Курсовая: Излучение Вавилова-Черенкова - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Излучение Вавилова-Черенкова

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 31 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Федеральное агентство по обр азованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образование «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Курсовая работа на тему: «Излучение Вавилова-Черенкова» Выполнила студентка 2 курса 7 группы Карташева А.А. г. Ростов-на-Дону 2009 г Содержание 1. Люминесценция Классификация явлений люминесце нции Виды люминесценции Люминесцирующие вещества Определение люминесценции и критерий длительности Излучение Вавилова-Черенкова Применение излучения Вавилова-Черенкова Список использованной лит ературы Люминесценция Люминесценция — излучение, представляющее собой избы ток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длите льность, значительно превышающую период световых волн. Для возникновения люминесценции требуется, следовательно, какой-либо источник энергии, отличный от равно весной внутренней энергии данного тела, соответствующий его температу ре. Для поддержания стационарной люминесценции этот источник должен бы ть внешним. Нестационарная люминесценция может происходить во время пе рехода тела в равновесное состояние после предварительного возбуждени я (затухание люминесценции). Как следует из самого определения, понятие л юминесценции относится не к отдельным излучающим атомам или молекулам, а и к их совокупностям – телам. Элементарные акты возбуждения молекул и испускания свет а могут быть одинаковыми в случае теплового излучения и люминесценции. Р азличие состоит лишь в относительном числе тех или иных энергетических переходов. Из определения люминесценции следует, также, что это понятие применимо только к телам, имеющим определенную температуру. В случае сил ьного отклонения от теплового равновесия говорить о температурном рав новесии или люминесценции не имеет смысла. Классификация явлений л юминесценции По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, канд олюминесценцию, катодолюминесценцию, радио-люминесценцию, рентгенолюм инесценцию, электролюминесценцию, фотолюминесценцию, хемилюминесценц ию, триболюминесценцию. По длительности люминесценции, различают флуор есценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение). Теп ерь эти понятия сохранили только условное и качественное значение, т. к. н ельзя указать какие-либо границы между ними. Иногда под флуоресценцией п онимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией – вынужденну ю люминесценцию. Наиболее рациональная классификация явлений люминесце нции, основанная на характеристиках механизма элементарных процессов, была впервые предложена Сергеем Ивановичем Вавиловым (12 (24) марта 1891, Москва — 25 янва ря 1951, Москва ) — советский физик , академик (1932), основатель научной школы физической оптики в СССР , президент Академии наук СССР (с 1945), лауреат Сталинской премии . Младший бр ат Н . И . Вавилова , русского ученого-генетика , различавшим спонтанные, вынужденные и рекомбинационные п роцессы люминесценции. В дальнейшем была выделена также резистивная лю минесценция. Виды люминесценции 1) Резонансная люминесценция (чаще называется резонансн ой флуоресценцией) наблюдается в атомных парах (ртути, натрия и др.) у неко торых простых молекул и, иногда, в более сложных системах. Излучение имее т спонтанный характер и происходит с того же энергетического уровня, кот орые достигаются при поглощении энергии возбуждающего света. При повыш ении плотности паров резонансная люминесценция переходит в резонансно е рассеяние. Этот вид свечения по всех случаях не должен относиться к люминесценции и должен называться резонансным р ассеянием. 2) Спонтанная люминесценция включает переход (излучатель ный или, чаще, безызлучательный) на энергетический уровень, с которого пр оисходит излучение. Этот вид люминесценции характерен для сложных моле кул в парах и растворах, и для примесных центров в твердых телах. Особый сл учай представляет люминесценция, обусловленная переходами из экситонн ых состояний. 3) Метастабильная или вынужденная люминесценция характе ризуется происходящим после поглощения энергии переходом на метастаби льный уровень и последующим переходом на уровень излучения в результат е сообщения колебательной энергии (за счет внутренней энергии тела) или дополнительного кванта света, например инфракрасного. Пример этого вид а люминесценции — фосфоресценция органических веществ, при которой ме тастабилен нижний триплетный уровень органических молекул. 