фізики у 1958 р. разом із І. М. Франком та І. Є. Таммом, які дали теоретичне пояснення цього ефекту. Науковий керівник Черенкова С. І. Вавілов на той час уже помер, тож, хоча його заслуга у відкритті ефекту дуже велика, він не став Нобелівським лауреатом. В науковій літературі черенковське випромінювання іноді називають випромінюванням Вавілова-Черенкова.

Черенковським випромінюванням пояснюється слабеньке голубувате світіння радіоактивних речовин.

Механізм і геометрія випромінювання[ред.ред. код]

Теорія відносності говорить: жодне матеріальне тіло, включаючи швидкі елементарні частинки високих енергій, не може рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі. Але до швидкості руху світла у 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 швидкій частці (наприклад, протону або електрону) рухатися швидше світла у такому середовищі.

За своєю природою формування черенковського випромінювання схоже на формування ударної хвилі, яка виникає на поверхні конуса Маха, коли літак подолав звуковий бар'єр.

Частинка, яка рухається зі швидкістю  v > c/n \, , де c — швидкість світла у вакуумі, а n — показник заломлення середовища, випромінює під кутом, який визначається формулою

 \cos \theta = \frac{c}{vn} .

Цей кут дещо різний для променів різної частоти завдяки дисперсії світла.

Інтенсивність випромінювання в спектральному проміжку  d\omega визначається формулою

 dF = \frac{e^2}{c^2} \left( 1 - \frac{c^2}{v^2n^2} \right) \omega d \omega ,

де e — елементарний заряд.

Випромінювання утворює конус з вершиною, спрямованою у напрямку руху частинки. Кут при вершині конуса залежить від швидкості частинки і від швидкості світла в середовищі. Це як раз і робить випромінювання Черенкова надзвичайно корисним з точки зору фізики елементарних частинок, оскільки, визначивши кут при вершині конуса, можна розрахувати по ньому швидкість частки.

Історія[ред.ред. код]

У 1934 у Павло Черенков проводив у лабораторії Сергія Вавілова дослідження люмінесценції рідин під впливом гамма-випромінювання і виявив слабке блакитне світіння, викликане швидкими електронами, вибитими з атомів середовища гамма-випромінюванням. Пізніше з'ясувалося, що ці електрони рухалися зі швидкістю вище швидкості світла у середовищі.

Вже перші експерименти Черенкова, зроблені за ініціативою С. І. Вавілова, виявили ряд характерних особливостей випромінювання: свічення спостерігається у всіх чистих прозорих рідин, причому яскравість мало залежила від їх хімічного складу, випромінювання мало поляризацію з переважною орієнтацією електричного вектора вздовж напрямку первинного пучка, при цьому на відміну від люмінесценції не спостерігається ні температурного, ні домішкового гасіння. На підставі цих даних Вавілов стверджував, що виявлене явище — не люмінесценція рідини, а світло випромінюють швидкі електрони, що рухаються у ній.

Теоретичне пояснення явища було дано І. Таммом і І. Франком у 1937 році.

У 1958 році Черенков, Тамм і Франк були нагороджені Нобелівською премією з фізики «за відкриття і тлумачення ефекту Черенкова». Манні Сігбан з Шведської королівської академії наук у своїй промові зазначив, що «відкриття явища, нині відомого як ефект Черенкова, являє собою цікавий приклад того, як відносно просте фізичне спостереження при правильному підході може привести до важливих відкриттів і прокласти нові шляхи для подальших досліджень».

Джерела[ред.ред. код]

  • Черенков П. А. Видимое свечение чистых жидкостей под действием g-радиации, «Доклады Академии наук СССР», 1934, Т. 2, В. 8, С. 451.
  • Вавилов С. И. О возможных причинах синего g-свечения жидкостей, «Доклады Академии наук СССР», 1934, Т. 2, В. 8, С. 457.
  • Тамм И. E., Франк И. M. Когерентное излучение быстрого электрона в среде, «Доклады Академии наук СССР», 1937, Т. 14, В. 3, С. 107


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.