Далее: Лекция 18. Вверх: Лекция 17. Назад: Рассеяние света

Эффект Вавилова-Черенкова

В 1934г. Черенков ⁶, работавший под руководством Вавилова ⁷ обнаружил особый вид свечения жидкостей под действием $\gamma$-лучей радия. Вавилов высказал правильное предположение, что источником излучения служат быстрые электроны, создаваемые $\gamma$-лучами. Это явление получило название эффекта Вавилова-Черенкова. Его полное теоретическое объяснение было дано в 1937г. Таммом ⁸ и Франком ⁹. (В 1958г. работа Черенкова, Тамма и Франка была отмечена Нобелевской премией.)

Согласно электромагнитной теории заряд, движущийся равномерно, не излучает электромагнитных волн (см. И.В.Савельев ``Курс общей физики'' кн.2 § 2.6). Однако, как показали Тамм и Франк, это справедливо лишь в том случае, если скорость $v_{}$ заряженной частицы не превышает фазовую скорость $$c\over\displaystyle n$$ электромагнитных волн в той среде, в которой движется частица. При условии, что $v > {\displaystyle c\over\displaystyle n}$, даже двигаясь равномерно, частица излучает электромагнитные волны. В действительности частица теряет энергию на излучение, вследствие чего движется с отрицательным ускорением. Но это ускорение является не причиной (как в случае $v < {\displaystyle c\over\displaystyle n}$), а следствием излучения. Если бы потеря энергии за счет излучения восполнялась каким-либо способом, то частица, движущаяся равномерно со скоростью $v > {\displaystyle c\over\displaystyle n}$, все равно была бы источником излучения.

Эффект Вавилова-Черенкова наблюдался экспериментально для электронов, протонов и мезонов при движении их в жидких и твердых средах.

В излучении Вавилова-Черенкова преобладают короткие волны, поэтому оно имеет голубую окраску. Наиболее характерным свойством этого излучения является то, что оно испускается не по всем направлениям, a лишь вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частицы (рис.21).

Рис. 21

Угол $\vartheta$ между направлениями распространения излучения и вектором скорости частицы определяется соотношением

$$\cos\vartheta=\frac{{c\over n}}{v}=\frac{c}{nv}.$$ (38)

Эффект Вавилова-Черенкова находит широкое применение в экспериментальной технике. В так называемых счетчиках Черенкова световая вспышка, порождаемая быстродвижущейся заряженной частицей, превращается помощью фотоумножителя ¹⁰ в импульс тока. Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение, определяемое условием $v = {\displaystyle c\over\displaystyle n}$. Поэтому черенковские счетчики позволяют не только регистрировать частицы, но и судить об их энергии. Удается даже определить угол $\vartheta$ между направлением вспышки и скоростью частицы, что дает возможность вычислить по формуле (38) скорость (а следовательно, и энергию) частицы.

Далее: Лекция 18. Вверх: Лекция 17. Назад: Рассеяние света