Свечение вавилова черенкова


Возможно ли обогнать свет? Современная физика в лице специальной теории относительности утверждает что скорость света в вакууме является предельной скоростью всех процессов и движений, сопровождаемых переносом энергии. И если перевести это на нормальный человеческий язык, то ответ будет прост: «нет». Скорость света настолько велика, что за ней не угнаться ни на велосипеде, ни на мопеде, и даже на современном спортивном мотоцикле мы останемся далеко позади фотона. Дело в том что все наши попытки достижения световых скоростей упираются в увеличение массы, а это влечет за собой увеличение необходимой для разгона энергии вплоть до бесконечности. По крайней мере так утверждает современная физика.

А что если пойти на хитрость и замедлить сам свет? Ведь заведомо известно что свет в прозрачных средах распространяется значительно медленнее нежели в вакууме…

Не думаю что подобное коварство двигало советским ученым Павлом Алексеевичем Черенковым, тут скорее вмешался его величество случай.


к в 1934 году Черенков  обнаружил свечение голубого цвета, при облучении жидкостей гамма лучами. По предположению Сергея Ивановича Вавилова, научного руководителя Черенкова,  свечение вызвали выбитые из среды электроны. Но почему они светились? На этот вопрос в 1957 году ответили советские физики  Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк. Оказалось что электроны двигались со скоростью превышающей скорость в света в этой среде. В этом и крылась загадка эффекта Вавилова-Черенкова, а именно так было названо открытое Павлом Алексеевичем явление.

Движущийся электрон своим электромагнитным полем поляризует атомы среды вокруг себя, а возвращение поляризованного атома в исходное состояние приводит к излучению световых волн. Причем направление поляризации в атомах перед электроном и за ним противоположное, по этому  если электрон движется медленно, волны взаимоуничтожаются. Но этого не происходит если скорость электрона превышает скорость света, так как вместе с ней она превышает и скорость распространения электромагнитного поля вызывающего поляризацию. Проще говоря атомы впереди электрона не поляризуются, а те что остаются сзади спокойно себе светятся. Соответственно фронт волны такого излучения будет иметь форму конуса.

Здесь можно провести аналогию с фронтом ударной волны в сверхзвуковой авиации. Так как звук распространяется от источника концентрически, а сам источник летит быстрее скорости звука, то образуется фронт ударной волны конической формы. Схематически это можно изобразить следующим образом:


В случае с Эффектом Вавилова-Черенкова будет происходить примерно тоже самое, только вместо звука у нас будет свет от поляризованных атомов, а вместо сверхзвукового истребителя очень быстрый электрон. Зная угол в вершине образованного конуса можно легко и очень точно вычислить скорость этого электрона. Все это легло в основу черенковских детекторов, которые позволяют идентифицировать быстрые частицы, определять их массу, заряд, энергию и скорость.

За открытие «Эффекта Вавилова-Черенкова» Павел Алексеевич получил нобелевскую премию по физике в 1958 году. Так же нобелевскую премию получили И.М. Франк и И.Е. Тамм за научное объяснение этого явления, классическим примером которого, может быть голубое свечение воды в атомных реакторах.

Источник: physicsline.ru

ВАВИ́ЛОВА – ЧЕРЕНКО́ВА ИЗЛУЧЕ́НИЕ (Ва­ви­ло­ва – Че­рен­ко­ва эф­фект, Че­рен­ко­ва – Ва­ви­ло­ва из­лу­че­ние), из­лу­че­ние све­та элек­три­че­ски за­ря­жен­ной час­ти­цей при её дви­же­нии в сре­де со ско­ро­стью, пре­вы­шаю­щей фа­зо­вую ско­рость све­та в этой сре­де. Об­на­ру­же­но в 1934 П. А.


