Излучение Вавилова-Черенкова

В 1934 г. П.А. Черенков, аспирант академика С.И. Вавилова, обнаружил, что все чистые жидкости при прохождении в них гамма-излучения дают слабое видимое свечение.

Особенностью рассматриваемого излучения является его направленность. Излучение направлено не во все стороны, а в основном вдоль образующей конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частиц. Направленность излучения показывала также, что черенковское излучение не связано с люминесценцией.

.

- угол излучения.

Из формулы видно, что излучение Вавилова-Черенкова наблюдается, когда скорость электрона v больше фазовой скорости света в данной среде . Оно преимущественно направлено вперед, так как  и угол  содержится в интервале . Когда , скорость электрона v равна фазовой скорости света в среде, т.е. , направление излучения совпадает с направлением падающего луча. Такой случай наблюдается при дисперсии света.

При выполнении условия в направлении, образующем угол  с направлением движения электрона, волны в результате интерференции взаимно усиливают друг друга. В других направлениях они взаимно гасят друг друга, и излучения не наблюдается.

Важно подчеркнуть, что излучение Вавилова-Черенкова не связано с тормозным излучением, возникающим при торможении электронов в результате потери энергии на излучение. Тормозное излучение связано с ускорением электронов. Излучение же Вавилова-Черенкова возникает, когда электрон равномерно движется в среде со скоростью v большей, чем фазовая скорость света в данной среде.

Излучение Вавилова-Черенкова нашло применение в ядерной физике и физике высоких энергий для регистрации (счета) заряженных частиц и фотонов. Сконструированы счетчики излучения, основанные на эффекте Вавилова-Черенкова, они получили название черенковских счетчиков. С помощью черенковских счетчиков можно регистрировать не только заряженные частицы, но и определять величину и направление скорости частицы, а также ее заряд.

Квантовые свойства света

 

Несмотря на огромные успехи электромагнитной или волновой теории света к концу 19 - началу 20 веков начали накапливаться новые факты, противоречащие волновой природе. Волновая теория излучения оказалась неспособной объяснить распределение энергии в спектре абсолютно черного тела, а также закономерности фотоэффекта. В 1901 г. М Планк разрешил затруднения, предложив в качестве рабочей гипотезы, что излучение (поглощение) может быть осуществлено лишь некими порциями (квантами).

Энергия каждой порции или кванта

,    или     Е =

где h =6,62 10 ^-34 Дж · с – постоянная Планка, называемая «квант действия», ν – частота излучения.

Эйнштейн ввел понятие «квант» и «фотон» как световая частица. Его масса и импульс, соответственно, 

= и .

Фотон движется в вакууме со скоростью c. Фотон не имеет массы покоя. Из общего соотношения специальной теории относительности, связывающего энергию, импульс и массу любой частицы,

E 2 = m 2 c 4 + p 2 c 2,

 

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Излучением называется форма передачи энергии без участия вещества в качестве посредника.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств поверхности этого тела. Тепловое излучение характеризуется сплошным набором частот, т.е. имеет непрерывный спектр. Тепловое излучение имеет место при любой температуре и исчезает только при абсолютном нуле.

Основными характеристиками теплового излучения являются следующие величины:

1. Потоком излучения называется энергия, переносимая через данную произвольную площадку за единицу времени

Ф_Э =

Единица измерения – Вт.

Очень важно отметить, что поток излучения характеризует некоторую поверхность, которая рассматривается как источник излучения – например поверхность Солнца или электрической лампочки.

2. Энергетическая светимость R_Э – это энергия, испускаемая единицей площади поверхности нагретого тела в единицу времени в интервале частот (длин волн) от 0 до ¥ при температуре Т.

.

Единица измерения – Вт/м²

3. Лучеиспускательная (излучательная) способность (спектральная плотность энергетической светимости) r _n, _T или r _{l, T} – это энергия, излучаемая единицей площади поверхности нагретого тела в единицу времени в единичном интервале частот (длин волн) при температуре Т. Эта величина является функцией частоты (длины волны) и температуры и определяет энергетическую светимость R_Э

  или

.

4. Лучепоглощательная способность (коэффициент поглощения) тела A _{n, Т} или А _{l, Т} - безразмерная величина, показывающая, какая доля энергии, падающей на единицу поверхности тела в единичном интервале частот n (длин волн l) излучения W _пад, поглощается им при температуре Т

.

Тело, поглощающее всю падающую на него энергию, называется абсолютно черным (а. ч. т.) Лучеиспускательная способность абсолютно черного тела обозначается e_{n, Т} (e_{l, Т} ), лучепоглощательная – равна единице.

Абсолютно черное тело является физической моделью, также как и серое тело, для которого коэффициент поглощения меньше единицы (А_{n, Т} < 1).

Модель абсолютно черного тела – полость с отверстием. Многократно отражаясь от стенок полости, свет не может выйти наружу.