Свечение вавилова черенкова. Школьная энциклопедия. Доказано самой природой
Британская и американская рабочие группы 10 лет назад уже доказали о наличии фото-пигмента в глазу человека. Он сигнализирует организму, наступил день или ночь, лето или зима. Фото-пигмент реагирует, в частности, на синий свет. Синий свет показывает организму как будто это день – нужно бодрствовать.
Повышение и снижение показателей мелатонина регулируется количеством света, который захватывают наши глаза и передают в шишковидную железу (эпифиз). Когда темнеет, выработка мелатонина в эпифизе увеличивается, и нам хочется спать. Яркое освещение тормозит синтез мелатонина, сон как рукой снимает.
Сильнее всего выработка мелатонина подавляется светом с длиной волны 450-480 нанометров, то есть синим светом.
Сравнение с зелёным светом показало, что синий свет сдвигает в сторону дня стрелку биологических часов в среднем на три часа, а зелёный - только на полтора, и эффект синего света держится дольше. Поэтому, синий искусственный свет, охватывающий спектр видимых фиолетовых и собственно синих световых волн, становится угрожающе опасным в ночное время!
Поэтому учёные рекомендуют утром яркое синеватое освещение, чтобы быстрее проснуться, а вечером желательно избегать синей части спектра. Кстати, распространённые сейчас энергосберегающие, а особенно светодиодные лампы испускают очень много синих лучей.
Так получается, что проблемы здоровья человека вступают в этом вопросе в противодействие с энергосберегающими технологиями. Обычные лампы накаливания, которые сейчас повсеместно снимают с производства, выдавали куда меньше света синего спектра, чем люминесцентные или светодиодные нового поколения. И всё же при выборе ламп следует руководствоваться полученными знаниями и предпочесть синему любой другой цвет.
Чем опасно для здоровья ночное освещение?
Многие исследования последних лет находили связь между работой в ночную смену и воздействием искусственного света на возникновение или обострение у наблюдаемых болезней сердца, сахарного диабета, ожирения, а также рака предстательной и молочной железы. Хотя ещё не совсем понятно, отчего это происходит, но учёные считают, что всё дело в подавлении светом гормона мелатонина, который, в свою очередь, влияет на циркадный ритм человека («внутренние часы»).
Исследователи из Гарварда, пытаясь пролить свет на связь циркадного цикла с диабетом и ожирением, провели эксперимент среди 10 участников. Им постоянно смещали с помощью света сроки их циркадного цикла. В результате – уровень сахара в крови значительно возрос, вызвав преддиабетное состояние, а уровень гормона лептина, отвечающего за чувство сытости после еды, напротив, понизился (то есть человек испытывал даже при том, что организм биологически насытился).
Оказалось, даже очень тусклый свет от ночника способен разрушить сон и нарушить ход биологических часов! Кроме сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета, это приводит к началу депрессии.
Еще, обнаружено, что изменения в сетчатке глаз, по мере старения, могут привести к нарушению циркадных ритмов.
Поэтому проблемы со зрением у пожилых могут стать причиной развития многих хронических заболеваний и состояний, связанных с возрастом.
По мере старения хрусталик глаз приобретает жёлтый оттенок и пропускает меньше лучей. Да и в целом, наши глаза улавливают меньше света, особенно синей части спектра. Глаза 10-летнего ребёнка способны поглощать в 10 раз больше синего света, чем глаза 95-летнего старика. В 45 лет глаза человека поглощают лишь 50% синего спектра света, необходимого для обеспечения циркадных ритмов.
Свет с экрана компьютера мешает спать
Работа и игра на компьютере особенно отрицательно влияет на сон, так как при работе вы сильно сконцентрировались и сидите близко к яркому экрану.
Двух часов чтения с экрана устройства вроде iPad при максимальной яркости достаточно, чтобы подавить нормальную выработку ночного мелатонина.
