Лекция 15.
Излучение Вавилова-Черенкова.
Излучение открыто в 1934 году. Опубликована статья Вавилова и Черенкова с изложением экспериментальных данных. Исследовалась радиолюминесценция водных растворов урановых солей под действием γ - излучения. Было обнаружено синее свечение и было установлено, что это свечение вызывается не γ – излучением, а порождаемыми ими комптоновскими электронами. В 1934 году ещё не было фотоумножителей, измерения проводились визуально или фиксировалось фотопластинкой. Свечение же было необычайно слабым так, что надо было 2-3 часа адаптировать глаз в темноте.
Особенности свечения.
1. Направленность: оно испускается только вперёд под определённым углом к направлению распространения электронов (люминесценция же излучается равномерно по всем направлениям).
2. Интенсивность излучения не зависит от заряда атомов среды Z (значит это не тормозное излучение, пропорциональное Z2).
3. Свечение наблюдается даже в очень чистых жидкостях (в частности в H2O), когда люминесценции не должно быть (что также подтверждает, что это не люминесценция).
4. Примеси не оказывают влияния на это излучение, в то время как они “тушат” люминесценцию.
Объяснение явлению было найдено Франком и Таммом в 1937 году. Нобелевскую премию в 1959 году получили Черенков А.П., Франк И.М. и Тамм И.Е. (Вавилов С.И. скончался в 1951 г.). Согласно теории Франка и Тамма, основанной на классической электродинамике, электрон (как равномерно движущийся в среде заряд) может излучать электромагнитную волну, если его скорость больше фазовой скорости света в среде: v>c'=c/n (n > 1). Чем больше оптическая плотность среды тем меньше необходимая скорость. Для электронов в плотных веществах c’ ~ 0,75c , излучение наблюдается уже при энергиях электронов в сотни кэВ. Для протонов же требуются энергии превышающие 200 МэВ.
(15.1)
(15.2)
Рис. 15.1.Формирование фронта волны излучения Вавилова-Черенкова
Из последнего соотношения следует, что q→ 0, когда cosq → 1 (т.е. когда v лишь слегка превышает ) и q= qmax когда β = 1 (т.е. v = c) и
. (15.3)
Для воды n = 1,23 и cosqmax = 0,75 , то есть qmax = 41,5º.
Для потерь энергии Таммом и Франком было получено соотношение:
, (15.4)
(15.5)
. (15.6)
Излучение Вавилова – Черенкова нашло широкое применение в датчиках излучения. По величине очень просто измерить энергию высокоэнергетичных заряженных частиц. В случае воды для электронов начиная с 260 кэВ, протонов начиная с 477 МэВ.
Рис. 15.2. Изменение угла q при увеличении скорости частицы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.