­рен­ко­вым при ис­сле­до­ва­нии лю­ми­нес­цен­ции рас­тво­ров как сла­бое го­лу­бое све­че­ние жид­ко­стей под дей­ст­ви­ем гам­ма-из­лу­че­ния. Экс­пе­ри­мен­ты, осу­ще­ст­в­лён­ные Че­рен­ко­вым по ини­циа­ти­ве и при уча­стии С. И. Ва­ви­ло­ва, вы­яви­ли ха­рак­тер­ные осо­бен­но­сти об­на­ру­жен­но­го яв­ле­ния: све­че­ние на­блю­да­ет­ся у всех чис­тых про­зрач­ных жид­ко­стей, при­чём яр­кость его сла­бо за­ви­сит от хи­мич. со­ста­ва жид­ко­сти, оно на­прав­ле­но под ост­рым уг­лом к пер­вич­но­му из­лу­че­нию и об­ла­да­ет ха­рак­тер­ной по­ля­ри­за­ци­ей, при этом не на­блю­да­ют­ся про­цес­сы ту­ше­ния, при­су­щие лю­ми­нес­цен­ции. На ос­но­ва­нии ре­зуль­та­тов ис­сле­до­ва­ний Ва­ви­лов сде­лал ос­но­во­по­ла­гаю­щее ут­вер­жде­ние: об­на­ру­жен но­вый тип из­лу­че­ния, ко­то­рое ис­пус­ка­ют дви­жу­щие­ся в жид­ко­сти бы­ст­рые элек­т­роны; та­кие элек­тро­ны ге­не­ри­ру­ют­ся в ве­ще­ст­ве под дей­ст­ви­ем гам­ма-из­лу­че­ния в ре­зуль­та­те Ком­пто­на эф­фек­та. (Све­че­ние жид­ко­стей под дей­ст­ви­ем гам­ма-из­лу­че­ния на­блю­да­лось ещё в 1920-х гг., од­на­ко не бы­ли ус­та­нов­ле­ны его осо­бен­но­сти и не бы­ла до­ка­за­на но­виз­на яв­ле­ния.)

Ко­ли­че­ст­вен­ная и ка­че­ст­вен­ная тео­рия В.–Ч. и., ос­но­ван­ная на урав­не­ни­ях клас­сич. элек­тро­ди­на­ми­ки, пред­ло­же­на в 1937 И. Е. Там­мом и И. М. Фран­ком, кван­то­вую тео­рию раз­ра­бо­тал в 1940 В. Л. Гинз­бург. Ус­ло­вия воз­ник­но­ве­ния В.–Ч. и.


его на­прав­лен­ность мо­гут быть по­яс­не­ны с по­мо­щью Гюй­ген­са – Фре­не­ля прин­ци­па. Ка­ж­дая точ­ка тра­ек­то­рии за­ря­жен­ной час­ти­цы (напр., точ­ки $A, B, C, D$ на рис. 1 и 2), со­глас­но это­му прин­ци­пу, яв­ля­ет­ся ис­точ­ни­ком вол­ны, воз­ни­каю­щей в мо­мент про­хо­ж­де­ния че­рез неё за­ря­жен­ной час­ти­цы. В оп­ти­че­ски изо­троп­ной сре­де та­кие вол­ны бу­дут сфе­ри­че­ски­ми, т. к. они рас­про­стра­ня­ют­ся во все сто­ро­ны с оди­на­ко­вой ско­ро­стью $u=c/n$, где $c$ — ско­рость све­та в ва­куу­ме, $n$ — по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния сре­ды. Ес­ли час­ти­ца, дви­жу­щая­ся со ско­ро­стью $v$, на­хо­дит­ся в мо­мент на­блю­де­ния в точ­ке $E$, то за $t$ се­кунд до это­го она на­хо­ди­лась в точ­ке $A$, т. е. на рас­стоя­нии от $E$, рав­ном $vt$. Сле­до­ва­тель­но, вол­на, ис­пу­щен­ная из точ­ки $A$, к мо­мен­ту на­блю­де­ния бу­дет пред­став­лять со­бой сфе­ру ра­диу­са $R=ut$ (ок­руж­ность $1$ на рис. 1). Вол­ны, ис­пу­щен­ные из то­чек $B, C, D$, в мо­мент вре­ме­ни $t$ бу­дут пред­став­ле­ны ок­руж­но­стя­ми $2, 3, 4$. По прин­ци­пу Гюй­ген­са та­кие пар­ци­аль­ные вол­ны в ре­зуль­та­те ин­тер­фе­рен­ции га­сят друг дру­га всю­ду, за ис­клю­че­ни­ем их оги­баю­щей, ко­то­рой со­от­вет­ст­ву­ет вол­но­вая по­верх­ность, рас­про­стра­няю­щая­ся в сре­де.

Ес­ли ско­рость час­ти­цы $v$ мень­ше ско­ро­сти све­та $u$ в дан­ной сре­де, то пар­ци­аль­ные вол­ны об­щей оги­баю­щей не име­ют (рис. 1), т. к. они с те­че­ни­ем вре­ме­ни всё боль­ше об­го­ня­ют час­ти­цу. В этом слу­чае элек­трич. за­ряд, дви­га­ясь рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но, элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние не ис­пус­ка­ет.


