Переходное излучение

Движущийся заряд излучает, когда скорость его движения превышает скорость света в веществе, т. е. при условии v > c/n или с/(nv) < 1.

Следовательно, для возникновения излучения абсолютные значения скорости заряда и скорости света в веществе не играют, в отдельности, ни какой роли. Важно только отношение этих скоростей.

Отношение скоростей меняется как при изменении скорости движения заряда, так и при изменении скорости света в веществе.

Известно, что при торможении (ускорении) движущегося заряда возникает тормозное излучение.

Если же скорость движения заряда постоянна, а скорость распространения света в веществе изменять заставляя заряд переходить из одной среды в другую с разными абсолютными показателями преломления.

Например при движении заряда в атмосфере Земли, то это будет равносильно мгновенному изменению скорости заряда, и, следовательно, такое сложное движение заряда должно сопровождаться излучением типа тормозного.

Это излучение было предсказано теоре-тически физиками В.Л. Гинзбургом и И.М. Франком в 1946 г., а затем открыто экспериментально и получило название - переходного излучения.

Пусть заряд движется с до световой скоростью в среде из двух протяженных диэлектриков, разделенных плоской границей (рис. 1.3). В этом случае излучение Вавилова-Черенкова в обеих средах отсутствует. Когда заряд неподвижен, то его эквипотенциальные поверхности (поверхности равного потенциала) представляют собой концентрические сферы, центр которых совпадает с зарядом, т. е.

Абсолютный показатель преломления не ферромагнитных, прозрачных диэлектриков связан с диэлектрической проницаемостью среды простым выражением: . При движении заряда его эквипотенциальные поверхности оказываются деформированными (рис. 1.3), сжимаясь в направлении движения так, что отношение размеров поверхности вдоль и поперек скорости

Этот эффект есть прямое следствие сокращения размера движущегося тела в направление его скорости. При пересечении частицей границы раздела меняется показатель преломления, происходит перестройка поля заряда, что и вызывает переходное излучение. Расчеты и эксперимент показывают, что заряд начинает излучать при подходе к границе раздела, и продолжает излучать после ее пересечения. Это расстояние получило название зоны образования переходного излучения. Статическое поле заряда представляют в виде суммы волновых полей набора различных частот. Из-за ограничения этого поля в пространстве волны оказываются стоячими, которые в среднем не переносят электромагнитной энергии, но убывают по амплитуде. Поле частоты равномерно движущегося заряда с до световой скоростью v имеет продольный по скорости размер: s = v/n₀, где n₀ – собственная частота излучения движущегося заряда.

Следовательно, перестройка поля заряда, которое перемещается в пространстве вместе с зарядом, начнется в тот момент, когда граница пространства, где происходят электромагнитные колебания поля с частотой n₀, достигнет границы раздела двух диэлектриков. В результате под углом j к скорости заряда мы увидим доплеровскую частоту излучения n, которую можно найти по формуле: n₀ = n(1 – cosj).

Спектр переходного излучения сплошной от радиочастот до гамма- лучей.

Интенсивность переходного излучения пропорциональна квадрату заряда частицы. При скоростях заряда, много меньших скорости света в вакууме, в спектре переходного излучения, главным образом представлены радио- и оптические частоты.

При движении заряда со скоростью близкой к скорости света резко возрастает интенсивность излучения в диапазоне жесткого рентгеновского излучения и гамма-лучей – она пропорциональна энергии частицы. Все излучение становится сильно направленным по скорости частицы и сосредотачивается в узком конусе вдоль ее траектории.

Примером переходного излучения является свечение в катодных трубках (люминесценция и тормозное излучения также дают некоторый вклад в это свечение).

Для переходного излучения, так же как и для излучения Вавилова-Черенкова, масса частицы не играет роли, необходимо учитывать только заряд и скорость частицы.

Переходное излучение применяют для определения оптических свойств металлов, для регистрации сверхбыстрых заряженных частиц.