Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образование «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Курсовая работа на тему: «Излучение Вавилова-Черенкова» Выполнила студентка 2 курса 7 группы Карташева А.А. г. Ростов-на-Дону 2009 г Содержание 1. Люминесценция 2. Классификация явлений люминесценции 3. Виды люминесценции 4. Люминесцирующие вещества 5. Определение люминесценции и критерий длительности 6. Излучение Вавилова-Черенкова 7. Применение излучения Вавилова-Черенкова Список использованной литературы Люминесценция Люминесценция — излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн. Для возникновения люминесценции требуется, следовательно, какой-либо источник энергии, отличный от равновесной внутренней энергии данного тела, соответствующий его температуре.
Для поддержания стационарной люминесценции этот источник должен быть внешним.
Нестационарная люминесценция может происходить во время перехода тела в равновесное состояние после предварительного возбуждения (затухание люминесценции). Как следует из самого определения, понятие люминесценции относится не к отдельным излучающим атомам или молекулам, а и к их совокупностям – телам. Элементарные акты возбуждения молекул и испускания света могут быть одинаковыми в случае теплового излучения и люминесценции.
Различие состоит лишь в относительном числе тех или иных энергетических переходов. Из определения люминесценции следует, также, что это понятие применимо только к телам, имеющим определенную температуру. В случае сильного отклонения от теплового равновесия говорить о температурном равновесии или люминесценции не имеет смысла. Классификация явлений люминесценции По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, кандолюминесценцию, катодолюминесценцию, радио-люминесценцию, рентгенолюминесценцию, электролюминесценцию, фотолюминесценцию, хемилюминесценцию, триболюминесценцию. По длительности люминесценции, различают флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение). Теперь эти понятия сохранили только условное и качественное значение, т. к. нельзя указать какие-либо границы между ними. Иногда под флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией – вынужденную люминесценцию.
Наиболее рациональная классификация явлений люминесценции, основанная на характеристиках механизма элементарных процессов, была впервые предложена Сергеем Ивановичем Вавиловым, различавшим спонтанные, вынужденные и рекомбинационные процессы люминесценции.
В дальнейшем была выделена также резистивная люминесценция.
Резонансная люминесценция (чаще называется резонансной флуоресценцией)... Этот вид свечения по всех случаях не должен относиться к люминесценции... В газах может происходить рекомбинация радикалов или ионов, в результа... включать элементарный процесс, характерный для метастабильной люминесц... Рекомбинационная люминесценция наблюдается в кристаллофосфорах и типич...
Среди индивидуальных неорганических веществ число люминесцирующих в об... е. ч. большинство ароматических соединений. Люминофоры - люминесцирующие синтетические вещества. По химической при...
Несмотря на чрезвычайное разнообразие в значениях времени, показывающе... Вавилов предложил определят люминесценцию как свечение, представляющие... А для этого можно провести опыты по тушению предлагаемой люминесценции... При движении электрона сквозь вещество имеется, конечно, взаимодействи... Излучаемая энергия, конечно, заимствуется из энергии движущегося элект...
выводы теории оказалась в хорошем соответствии с результатами наблюдения свечения Вавилова-Черенкова.
Наиболее своеобразную особенность рассматриваемого излучения – его угловое распределение и необходимость соблюдения условия можно получить из довольно общих соображений. Представим себе электрон, движущийся со скоростью вдоль линии ОL (рис.1), служащей осью узкого пустотного канала в однородном прозрачном веществе с показателем преломления n. Каждая точка линии OL, последовательно занимаемая электроном, является центром испускания света, но с запозданием, определенным величиной, где а – расстояние между 2 рассматриваемыми положениями электрона. Для того чтобы все волны, исходящие из этих последовательных положений, усиливались в результате взаимной интерференции, необходимо, чтобы разность фаз между ними была равно нулю при любом значении а. из рисунка 1 нетрудно увидеть, что это будет иметь место для направления, составляющего угол с направлением движения электрона, причем определяется из условия: Откуда. Действительно, фронт волны, исходящей из О, достигает положения АМ`, где А – новое положение электрона, через время ОМ`/c= : электрон же достигнет точки А через промежуток времени . если указанные промежутки совпадают, , то волна из О и волна из А окажутся в одной фазе, какого бы ни было а. Итак, мы видим, что направление максимальной интенсивности определиться углом образующей конуса с его осью ОL, удовлетворяющим условию. Если, т.е. скорость ниже фазовой скорости света, то соответствующие направление невозможно.
