Promieniowanie Czerenkowa.html

Rdzeń reaktora TRIGA. Niebieskie światło to efekt promieniowania Czerenkowa.

Promieniowanie Czerenkowa jest promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym, gdy naładowana relatywistyczna cząstka (np. elektron) porusza się w ośrodku materialnym ruchem jednostajnym prostoliniowym z prędkością większą od prędkości fazowej światła w tym ośrodku. Fala elektromagnetyczna jest emitowana tylko w ściśle określonym kierunku leżącym pod kątem ostrym do kierunku ruchu cząstki. Nazwa tego typu promieniowania pochodzi od nazwiska odkrywcy tego promieniowania, rosyjskiego fizyka Pawła A. Czerenkowa.

Popularną analogią jest przyrównanie tego zjawiska do uderzenia dźwiękowego (fali uderzeniowej), wywołanego przez ciało poruszające się z prędkością ponaddźwiękową.

Promieniowanie Czerenkowa można zaobserwować w reaktorach jądrowych. W wyniku reakcji zachodzących w reaktorze powstają wysokoenergetyczne, przenikliwe cząstki, które dostając się do wody będącej chłodziwem reaktora powodują powstawanie promieniowania Czerenkowa. W rezultacie woda dookoła rdzenia świeci na niebiesko. W Polsce można to zjawisko obserwować w reaktorze Maria w podwarszawskim Świerku.

edytuj Historia

Czerenkow odkrył efekt świecenia szybko poruszających się cząstek naładowanych w materii w 1934 r, pracując w laboratorium pod kierownictwem Wawiłowa. Dlatego w Rosji promieniowanie to nazywane jest promieniowaniem Czerenkowa-Wawiłowa. Trzy lata później Tamm i Frank wyjaśnili naturę tego promieniowania. Za odkrycie i wyjaśnienie tego efektu Czerenkow, Tamm i Frank otrzymali w roku 1958 nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

edytuj Powstawanie promieniowanie Czerenkowa

Rys.1 Cząstka porusza się w prawo emitując w każdym momencie falę kulistą

Warunkiem powstania promieniowania Czerenkowa jest odpowiednia prędkość naładowanej cząstki. Musi być ona większa od prędkości fazowej światła w substancji, w której cząstka się porusza. Warunek ten wyraża wzór

$v>v_f = \frac {c}{n}$

gdzie

n - współczynnik załamania światła substancji,

c - prędkość światła w próżni.

Wówczas czoła fal emitowanych w poszczególnych momentach kolejno w punktach 0, 1, ..., 5 (zobacz Rys. 1 - czarne okręgi) równocześnie dochodzą do powierzchni stożkowej (niebieska linia, wierzchołek stożka w p. 5). W czasie t cząstka pokonuje odległość od punktu 0 do punktu 5. Droga ta jest równa

$vt\,$

W tym samym czasie światło wysłane przez cząstkę w punkcie 0 pokonuje odległość do powierzchni stożkowej równą

$v_f t\,$

Z rysunku można odczytać

$\operatorname {sin} \alpha = \frac {v_f t}{vt}=\frac {v_f}{v}=\frac {c}{nv}\,$

Na skutek interferencji promieniowanie rozchodzi się dalej tylko w kierunku prostopadłym do powierzchni stożkowej (zobacz animację). Kierunek rozchodzenia się promieniowania tworzy z kierunkiem ruchu cząstki kat θ, który można wyznaczyć z zależności

$\theta = \frac {\pi}{2}- \alpha$

skąd, wykorzystując wzór na sinα, można zapisać

$\operatorname{cos} \theta =\frac {c}{nv}\,$

edytuj Zastosowanie

W fizyce cząstek elementarnych promieniowanie Czerenkowa ma zastosowanie w licznikach, służących do detekcji i precyzyjnego wyznaczania prędkości wysokoenergetycznych, naładowanych cząstek.

Promieniowanie Czerenkowa jest także wykorzystywane w astrofizyce wysokich energii do detekcji wysokoenergetycznych kwantów gamma. Używa się w tym celu teleskopów optycznych rejestrujących promieniowanie Czerenkowa wywołane oddziaływaniem kwantów gamma promieniowania kosmicznego z atmosferą Ziemi. Metoda ta, jako jedyna, pozwala na obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania gamma z powierzchni Ziemi.

edytuj Zobacz też

edytuj Linki zewnętrzne:

Promieniowanie Czerenkowa