Эффект Черенкова-Вавилова

Эффект Черенкова-Вавилова (иногда Вавилова-Черенкова или просто Черенкова) заключается в излучении света электрически заряженной частицей, которое возникает при ее движении в среде с постоянной скоростью v, превышающей фазовую скорость света в этой среде. Это явление было обнаружено П.А. Черенковым в 1934 г. при исследовании люминесценции растворов под действием гамма-излучения. Черенков был аспирантом С.И. Вавилова, который и поставил перед ним эту задачу и объяснил результаты его экспериментов.

Во время исследований выяснилось, что излучение возникает и при отсутствии люминесцирующих молекул в растворе. Свечение наблюдается в чистых прозрачных жидкостях, причем его яркость не зависит от их химического состава. В отличие от люминесценции не наблюдалось ни примесного, ни температурного тушения свечения.

На основании этих данных Вавилов сделал основополагающее заключение, что обнаруженное излучение не люминесценция, а свет, возникающий в веществе при движении в нем быстрых электронов, возникающих в результате ионизации вещества гамма-квантами. В 1936 г. Черенков установил характерное свойство этого излучения – оно происходит в виде узкого конуса, ось которого совпадает с направлением движения электронов.

В 1937 г. И.Е. Тамм и И.М. Франк объяснили черенковское излучение на основе классической электродинамики и создали теорию этого явления. Условия возникновения черенковского излучения и его направленность могут быть объяснены с помощью принципа Гюйгенса.

а б

Рис. 24.9а. Движение заряженной частицы в среде со скоростью меньшей скорости света. Волновые фронта вторичных волн, испущенных движущейся частицей, не перекрываются, поэтому в результате интерференции вторичные волны гасят друг друга и излучение не наблюдается. б) При движении заряженной частицы со скоростью, превышающей скорость света в среде, вторичные волны образуют общий волновой фронт. В этом направлении и возникает излучение, так как в результате интерференции эти волны не гасят друг друга.

Угол, который составляет волновой вектор черенковского излучения с направлением движения частицы (как видно на рис24.9б), удовлетворяет соотношению:

cos q = u/v = c/(nv).

Эффект Черенкова нашел применение в ядерной физике. Детекторы быстрых заряженных частиц, основанные на регистрации черенковского излучения называют черенковскими счетчиками.

При измерениях черенковские счетчики позволяют установить в пучке присутствие частиц, движущихся с разными скоростями и измерить эти скорости (так называемые дифференциальные счетчики Черенкова). Это делается путем измерения углов q, под которыми наблюдаются максимумы в распределении черенковского излучения в фокальной плоскости линзы, оптическая ось которой совпадает с осью пучка. Излучение частиц пучка, движущихся с одинаковой скоростью, собирается в кольцо со своим характерным диаметром, расположенное в фокальной плоскости линзы.

Черенковские счетчики, в которых регистрируется полный световой поток, создаваемый пучком частиц, используют для измерения энергии частиц.

За открытие и объяснение эффекта Черенкова Черенкову, Тамму и Франку в 1958 г. была присуждена Нобелевская премия по физике (С.И. Вавилова к тому времени уже не было).

Дополнительная литература к лекции 24

1. E. Wiedemann, Wied. Ann. D Phys. 34, 446, (1888).

2. Бугер П. Оптический трактат о градации света. Л. 1950.

3. Степанов Б.И. Люминесценция сложных молекул, Минск, 1955, 326 с.

Дата добавления: 2014-01-13