أثر تشيرنكوف

أثر تشيرنكوف

أثر تشيرنكوف Cherenkov effect أو إشعاع تشيرنكوف هو الضوء الذي يصدره جسيم مشحون ذو سرعة عالية عندما يتحرك في وسط عازل شفاف بسرعة أكبر من سرعة الضوء في ذلك الوسط. وقد اكتشفه تشيرنكوف عام 1934، وهو فيزيائي سوفييتي أهَّله اكتشافه هذا للحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1958 مع زميليه السوفييتيين فرنك Frank وتام Tamm اللذين أثبتا هذه الظاهرة نظرياً.

إن الشرط اللازم لكي يولد جسيم مشحون إشعاع تشيرنكوف هو أن تكون سرعته في الوسط المادي أكبر من السرعة الطورية (سر) phase velocity للضوء في هذا الوسط أثر تشيرنكوف 484-5

حيث ن: قرينة انكسار الوسط أثر تشيرنكوف 484-6

وc: سرعة الضوء في الخلاء. فإذا تحقق هذا الشرط ولد الجسيم موجة دافعة impulsive تشبه موجة الصدم التي تحدثها قذيفة تنطلق بسرعة أكبر من سرعة الصوت، وتشبه كذلك الموجة التي تتكون في مقدمة قارب يجري بسرعة أكبر من سرعة انتشار الأمواج المائية. فإذا كان (أ) (الشكل1) إلكتروناً يتحرك في زجاج قرينة انكساره 1.50 بسرعة «سر» تساوي 0.9 سرعة الضوء أي أكبر من سرعة الضوء في الزجاج التي تساوي أثر تشيرنكوف 484-7

فإن الاضطرابات التي تتولد عندما يمر الإلكترون بالأوضاع م، مَ، مً تمثلها مويجات ثانوية أنصافُ أقطارها م ب، مَ بَ، مً بً تتناسب مع الأزمان المستغرقة ومع سرعة المويجات أثر تشيرنكوف 484-5

(الشكل -1)

أما صدر (جبهة) الموجة الناتج فهو مغلف هذه المويجات، وله شكل مخروط نصف زاويته يه الشكل(1) ولما كان م ب عمودياً على صدر الموجة، فإنه يتبين من الشكل أن يه تعطى بالعلاقة التالية:

حيث سر: سرعة الجسيم المشحون و أثر تشيرنكوف 484-8

فإذا كانت

و

كانت يه= 48ْ درجة، ويقع جزءٌ مهم من الإشعاع في مجال الضوء المرئي فيُرى وميض أزرق في الماء العائد لمفاعلٍ نووي بالقرب من عناصر الوقود الفعال، كما يمكن تصوير الإشعاع على لوح التصوير، كما هو مبين في الشكل (2):

(الشكل -2)

تسقط حزمة إلكترونية ذات سرعة عالية على صفيحة عازلة «ص» ويوضع لوح تصوير «ح» على بعد «س» منها فتُصور عليه حلقة نصف قطرها «مَ حـ » يعطى بالعلاقة:

نق = س ظل ر

وترتبط زاوية الانكسار (ر) مع الزاوية أثر تشيرنكوف 484-11

بقانون ديكارت في الانكسار

وتؤدي معرفة الزاوية (ر) إذن إلى معرفة الزاوية (يه) وبالتالي إلى حساب سرعة الجسيم المشحون من العلاقة (1)، وهذا يؤدي إلى حساب طاقة الجسيم. وقد صُمم بناءً على ذلك عدادُ تشيرنكوف الذي يُستخدم فيه مضاعف ضوئي photomultiplier لتضخيم الإشعاع.

طاهر تربه دار

مراجع للاستزادة

- الفيزياء الحديثة للجامعات، الجزء الثاني، ترجمة قدورة وحصري وسمان (مطبوعات جامعة دمشق 1973).