Большая Советская Энциклопедия (ЧЕ)

Ч. — В. и. возникает при движении не только электрона в среде, но и любой заряженной частицы, если для неё выполняется условие (1). Для электронов в жидкостях и твёрдых телах условие (1) начинает выполняться уже при энергиях ~ 10⁵эв (такие энергии имеют многие электроны радиоактивных процессов). Более тяжёлые частицы должны обладать большей энергией, например протон, масса которого в ~2000 раз больше электронной, для достижения необходимой скорости должен обладать энергией ~ 10⁸ эв (такие протоны можно получить только в современных ускорителях).

На основе Ч. — В. и. разработаны экспериментальные методы, которые широко применяются в ядерной физике как для регистрации частиц, так и для изучения их природы (см. Черенковский счётчик ). Измерение q в среде (радиаторе) с известным п или определение порога излучения позволяют получать из уравнения (2) или условия (1) скорость частицы. Установив скорость частицы и определив её энергию по отклонению в магнитном поле, можно рассчитать массу частицы (это было, например, использовано при открытии антипротона). Для ультрарелятивистских частиц условие (1) начинает выполняться уже в сжатых газах (газовые черенковские счётчики). Ч. — В. и., возникающее в атмосфере Земли, служит для изучения космических лучей.

Ч. — В. и. может наблюдаться в чистом виде только в идеальных случаях, когда частица движется с постоянной скоростью в радиаторе неограниченной длины. При пересечении частицей поверхности радиатора возникает т. н. переходное излучение. Оно было теоретически предсказано Гинзбургом и Франком (1946) и впоследствии исследовано экспериментально. Сущность его состоит в том, что электромагнитное поле частицы в вакууме и в среде различны. Любое изменение поля частицы всегда приводит к излучению света. При тормозном излучении , например, оно вызывается изменением скорости частицы, а в случае переходного излучения тем, что меняются электромагнитные свойства среды вдоль траектории частицы. В тонком радиаторе, удовлетворяющем условию (1), переходное излучение в известной мере неотделимо от Ч. —В. и. В непрозрачных для света веществах возникающее на их границе переходное излучение играет доминирующую роль, т.к. интенсивность Ч. — В. и. снижена его поглощением. Переходное излучение возникает и тогда, когда не выполнено условие (1) (например, при малых скоростях частицы или, напротив, при излучении ультрарелятивистской частицы в области частот рентгеновского спектра, где n < 1 и, следовательно, всегда bn < 1). Интенсивность переходного излучения мала и обычно недостаточна для регистрации отдельной частицы. Для эффективной его регистрации может быть использовано суммирование излучения частицы при последовательном пересечении ею нескольких границ раздела.

В 1940 Э. Ферми обобщил теорию Ч. — В. и., приняв во внимание, что реальная среда обладает способностью поглощать свет по крайней мере в некоторых областях спектра. Полученные им результаты внесли существенные уточнения в теорию т. н. ионизационных потерь заряженными частицами (эффект поляризации среды).

Ч. — В. и. является примером оптики «сверхсветовых» скоростей и имеет принципиальное значение. Ч. — В. и. экспериментально и теоретически изучено не только в оптически изотропных средах, но и в кристаллах (оптически анизотропные среды), теоретически рассмотрено излучение электрических и магнитных диполей и мультиполей. Ожидаемые свойства излучения движущегося магнитного заряда были использованы для поисков магнитного монополя. Рассмотрено излучение частицы в канале внутри среды (например, излучение пучка частиц внутри волновода). При Ч. — В. и. новые особенности приобретает Доплера эффект в среде: появляются т. н. аномальный и сложный эффекты Доплера. Можно полагать, что всякая система частиц, способная взаимодействовать с электромагнитным полем, будет излучать свет за счёт своей кинетической энергии, если ее скорость превышает фазовую скорость света.

Теоретические представления, лежащие в основе Ч. —В. и., тесно связаны с др. явлениями, имеющими значение в современной физике (волны Маха в акустике, вопросы устойчивости движения частиц в плазме и генерации в ней волн, некоторые проблемы теории ускорителей частиц, а также генерация и усиление электромагнитных волн).