Наоборот, при угол имеет вполне определенное значение, зависящие от скорости электрона и показателя преломления среды в согласии с полной теорией и опытными данными.
Легко видеть также, что если условие не соблюдается, то мы можем всегда разбить траекторию ОL на такие отрезки а, чтобы разность хода между волнами, исходящих из соответствующих двух соседних отрезков (т.е. из точек расположенных на расстоянии а) была равна. Иными словами, должно выполнятся условие , Откуда. При соблюдении этого условия, свет, исходящий из соответствующих точек соседних участков, будет гаситься вследствие интерференции, и по данному направлению излучение распространяться не будет.
Таким образом, единственное направление, по которому в силу взаимной интерференции волн может распространятся излучение, есть направление определяемое условием, имеющим смысл только в случае движения со сверхсветовой скоростью.
Конечно, в реальном опыте световой конус не будет бесконечно тонким, ибо поток летящих электронов имеет конечную апертуру и известный разброс скоростей, равно как и показатель преломления n имеет несколько различные значения для разных длин волн видимого интервала.
Все это дает более или менее узкий конический слой около направления, определяемого условием. Излучение Вавилова-Черенкова может вызываться не только движущимися частицами, но и каким-либо возбуждением, распространяющимся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде. Допустим, например, что на границу сред падает волна с плоским фронтом АВ (рис 2). Вдоль границы раздела побежит возмущение со скоростью, где - фазовая скорость света в первой среде.
Оно возбудит во второй среде излучение Вавилова-Черенова под углом к границе раздела. Угол определяется из соотношения, где - фазовая скорость света во второй среде. Замечая, что, отсюда находим. Таким образом, преломление света можно трактовать, как эффект Вавилова-Черенкова, возбуждаемый во второй среде падающей волной.
Также можно рассматривать и отражение света. В данном случае скорость волнового фронта V совпадает с фазовой скоростью. Отсюда получим, что, т.е. волновой фронт распространяется без изменения направления. Эффекты, сходные с излучением Вавилова- Черенкова давно известны в гидро- и аэродинамике. Если, например, судно движется по поверхности спокойной воды со скоростью, превышающей, скорость распространения волн на поверхности воды, то возникающие под носом судна волны, отставая от него, образуют плоский конус волн, угол раскрытия которого зависит от соотношения скорости судна и скорости поверхностных волн. При движении снаряда или самолета со сверхзвуковой скоростью возникает звуковое излучение («вой»), законы распространения которого также связаны с образованием так называемого «конуса Маха». Явления эти осложняются сложностью уравнений аэродинамики.
Применения излучения Вавилова-Черенкова Излучение Вавилова-Черенкова нашло разнообразные применения в экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц.
На нем основано действие так называемых черенковских счетчиков, т.е. детекторов релятивистских заряженных частиц, излучение которых регистрируется с помощью фотоумножителей. Основное назначение черенковских счетчиков – разделение релятивистских частиц с одинаковыми импульсами, но различными скоростями. Пусть, например, пучок, состоящий из релятивистских протонов и -мезонов, проходит через однородное поперечное магнитное поле. Направления траекторий прошедших частиц будут определяться только их импульсами, но не будут зависеть от их скоростей.
С помощью диафрагм можно выделить протоны и -мезонов с одинаковыми импульсами. Из-за различия масс скорости -мезонов окажутся несколько больше скоростей протонов. Если полученный пучок направить в газ и подобрать показатель преломления n газа так, чтобы было, то -мезоны будут давать излучение Вавилова-Черенкова, а протоны – нет. Таким образом, счетчик будет регистрировать только -мезоны, но не будет регистрировать протоны. Несмотря на чрезвычайную слабость свечения, приемники света достаточно чувствительны, чтобы зарегистрировать излучение, порожденное единственной заряженной частицей.
Созданы приборы, которые позволяют по излучения Вавилова-Черенкова определить заряд, скорость и направление движения частицы, ее полную энергии. Практически важно применение этого излучения для контроля работы ядерных реакторов. Список использованной литературы 1. Антонов-Романовский В.В. «Оптика и спектроскопия» 1957г. 2. Степанов Б.И. «Классификация вторичного свечения» 1959г. 3. Принсгейм П. «Флюоресценция и фосфоренценция» 1951г. 4. Левшин В. Л. «Фотолюминесценция жидких и твердых веществ» 1951г. 5. Москвин А. В. «Катодолюминесценция» 1949г. 6. Ландсберг Г.С. «Оптика» 1976 г. 7. Сивухин Д.В. «Курс общей физики.
Оптика» 1985 г.