Многие из нас каждый день по несколько часов проводят за компьютером. При этом не все знают, что правильная настройка дисплея монитора может сделать работу более эффективной и комфортной.
Программа F.lux исправляет это, делая свечение экрана адаптированным к времени суток. Свечение монитора будет плавно меняться от холодного днем к теплому ночью.
«F.lux» в переводе с английского означает течение, постоянное изменение, постоянное движение. Работать за монитором в любое время суток значительно комфортнее.
Легко ли ей пользоваться?
Благодаря низким системным требованиям, «F.lux» будет отлично работать даже на слабых компьютерах. Простая установка не займет много времени. Все, что требуется – это укать Ваше местонахождение на земном шаре. Карты Гугл помогут сделать это менее, чем за минуту. Теперь программа настроена и работает в фоновом режиме, создавая комфорт для Ваших глаз.
«F.lux» полностью бесплатна. Есть версии для Windows, Mac OS и Linux.
В 1934 году П.А.Черенков, работавший тогда под руководством С.Н. Вавилова, изучая действие электромагнитного излучения на вещество, обнаружил особый вид свечения жидкости под действием γ-лучей радия. Подобное излучение света было обнаружено и под действием других заряженных частиц, например электронов.
Характерные особенности этого излучения:
во-первых, свечение имело голубоватый цвет и наблюдалось у всех чистых прозрачных жидкостей, причем яркость и цвет свечения мало зависели от химического состава жидкости;
во-вторых, в отличие от люминесценции , не наблюдалось ни температурного, ни примесного ослабления свечения;
в-третьих, излучение имеет поляризацию и направленность вдоль направления движения частицы.
Вавилов предположил, что обнаруженное явление не является люминесценцией, свет излучают быстрые электроны, движущиеся в жидкости . В 1937 году И.Е. Тамм и И.М. Франк объяснили механизм свечения и создали количественную теорию, основанную на уравнениях классической электродинамики. В 1940 году В.Л. Гинзбург создал квантовую теорию, которая привела к тем же результатам.
Излучение Вавилова–Черенкова – это излучение электрически заряженной частицы, движущейся в среде, со скоростью превышающей скорость света в этой среде :
Согласно электромагнитной теории, заряд, движущийся равномерно не излучает электромагнитной волны. Однако Тамм и Франк показали, что это справедливо лишь для скоростей частиц, не превышающих фазовую скорость волны в данной среде. В процессе излучения Вавилова–Черенкова энергия и скорость излучающей свободной частицы уменьшается, то есть частица тормозится.
Заряженная частица вызывает кратковременную поляризацию вещества в окрестности тех точек, через которые она проходит при своем движении. Поэтому молекулы среды, лежащие на пути частицы, становятся кратковременно действующими когерентными источниками элементарных электромагнитных волн, которые интерферируют друг с другом.
При движении заряженной частицы в изотропной среде со скоростью элементарные волны будут представлять собой сферы, распространяющиеся со скоростью (рис. 10.10).
|
|
Согласно принципу Гюйгенса–Френеля, в результате интерференции элементарные волны гасят друг друга всюду, за исключением их общей огибающей. А при движении частицы со скоростью общей огибающей волн нет: все окружности лежат одна в другой. Поэтому заряд, движущийся равномерно прямолинейно со скоростью , свет не излучает .
Если частица движется быстрее, чем распространяются волны в среде (
), то соответствующие элементарным волнам сферы пересекаются и их общая огибающая (волновая поверхность) представляет собой конус с вершиной в точке, совпадающей с мгновенным положением движущейся частицы (рис.10.11). В данном случае, в результате интерференции элементарные волны усиливают друг друга
. Нормали к образующим конуса определяют волновые векторы, т.е. направления распространения света. Угол , который составляет волновой вектор с направлением движения частицы, удовлетворяет соотношению: 
.
В этих направлениях вторичные волны будут усиливаться и формировать излучение Вавилова–Черенкова . Свет, возникающий на каждом малом участке траектории частицы, распространяется вдоль образующей конуса, ось которого совпадает с направлением движения свободного электрона , а угол при вершине равен 2 (рис. 10.12).
