Čerenkova—Vavilova starojums

Čerenkova—Vavilova starojums jeb Čerenkova starojums ir elektromagnētiskais starojums, kas rodas, lādētām daļiņām kustoties vidē ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas izplatīšanās ātrumu šajā vidē. Tas novērojams kā zilgans starojums, piemēram, kodolreaktoros, kur no kodoldegvielas ar lielu ātrumu cauri caurspīdīgam ūdens slānim izplatās lādētas daļiņas.

Atklāšanas vēsture

Čerenkova—Vavilova starojumu 1934. gadā atklāja padomju fiziķis Pāvels Čerenkovs, kurš strādāja Sergeja Vavilova vadībā. Veicot eksperimentus luminiscences izpētei, Čerenkovs apstaroja caurspīdīgu šķidrumu ar gamma stariem, un novēroja šķidrumā zilganu starojumu. Tika noskaidrots, ka to bija izraisījuši gamma starojuma ietekmē no šķidruma atomiem izsistie elektroni. Šo elektronu ātrums bija lielāks par gaismas ātrumu attiecīgajā šķidrumā. Čerenkovs izpētīja starojuma īpašības, kas izrādījās atšķirīgas no luminiscencei raksturīgajām. Līdz ar to varēja secināt, ka atklāts jauna veida starojums. 1937. gadā šo parādību teorētiski izskaidroja Igors Tamms un Iļja Franks, balstoties uz Einšteina Speciālo relativitātes teoriju. 1958. gadā Čerenkovs, Tamms un Franks par kopējo ieguldījumu saņēma Nobela prēmiju fizikā.

Fizikālais pamatojums

Saskaņā ar klasisko elektromagnētisma teoriju gaismas ātrums c ir maksimālais iespējamais ātrums dabā. Bet tā tas ir tikai vakuumā. Caurspīdīgā vidē, piemēram, ūdenī gaismas izplatīšanās ātrums ir tikai 0,75 × c. Tādējādi iespējams, ka sevišķi ātras lādētas daļiņas (piemēram, elektroni, kas nāk no kodolreaktora, vai ir paātrināti daļiņu paātrinātājā), pārvietojas ūdenī ar lielāku ātrumu nekā gaisma šajā vidē.
Pārvietojoties vidē, elektriski lādētās daļiņas ietekmē elektromagnētisko lauku. Daļiņas elektriskais lauks izsauc vides elektrisko polarizāciju. Ja daļiņas ātrums ir pietiekoši liels, tad vides atomiem nodotā enerģija tiek izstarota koherenta triecienviļņa veidā.
Daļiņu izraisītā Čerenkova starojuma frekvenču spektrs tiek aprēķināts ar Franka—Tamma formulu. Starojuma spektrs ir nepārtraukts, lielākā daļa atrodas spektra ultravioletajā daļā. Tomēr daļa starojuma ir arī redzamās gaismas zilajā daļā.

Pielietojums

Izmantojot Čerenkova starojumu, izveidota aparatūra un mērierīces, kuras lieto dažādās zinātnes un tehnikas jomās.
Čerenkova starojuma novērošanas ierīces (Cerenkov Viewing Device) izmanto atomelektrostacijās izlietotās kodoldegvielas novērošanai un radioaktivitātes kontrolei laikā, kad izlietotā degviela vairākus gadus tiek uzglabāta ūdens baseinos virs reaktora.
Daļiņu fizikā tiek lietoti Čerenkova skaitītāji, kas var identificēt lādētas daļiņas pēc to izraisītā starojuma īpašībām attiecīgajā vidē. Uz šī principa balstās CERN izmantotās metodes paātrinātājos iegūto daļiņu atpazīšanā.
Čerenkova starojumu izmanto astrofizikā. Augstas enerģijas gamma fotoni vai kosmiskais starojums iedarbojas uz Zemes atmosfēru, radot lādētas daļiņas (piemēram, elektronu-pozitronu pārus), kas, kustoties ar lielu ātrumu, izraisa Čerenkova starojumu. Ar Čerenkova teleskopu palīdzību iespējams noteikt astronomisku objektu īpašības.
Čerenkova starojumu lieto arī bioloģisku procesu pētījumos ar radioaktīviem atomiem iezīmēto biomolekulu detektēšanā un vizualizācijā.