В этой статье я постараюсь объяснить явление, которое возникает в ядерных реакторах и обладает удивительной красотой
Немного истории
В 1934 году П. А. Черенков, тогда еще аспирант, проводил исследования свечения солей урана под действие гамма излучения. И он понял, что их свечение нельзя было объяснить старыми моделями флюоресценции
(это свечение вещества вызванное переходом электрона между возбужденными состояниями в атоме).
Дальнейшие исследования показали, что это свечение вызвано заряженными частицами, скорее всего электронами. Но откуда электроны в гамма излучении? Что бы узнать это, читайте статью, которую я написал ранее! Ответ находится в разделе взаимодействия гамма излучения с веществом. Так же Черенков вместе со своим руководителем - Вавиловым С. И., обнаружили, что природа этого излучения не радиационная. Кроме того было выяснено, что излучение происходит под определенным углом.
Объяснение дали И. Е. Тамм и И. М. Франк, и это явление получило название: "излучение Вавилова-Черенкова".
Необходимым условием возникновения этого излучения является то, чтобы скорость движения частицы в веществе, превышала скорость света в этом же веществе. Излучение Вавилова - Черенкова имеет аналоги в других процессах. Например образование V-образной волны от корабля, движущегося с высокой скоростью. Или коническая волна от сверхзвукового самолета. Все эти случаи объединяет одно: тела движутся в веществе быстрее, чем волна распространяется в этом же веществе.
Физика происходящего
Все вещества состоят из атомов. Под действием электрического поля пролетающей частицы конфигурации оболочек внешних слабосвязанных электронов в окрестных атомах изменяются; они становятся вытянутыми в сторону частицы или от неё в зависимости от заряда частицы. В результате, электрический баланс в атомах нарушается, и они превращаются в электрические диполи. После того, как частица пролетит данную область, атомы переходят из дипольной конфигурации в основное состояние, что сопровождается испусканием электромагнитного излучения. Обратите внимание, что источником излучения является не частица, а возбуждённая её электрическим зарядом среда!
Рассмотрим случай а). Частица движется с относительно небольшой скоростью, тогда возникающая поляризация атомов оказывается сферически симметричной в каждый момент времени, из-за того, что электрическое поле частицы успевает поляризовать в одинаковой степени все окрестные атомы. Как следствие, суммарное поле всех диполей на большом расстоянии будет равно нулю, так как их излучения погасят друг друга.
А теперь б). Частица в веществе движется с достаточно большой скоростью, поэтому поляризация окажется запаздывающей, а диполи будут выстраиваться в сторону движения частицы. В этом случае суммарное поле диполей на больших расстояниях окажется ненулевым, а электромагнитное излучение не скомпенсированным.
Наблюдение
Наблюдать такое излучение можно только в прозрачных средах! На самом деле, вы можете наблюдать его и в повседневной жизни. Ведь нашу атмосферу постоянно пронзают высокоэнергетические заряженные частицы, называемые космическими лучами. Но оно будет низкой интенсивности. Для этого вам нужно просидеть в темном помещении некоторое время, чтобы ваши глаза привыкли к темноте, после чего попытаться разглядеть небольшое свечение.
Но наиболее ярким оно будет в области с большим потоком быстрых заряженных частиц. И такие условия выполняются в активных зонах реакторов. Там это явление особенно красиво.
Я попытался объяснить это явление максимально просто и без сложных формул) Не забудьте оценить труды, затраченные для написание этой статьи! Подписывайтесь на канал, тут вас ждем много интересного!