Ефект Черенкова

Черенко́вське випромі́нювання — випромінювання електромагнітних хвиль зарядженою часткою, яка рухається у середовищі зі швидкістю більшою за фазову швидкість розповсюдження світла в цьому середовищі.

Черенковське випромінювання
Названо на честь	Черенков Павло Олексійович і Вавилов Сергій Іванович
Першовідкривач або винахідник	Вавилов Сергій Іванович
Черенковське випромінювання у Вікісховищі

Блакитне світіння черенковського випромінювання в ядерному реакторі

Анімація випромінювання Вавілова-Черенкова

Випромінювання назване на честь Павла Черенкова, який отримав за його відкриття Нобелівську премію з фізики у 1958 разом із Іллею Франком та Ігорем Таммом, які дали теоретичне пояснення цього ефекту. Науковий керівник Черенкова С. І. Вавілов на той час уже помер, тож, хоча його заслуга у відкритті ефекту дуже велика, він не став Нобелівським лауреатом. В науковій літературі черенковське випромінювання іноді називають випромінюванням Вавілова-Черенкова.

Черенковським випромінюванням пояснюється слабеньке голубувате світіння радіоактивних речовин.

Механізм і геометрія випромінювання

Теорія відносності говорить: жодне матеріальне тіло, включаючи швидкі елементарні частинки високих енергій, не може рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі. Але до швидкості руху світла у прозорих середовищах це обмеження не стосується. У склі або у воді, наприклад, світло поширюється зі швидкістю, яка складає 60–70 % від швидкості світла у вакуумі, і ніщо не заважає швидкій частці (наприклад, протону або електрону) рухатися швидше світла у такому середовищі.

За своєю природою формування черенковського випромінювання схоже на формування ударної хвилі, яка виникає на поверхні конуса Маха, коли літак подолав звуковий бар'єр.

Частинка, яка рухається зі швидкістю ${\displaystyle v>c/n\,}$, де c — швидкість світла у вакуумі, а n — показник заломлення середовища, випромінює під кутом, який визначається формулою

${\displaystyle \cos \theta ={\frac {c}{vn}}}$.

Цей кут дещо різний для променів різної частоти завдяки дисперсії світла.

Інтенсивність випромінювання в спектральному проміжку ${\displaystyle d\omega }$ визначається формулою

${\displaystyle dF={\frac {e^{2}}{c^{2}}}\left(1-{\frac {c^{2}}{v^{2}n^{2}}}\right)\omega d\omega }$,

де e — елементарний заряд.

Випромінювання утворює конус з вершиною, спрямованою у напрямку руху частинки. Кут при вершині конуса залежить від швидкості частинки і від швидкості світла в середовищі. Це як раз і робить випромінювання Черенкова надзвичайно корисним з точки зору фізики елементарних частинок, оскільки, визначивши кут при вершині конуса, можна розрахувати по ньому швидкість частки.

Історія

У 1934 р. Павло Черенков проводив у лабораторії Сергія Вавілова дослідження люмінесценції рідин під впливом гамма-випромінювання і виявив слабке блакитне світіння, викликане швидкими електронами, вибитими з атомів середовища гамма-випромінюванням. Пізніше з'ясувалося, що ці електрони рухалися зі швидкістю вище швидкості світла у середовищі.

Вже перші експерименти Черенкова, зроблені за ініціативою С. І. Вавілова, виявили ряд характерних особливостей випромінювання: світіння спостерігалося у всіх чистих прозорих рідинах, причому яскравість мало залежала від їх хімічного складу, випромінювання мало поляризацію з переважною орієнтацією електричного вектора вздовж напрямку первинного пучка, при цьому на відміну від люмінесценції не спостерігається ні температурного, ні домішкового гасіння. На підставі цих даних Вавілов стверджував, що виявлене явище — не люмінесценція рідини, а світло випромінюють швидкі електрони, що рухаються у ній.

Теоретичне пояснення явища було дано І. Таммом і І. Франком у 1937 році.

У 1958 році Черенков, Тамм і Франк були нагороджені Нобелівською премією з фізики «за відкриття і тлумачення ефекту Черенкова». з Шведської королівської академії наук у своїй промові зазначив, що «відкриття явища, нині відомого як ефект Черенкова, є цікавим прикладом того, як відносно просте фізичне спостереження при правильному підході може привести до важливих відкриттів і прокласти нові шляхи для подальших досліджень».

Див. також

• Аварія на ядерному об'єкті Токаймура
• Радіаційна аварія в губі Андрєєва

Джерела

• Черенков П. А. Видиме свічення чистих рідин під дією g-радіації, «Доповіді Академії наук СРСР», 1934, Т. 2, В. 8, С. 451.
• Вавилов С. И. Про можливі причини синього g-світіння рідин, «Доповіді Академії наук СРСР», 1934, Т. 2, В. 8, С. 457.
• Тамм И. E., Франк И. M. Когерентне випромінювання швидкого електрона в середовищі, «Доповіді Академії наук СРСР», 1937, Т. 14, В. 3, С. 107
• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. —