Эффект Вавилова-Черенкова был открыт в 1934 г. советским физиком Павлом Алексеевичем Черенковым, работавшим в лаборатории, возглавляемой академиком Сергеем Ивановичем Вавиловым.
История открытия
Павел Алексеевич Черенков
Во время эксперимента по исследованию люминесценции («холодного» свечения) жидкостей под воздействием гамма-излучения молодой учёный обнаружил красивое голубое свечение, которое было довольно слабым. Его можно было наблюдать у всех чистых прозрачных жидкостей. Причём, в отличие от люминесценции, яркость этого свечения практически не зависела от химического состава жидкости. И ни температура, ни добавление примесей не влияли на его интенсивность. Кроме того, если люминесценция происходит равномерно во все стороны, то новое излучение было поляризовано и направлено вдоль пучка электронов. Обобщив свои наблюдения, Черенков пришёл к выводу, что свет излучается не жидкостью, а движущимися в ней быстрыми электронами. Открытое излучение было названо эффектом Вавилова-Черенкова .
Природу этого явления объяснили в 1937 г. советские физики Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк.
Игорь Евгеньевич Тамм
Илья Михайлович Франк
Излучение Вавилова-Черенкова
Нажать на изображение
Как же объяснить эффект Вавилова-Черенкова?
Мы знаем, что в вакууме свет движется с наивысшей скоростью, которой можно достичь. Согласно теории относительности, ни одно материальное тело, включая быстрые элементарные частицы (например, протоны или электроны), не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Но в любой другой прозрачной среде свет распространяется с меньшей скоростью. Например, скорость света в воде на треть меньше его скорости в вакууме. Поэтому скорость протонов или электронов может превысить скорость света в этой среде.
Как раз такая ситуация и наблюдалась в опыте Черенкова. Быстрые электроны, выбитые из атомов среды под воздействием гамма-излучения, двигались со скоростью, превышающей скорость света в этой среде.
Согласно принципу Гюйгенса, в каждой точке поверхности, достигнутой сферической волной, возникает новая волна. Таким образом, каждую точку траектории электрона можно считать источником волны, возникающей в момент в момент её прохождения им. Все эти волны распространяются с одинаковой скоростью u = c/n , где u - скорость распространения волны; с - скорость света; n - показатель преломления среды.
Если частица движется быстрее световых волн, то она обгоняет волны и за время t пройдёт путь от точки А до точки Е, равный v·t , где v - скорость частицы. Радиус сферической волны, испущенной из точки А, будет равен R = u·t , или c/n·t . Пики амплитуд этих волн образуют волновой фронт (волновую поверхность, до которой дошли колебания). Его называют волновым фронтом Черенкова. Он выглядит, как конус с вершиной в точке Е. Нормали к образующим конуса показывают направление движения световых волн.
Угол между нормалью и направлением движения частиц зависит от скорости частицы и от скорости света в среде. Поэтому вычислив этот угол, можно вычислить и скорость частицы.
Связь между величиной этого угла и скоростью частицы определяет формула:
Практическое применение эффекта Вавилова-Черенкова
Свечение Черенкова довольно слабое. И, чтобы его увидеть, Черенкову приходилось подолгу сидеть в темноте, чтобы самый чувствительный в то время «фотоэлемент» - его глаз - смог это излучение разглядеть. Но в середине ХХ века были созданы фотоумножители, которые позволили фиксировать даже отдельные фотоны. Это дало толчок к практическому применению открытого учёным явления. В итоге появились черенковские детекторы, которые начали использовать для регистрации релятивистских частиц (частиц, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света).
Задача черенковкого детектора , или детектора черенковского излучения, - отделить тяжёлые частицы от более лёгких, косвенным образом определив их массы. Для этого определяют угол излучения черенковского света и вычисляют скорость частицы. Затем по искривлению траектории движения частицы в электромагнитном поле получают величину её импульса, что даёт возможность вычислить её массу и идентифицировать саму частицу.