В слу­чае ко­гда

$$vgt u=c/n, или;beta ngt1qquad(1)$$

(где $beta = v/c$), т. е. ко­гда час­ти­ца дви­жет­ся бы­ст­рее, чем рас­про­стра­ня­ют­ся све­то­вые вол­ны в сре­де, со­от­вет­ст­вую­щие им сфе­ры пе­ре­се­ка­ют­ся (рис. 2) и их об­щая оги­баю­щая (вол­но­вая по­верх­ность) об­ра­зу­ет ко­нус с вер­ши­ной в точ­ке $E$, где в дан­ный мо­мент на­хо­дит­ся час­ти­ца. Нор­маль к об­ра­зую­щим ко­ну­са оп­ре­де­ля­ет вол­но­вые век­то­ры, т. е. на­прав­ле­ние рас­про­стра­не­ния ис­пус­кае­мо­го час­ти­цей из­лу­че­ния. Угол ме­ж­ду вол­но­вым век­то­ром и на­прав­ле­ни­ем дви­же­ния час­ти­цы удов­ле­тво­ря­ет со­от­но­ше­нию:

$$cos theta = u/v=c/(nv)=1/(beta n).qquad(2)$$

(Для оп­ти­че­ски ани­зо­троп­ных сред из­лу­че­ние воз­ни­ка­ет под дву­мя разл. уг­ла­ми к на­прав­ле­нию дви­же­ния час­ти­цы, со­от­вет­ст­вую­щи­ми обык­но­вен­но­му и необык­но­вен­но­му лу­чам.) В оп­ти­че­ски изо­троп­ной сре­де час­ти­ца с за­ря­дом $e$, про­шед­шая рас­стоя­ние в 1 см со ско­ро­стью $v gt u$, из­лу­ча­ет энер­гию


$$E=(e/c)^2 intlimits_{beta n(omega) gt 1} , omega[1-1/{{ beta n(omega)}}^2] domega qquad(3)$$

(где $omega = 2nc/lambda$ – цик­ли­че­ская час­то­та из­лу­че­ния, $lambda$ – его дли­на вол­ны в ва­куу­ме). По­дын­те­граль­ное вы­ра­же­ние опи­сы­ва­ет рас­пре­де­ле­ние энер­гии в спек­тре В.–Ч. и., а об­ласть ин­тег­ри­ро­ва­ния ог­ра­ни­че­на ус­ло­ви­ем $(1)$.

В.–Ч. и. воз­ни­ка­ет при дви­же­нии лю­бой за­ря­жен­ной час­ти­цы в сре­де, ес­ли для неё вы­пол­ня­ет­ся ус­ло­вие $(1)$. Для элек­тро­нов это ус­ло­вие вы­пол­ня­ет­ся уже при энер­ги­ях по­ряд­ка 105 эВ (та­ки­ми энер­гия­ми об­ла­да­ют мн. элек­тро­ны ра­дио­ак­тив­ных про­цес­сов). Бо­лее тя­жё­лые час­ти­цы долж­ны иметь бо­лее вы­со­кую энер­гию, напр. про­тон – энер­гию по­ряд­ка 108 эВ.

На ос­но­ве В.–Ч. и. раз­ра­бо­та­ны экс­пе­рим. ме­то­ды для ре­ги­ст­ра­ции час­тиц и изу­че­ния их при­ро­ды (см. Че­рен­ков­ский счёт­чик). Из­ме­ре­ние уг­ла $theta$ в сре­де с из­вест­ным $n$ по­зво­ля­ет ус­та­но­вить по фор­му­ле $(1)$ или $(2)$ ско­рость час­ти­цы. Оп­ре­де­лив ско­рость и энер­гию час­ти­цы, мож­но по от­кло­не­нию её тра­ек­то­рии в маг­нит­ном по­ле рас­счи­тать мас­су час­ти­цы (так бы­ла ус­та­нов­ле­на мас­са ан­ти­про­то­на при его от­кры­тии). Для очень бы­ст­рых час­тиц ус­ло­вие $(1)$ на­чи­на­ет вы­пол­нять­ся уже в сжа­тых га­зах (га­зо­вые че­рен­ков­ские счёт­чи­ки). В.–Ч. и., воз­ни­каю­щее при дви­же­нии час­тиц кос­мич. лу­чей в ат­мо­сфе­ре, ис­поль­зу­ет­ся для их изу­че­ния.


