Презентация "Черенковское и синхротронное излучение" по физике – проект, доклад

Лекция 7

Условие для возникновения черенковского света Направленность излучения Интенсивность излучения Удельные потери на черенковское излучение Черенковские счетчики частиц Синхротронное излучение Характеристики синхротронного излучения Поляризация и частотный спектр

«Черенковское и синхротронное излучение»

Условие для возникновения черенковского света

Черенковский свет образуется при движении частицы со скоростью, превышающей скорость распространения света в данной среде , или что тоже самое , где n – оптический показатель преломления света.

При поляризация окружающих атомов квазисферически симметрична. Такая поляризация должна вызывать сферическую электромагнитную волну – но таких волн нет в природе. Излучение не возникает.

При электрическое поле вытянуто поперек движения и не обладает сферической симметрией. При деполяризации атомов может возникнуть э/м волна.

Фронт этой волны строится по принципу Гюйгенса. Угол θ получается из геометрического соотношения

Анализ формулы дает ряд предельных кинематических характеристик: минимальное значение β получается в виде (для ) излучение направлено вдоль траектории частицы максимальный угол фронта излучения равен

Направленность излучения

Например, для полистирола (n=1,59) значение . Это соответствует минимальной энергии электрона

Интенсивность излучения

Интенсивность черенковского излучения на единицу длины пути (1 см) в единичном интервале частот (Гц)

Из этой формулы следует: спектр одинаков для частиц разных типов (е-, π+ , р+ …) при одинаковом по величине заряде Z; число фотонов пропорционально квадрату заряда налетающей частицы – Z2; с ростом скорости β число фотонов растет и достигает значения при - распределение спектра - равномерное, не зависит от частоты фотонов. Энергия сосредоточена в коротко-волновой (синей) части спектра.

Удельные потери на черенковское излучение

Согласно формуле Тамма-Франка число фотонов в области видимого света N, излучаемых частицей с зарядом Z на 1 см пути, составляет около фотоны летят в конусе с раствором

Потери энергии составляют малую долю от энергии налетающей частицы.

Удельные ионизационные потерями в воде (1/см)

Отношение потерь энергии

Черенковские счетчики частиц

Дифференциальный способ позволяет по углу излучения узнать о скорости частицы: в соответствии с формулой Счетчик содержит разветвленную оптическую систему с коллиматорами лучей света по разным направлениям, точность

Интегральный способ. В счетчике регистрируются все заряженные частицы со скоростью . Сигналы короткие .

Например, в счетчике с водяным радиатором (n=1,33, =0,75) электроны регистрируются начиная с кинетической энергии а протоны - начиная с

Синхротронное излучение

Равномерное вращение электрона по окружности в поперечном магнитном поле вызывает синхротронное (или магнитотормозное) излучение, которое обусловлено большим центростремительным ускорением действующим на частицу (см. «Теория Поля» - Ландау)

Связь интенсивности излучения с напряженностями

- в отсутствии электрического поля

Используя зависимость получаем

Сильная зависимость интенсивности от энергии электронов

Характеристики синхротронного излучения

Равномерное вращение электрона по окружности создает равномерное излучение вдоль орбиты по касательной в небольшом угловом растворе углов:

Например, для энергии электрона Ee =100 МэВ значение

В накопителях получают узкий с высокой плотностью поток излучения на уровне 1015 фотон/сек/мм2/мрад

Характерная частота синхротронного излучения - циклотронная частота; - лоренц-фактор _______________________________________________________________ Для релятивистских энергий электронов частота синхротронного излучения на несколько порядков выше циклотронной частоты

Поляризация и частотный спектр

При вращении электрона в синхротроне получается поляризованное излучение гамма-квантов. Сила Лоренца действует в плоскости орбиты, в этой же плоскости лежит вектор электрического поля . В результате получается узконаправленный и поляризованный пучок излучения.

Частотный спектр излучения представляет собой колокол с максимумом излучения на длине волны С ростом энергии Ее максимум спектра сдвигается в область меньших длин

Длина когерентности

Характеристики синхротронного источника

Пространственное разрешение методики СИ

Угловое отклонение пучка

Схема установки по измерению рефракционного контраста. 1-падающий пучок СИ, 2-кристалл-монохроматор, 3-кристалл-анализатор 4-исследуемый объект, 5-регистрирующие устройство (детектор на основе ПЗС-матрицы).

Угловое отклонение пучка на границе воздух-объект в приближении геометрической оптики равно

Изображение древесного листа, полученное методом рефракционной интроскопии.