По черенковскому излучению определяют содержание радионуклидов в воде напрямую, без применения специальных детекторов.
Эффект Вавилова-Черенкова широко применяется в ядерной физике и физике элементарных частиц.
Детекторы Черенкова установлены в обсерваториях. Они используются во всём мире. Например, в Японии в лаборатории г. Камиока функционирует детектор «Супер-Камиоканде», вмещающий 50 тысяч тонн воды и 11 000 светочувствительных элементов.
Излучение Черенкова наблюдается в охлаждающей жидкости ядерного реактора. Его используют для контроля работы ядерных реакторов.
В 1958 г. Вавилов, Тамм и Франк стали лауреатами Нобелевской премии по физике, которая была присуждена им «за открытие и истолкование эффекта Черенкова».
Эффект Вавилова - Черенко́ва (излучение Вавилова - Черенкова) - свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей.
История открытия
В 1958 году Черенков, Тамм и Франк были награждены Нобелевской премией по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». Манне Сигбан из Шведской королевской академии наук в своей речи отметил, что «открытие явления, ныне известного как эффект Черенкова, представляет собой интересный пример того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований».
Механизм и геометрия излучения
Теория относительности гласит: ни одно материальное тело, включая быстрые элементарные частицы высоких энергий, не может двигаться со скоростью, равной скорости света в вакууме. Но к скорости движения в прозрачных средах это ограничение не относится. В стекле или в воде, например, свет распространяется со скоростью, составляющей 60-70% от скорости света в вакууме, и ничто не мешает быстрой частице (например, протону или электрону) двигаться быстрее света в такой среде.
В 1934 году Павел Черенков проводил исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружил слабое голубое свечение (которое теперь названо его именем), вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением. Чуть позже выяснилось, что эти электроны двигались со скоростью выше скорости света в среде. Это был как бы оптический эквивалент ударной волны, которую вызывает в атмосфере сверхзвуковой самолет, преодолевая звуковой барьер. Представить это явление можно по аналогии с волнами Гюйгенса, расходящимися вовне концентрическими кругами со скоростью света, причем каждая новая волна испускается из следующей точки на пути движения частицы. Если частица летит быстрее скорости распространения света в среде, она обгоняет волны. Пики амплитуды этих волн и образуют волновой фронт излучения Черенкова.
Излучение расходится конусом вокруг траектории движения частицы. Угол при вершине конуса зависит от скорости частицы и от скорости света в среде. Это как раз и делает излучение Черенкова столь полезным с точки зрения физики элементарных частиц, поскольку, определив угол при вершине конуса, можно рассчитать по нему скорость частицы.
Применение
Излучение Вавилова-Черенкова нашло разнообразные применения в экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц. На нем основано действие так называемых черенковских счетчиков, то есть 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 -мезоны 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 излучению Вавилова-Черенкова определить заряд, скорость и направление движения частицы, ее полную энергию. Практически важно применение этого излучения для контроля работы ядерных реакторов.