В.–Ч. и. в чис­том ви­де мо­жет на­блю­дать­ся толь­ко в том слу­чае, ко­гда час­ти­ца дви­жет­ся с по­сто­ян­ной ско­ро­стью в не­ог­ра­ни­чен­ной од­но­род­ной сре­де. При пе­ре­се­че­нии гра­ниц сред воз­ни­ка­ет пе­ре­ход­ное из­лу­че­ние. При из­ме­не­нии ско­ро­сти час­ти­цы воз­ни­ка­ет тор­моз­ное из­лу­че­ние. В 1940 Э. Фер­ми внёс в тео­рию В.–Ч. и. су­ще­ст­вен­ные уточ­не­ния, при­няв во вни­ма­ние спо­соб­ность ре­аль­ной сре­ды по­гло­щать свет, по край­ней ме­ре, в не­ко­то­рых об­лас­тях спек­тра.

В.–Ч. и. – при­мер оп­ти­ки «сверх­све­то­вых» ско­ро­стей. Оно экс­пе­ри­мен­таль­но изу­че­но в разл. сре­дах, тео­ре­ти­че­ски рас­смот­ре­но из­лу­че­ние элек­трич. и маг­нит­ных ди­по­лей и муль­ти­по­лей. Ожи­дае­мые свой­ст­ва из­лу­че­ния дви­жу­ще­го­ся маг­нит­но­го за­ря­да ис­поль­зо­ва­лись для по­ис­ков маг­нит­но­го мо­но­по­ля. Рас­смот­ре­но из­лу­че­ние час­ти­цы в ка­нале сре­ды (напр., в вол­но­во­де). При В.–Ч. и. но­вые осо­бен­но­сти при­об­ре­та­ет До­п­ле­ра эф­фект в сре­де: по­яв­ля­ют­ся т. н.


о­маль­ный и слож­ный эф­фек­ты До­п­ле­ра. Мож­но по­ла­гать, что вся­кая сис­те­ма час­тиц, спо­соб­ная взаи­мо­дей­ст­во­вать с элек­тро­маг­нит­ным по­лем, бу­дет из­лу­чать свет за счёт сво­ей ки­не­тич. энер­гии, ес­ли её ско­рость пре­вы­ша­ет фа­зо­вую ско­рость све­та. Тео­ре­тич. пред­став­ле­ния, ле­жа­щие в ос­но­ве В.–Ч. и., тес­но свя­за­ны с др. про­бле­ма­ми совр. фи­зи­ки – вол­на­ми Ма­ха в аку­сти­ке, во­про­са­ми ус­той­чи­во­сти дви­же­ния час­тиц в плаз­ме и ге­не­ра­ции в ней волн, ге­не­ра­ци­ей и уси­ле­ни­ем элек­тро­маг­нит­ных волн и т. д.

За от­кры­тие и соз­да­ние тео­рии В.– Ч. и. в 1958 И. Е. Тамм, И. М. Франк и П. А. Че­рен­ков удо­стое­ны Но­бе­лев­ской пр. В.–Ч. и. в за­ру­беж­ной лит-ре на­зы­ва­ют че­рен­ков­ским из­лу­че­ни­ем.

Источник: bigenc.ru

Свечение вавилова черенкова

Все невероятные спецэффекты из фильмов Marvel и научно-фантастических картин выглядят детской забавой по сравнению с ядром тестового реактора в Национальной лаборатории Айдахо. Голубое свечение это нечто, что называется излучение Вавилова-Черенкова.

Эффект Вавилова-Черенкова – это свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде.


рактерное голубое свечение возникает из-за Черенковского излучения.  Оно названо в честь советского ученого Павла Черенкова, лауреата Нобелевской премии 1958 года. Именно он впервые обнаружил это излучение экспериментально. Теория этого эффекта была в дальнейшем развита в рамках специальной теории относительности Эйнштейна Игоря Тамма и Ильи Франка, которые также разделили Нобелевскую премию. Излучение Черенкова было теоретически предсказано английским ученым Оливером Хевисайдом в работах, опубликованных в 1888-1889 гг.
На этом видео вы можете увидеть самое начало процесса – запуск реактора.

Другое видео показывает замену топливных стержней. Вы можете посмотреть на реакцию, которая происходит, когда механическая рука выполняет свою работу:

Излучение в реакторе FRM II – самый мощный источник нейтронов в Германии.

Свечение вавилова черенкова

Механизм крупным планом:

Свечение вавилова черенкова

Светящийся реактор TRIGA II в Университете штата Канзас:


Свечение вавилова черенкова

Еще одно фото эффекта, снятое в колледже Рид, штат Орегон

Свечение вавилова черенкова

Топливные стержни:

Свечение вавилова черенкова

Реактор TRIGA в Аргоннской национальной лаборатории:

Свечение вавилова черенкова

Источник: zugunder.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.