Лит.: Черенков П. А., Видимое свечение чистых жидкостей под действием g-радиации, «Докл. АН СССР», 1934, т. 2, № 8: Вавилов С. И., О возможных причинах синего l-свечения жидкостей, там же; Тамм И. Е., Франк И. М., Когерентное излучение быстрого электрона в среде, там же, 1937, т. 14, № 3; Черенков П. А., Тамм И. Е., Франк И. М., Нобелевские лекции, М., 1960; Джелли Дж., Черенковское излучение и его применения, пер. с англ., М., 1960; Зрелов В. П., Излучение Вавилова — Черенкова и его применение в физике высоких энергий, ч. 1—2, М., 1968.

И. М. Франк.

Рис. 1. Движение заряженной частицы в среде со скоростью n < u. Сферы 1, 2, 3, 4 — положение парциальных волн, испущенных частицей из точек A, B, C, D, соответственно.

Рис. 2. Движение заряженной частицы в среде со скоростью n > u. Угол q указывает направление возникающего излучения.

Черенкование

Черенкова'ние, способ размножения растений отделяемыми от них частями (черенками ). Применяется в плодоводстве, декоративном садоводстве, лесоводстве, при выращивании некоторых технических, лекарственных и др. растений. Чаще всего практикуется размножение черенками корневыми и стеблевыми (одревесневшими без листьев и зелёными с листьями). Корневыми черенками размножают малину, ежевику, молодые сеянцы яблони, серебристый тополь и др. Стеблевыми одревесневшими черенками размножают смородину, виноград, айву, инжир и др. Зелёные черенки с 2—3 листьями применяют для размножения смородины, сливы, вишни, винограда, некоторых сортов крыжовника и др. Листовыми черенками размножают бегонию, фиалку и др. См. Вегетативное размножение .

Черенковский счётчик

Черенко'вский счётчик, прибор для регистрации заряженных частиц и g-квантов, в котором используется Черенкова—Вавилова излучение . Если заряженная частица движется в среде со скоростью u, превышающей фазовую скорость света для данной среды (c/n , n — показатель преломления среды, с — скорость света в вакууме), то частица испускает черенковское излучение. Последнее происходит в определённом направлении, причём угол J между направлением излучения и траекторией частицы связан с u и n соотношением:

cos J = c/ un= 1/ bn (b = u/c ). (1)

Интенсивность N черенковского излучения на 1 см пути в интервале длин волн от l₁ до l₂ выражается соотношением:

. (2)

Здесь Z — заряд частицы (в единицах заряда электрона).

В отличие от сцинтилляционного счётчика , где регистрируются частицы с любой скоростью, а излучение изотропно и запаздывает во времени, в Ч. с. свет излучается только частицами, скорости которых u &sup3; c/n (b &sup3; 1/n ), причём излучение происходит одновременно с их прохождением и под углом J к траектории частицы. С ростом скорости частицы (надпороговой) растут угол J и интенсивность излучения. Для предельных скоростей, близких к скорости света [(1&frac34;b) << 1], угол J достигнет предельного значения:

J_макс = arccos (1/n ). (3)

Количество света, излучаемое в Ч. с., как правило, составляет неск. % от светового сигнала сцинтилляционного счётчика.

Основные элементы Ч. с.: радиатор (вещество, в котором u > с/n ), оптическая система, фокусирующая свет, и один или несколько фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), преобразующих световой сигнал в электрический (см. рис. ). Радиаторы изготавливают из твёрдых, жидких и газообразных веществ. Они должны быть прозрачны к черенковскому излучению и иметь низкий уровень сцинтилляции, создающих фоновые сигналы. Стандартные материалы радиаторов: органическое стекло (n = 1,5), свинцовое стекло (n = 1,5), вода (n = 1,33).

Ч. с. получили широкое применение в экспериментах на ускорителях заряженных частиц , т.к. они позволяют выделять частицы, скорость которых заключена в определённом интервале. С ростом энергии ускорителей и, следовательно, с ростом энергии частиц особенно широкое применение получили газовые Ч. с., обладающие способностью выделять частицы ультрарелятивистских энергий, для которых (1— b) << 1. Угол излучения J в газе очень мал, мала и интенсивность излучения на единицу пути. Чтобы получить вспышку света, достаточную для регистрации, приходится увеличивать длину газовых Ч. с. до 10 м и более. В газовых Ч. с. можно плавно менять показатель преломления, изменяя давление рабочего газа.