Примечания
См. также
- Конус Маха
| Физика (экспериментальная теоретическая) | |
|---|---|
| Основные разделы | Механика Термодинамика Статистическая физика Электродинамика Колебания и Волны Квантовая физика Атомная физика Ядерная физика Физика элементарных частиц Теория поля |
| Механика | Классическая механика Специальная теория относительности Общая теория относительности Релятивистская механика Квантовая механика Механика сплошных сред |
| Термодинамика и статистическая физика |
Молекулярная физика Физическая кинетика Физика конденсированного состояния |
| Теория поля | Классическая теория поля Квантовая теория поля |
| Электродинамика | Электростатика Магнитостатика Электродинамика сплошных сред Оптика Квантовая электродинамика |
| Колебания и волны | Оптика Акустика Радиофизика Теория колебаний |
| Прикладная физика | Физика плазмы Лазерная физика |
| Связанные науки | Химическая физика Физическая химия Математическая физика Астрофизика Геофизика Биофизика Физика атмосферы Метрология Материаловедение |
| См. также | Космология Нелинейная динамика |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Эффект Вавилова - Черенкова" в других словарях:
Электромагнитное излучение Синхротронное Циклотронное Тормозное Тепловое Монохроматическое Черенковское Переходное Радиоизлучение Микроволновое Терагерц … Википедия
эффект Вавилова-Черенкова - Vavilovo Čerenkovo reiškinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. Vavilov Tcherenkov effect vok. Vavilov Tcherenkov Effekt, m rus. эффект Вавилова Черенкова, m pranc. effet Vavilov et Tcherenkov, m … Radioelektronikos terminų žodynas
- (Черенкова Вавилова эффект), излучение света электрически заряженной ч цей, возникающее при её движении в среде с пост. скоростью v, превышающей фазовую скорость света в этой среде (скорость распространения световых волн). Обнаружено в 1934 при… … Физическая энциклопедия
- (эффект Вавилова Черенкова), возникает при движении в веществе заряженных частиц со скоростью, превышающей фазовую скорость света (см. ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ) в этом веществе. Обнаружено в 1934 г. П. А. Черенковым (см. ЧЕРЕНКОВ Павел Алексеевич) при… … Энциклопедический словарь
- (Черенкова Вавилова эффект, иногда наз. Вавилова Черенкова излучение) излучение света электрически заряженной частицей, возникающее при её движении в среде с пост. скоростью?, превышающей фазовую скорость света в этой среде (скорость… … Физическая энциклопедия
ЭФФЕКТ - (1) физ. явление или результат, следствие каких либо причин, действий, влияние и др.; (2) Э. внутренний фотоэлектрический см. , (3) Э. динатронный испускание электронов в электронных приборах с поверхности металлического электрода при… … Большая политехническая энциклопедия
Электромагнитное излучение Синхротронное Циклотронное Тормозное Равновесное Монохроматическое Черенковское Переходное Радиоизлучение Микроволновое Терагерцевое Инфракрасное Видимое Ультраф … Википедия
Голубь во сне символизирует получение хорошего известия, покой, блаженство удовольствия, богатство и успех в делах.
Влюбленным такой сон предсказывает верность. Если ваш возлюбленный собирается в длительную поездку, то после такого сна вы должны верить, что он вернется к вам, а его поездка окажется выгодной.
Женатым сон о голубях предсказывает преданность супругов.
Бизнесменам сон о голубях обещает прирост состояния.
Видеть его летящим во сне - знак получения приятных известий об успехе.
Видеть голубя в небе - знак утешения в любви.
Воркующие голуби во сне обещают счастье влюбленным и счастливый брачный союз для женатых.
Кормить голубей с рук во сне - знак больших перемен в жизни, признания и почета. Иногда такой сон указывает на большую привязанность к вам какого-то человека.
Если во сне вы пытаетесь закрыть голубя в шкафу или буфете, а он вываливается оттуда, то ваши надежды на счастливый брак с вашим возлюбленным не оправдаются.
Матери сон о голубе предсказывает получение известие от любимого ребенка.
Ловить голубей во сне - к потерям; убивать - к разлуке или смерти близкого друга.
Голуби, летающие над вашим домом, сидящие у окна или на крыше, предвещают получение известий от близких людей.
Двух целующихся голубей видеть во сне - знак преданности вашего возлюбленного, взаимности, ласки.
Увидеть горлицу во сне - знак нежной привязанности для мужчин и получения хороших известий для женщин.
Толкование снов из Семейного сонника
Профессор зубов как идеолог новой власовщины Действия России в деле с возвращением Крыма он сравнивает с захватом гитлеровцами европейских государств, угрожая ей за это разгромом
Education in Great Britain - Образование в Великобритании (5), устная тема по английскому языку с переводом
Иван петрович павлов, открытия