4) Рекомбинационная люминесценция происходит в результа те воссоединения частиц, разделившихся при поглощении возбуждающей эн ергии. В газах может происходить рекомбинация радикалов или ионов, в рез ультате которой возникает молекула в возбужденном состоянии. Последую щий переход в основное состояние может сопровождаться люминесценцией. В твердых кристаллических телах рекомбинационная люминесценция возни кает в результате появления неравновесных носителей заряда (электроно в или дырок) под действием какого- либо источника энергии. Различают реко мбинационную люминесценцию при переходах «зона – зона» и люминесценц ию дефектных или примесных центров (т. н. центров люминесценции). Во всех с лучаях процесс люминесценции может включать захват носителей на ловуш ках с их последующим освобождением тепловым или оптическим путем, т. е. вк лючать элементарный процесс, характерный для метастабильной люминесце нции. В случае люминесценции центров, рекомбинация состоит в захвате дыр ок на основной уровень центра и электронов на возбуждённый уровень. Излу чение происходит в результате перехода центра из возбуждённого состоя ния в основное. Рекомбинационная люминесценция наблюдается в кристалл офосфорах и типичных полупроводниках, например германии и кремнии. Неза висимо от механизма элементарного процесса, ведущего к люминесценции, и злучение, в конечном случае, происходит при спонтанном переходе из одног о энергетического состояния в другое. Если этот переход разрешённый, то имеет место дипольное излучение. В случае запрещенных переходов излучение может соответс твовать как электрическому, так и магнитному диполю. Люминесц ирующие вещества Среди индивидуальных неорганических веществ число лю минесцирующих в обычных условиях невелико. К ним относятся, например, ур аниловые и платиносинеродистые соли, соединения редких земель, вольфра маты. Однако обнаруживается все больше случаев люминесценции чистых не органических кристаллов (например, щелочных галоидов, сульфидов) при низ ких температурах. Еще не во всех случаях ясно, обусловлена ли люминесцен ция излучением экситонов или дефектов кристаллической решетки. Больши нство неорганических люминесцирующих веществ относится к кристаллофо сфорам, т. е. кристаллам, в которых имеются примеси или активаторы. Из органических веществ хорошо лю минесцируют главным образом соединения с цепями двойных сопряженных с вязей, в т. ч. большинство ароматических соединений. Связь люминесценции с химической структурой, несмотря на интенсивное излучение, остается до сих пор одной из трудных проблем. Из установленных правил следует отмети ть что люминесценции способствует «жесткая» структура молекул, затруд няющая некоторые типы колебаний. Поэтому люминесценцию органических в еществ усиливается не только при понижении температуры, но и при закрепл ении молекул в стеклообразной среде или путем адсорбции. Люминофоры - люминесцирующие синтетичес кие вещества. По химической природе люминофоры разделяются на неоргани ческие, большинство из которых относится к кристаллофосфорам, и органич еские. Органические люминофоры, выпускаемые под названием люмо генов (например, люмоген светло-желтый, люмоген оранжево-красный), - обычно довольно сложные органические вещества разнообразного строения, обла дающие яркой люминесценцией под действием ультрафиолетовой и часто та кже коротковолновой части видимого света. Они применяются как декорати вные краски, в полиграфии, для люминесцентной отбелки тканей, в гидролог ии — для люминесцентной метки песка, в люминесцентной микроскопии. Крас ки из органических люминофоров обладают большей яркостью и чистотой цв ета, чем обычные. Определение люминесценц ии и критерий длительности Несмотря на чрезвычайное разнообразие в значениях време ни , показывающего длительность люминесценции (от с до с), для всех процессов люминесценции характерно, что оно значительн о превосходит период собственного колебания светящейся молекулы ( T = c ). На это обратил внимани е Сергей Иванович Вавилов, показавший, что данный критерий длительности является единственным характерный критерием, позволяющим отделить люм инесценцию от всех других видов свечения. К числу неравновесных свечений, и нтенсивность которых может превышать при данной температуре тепловое излучение, принадлежат разнообразные типы свечения. Сюда относятся, кон ечно, и люминесценция, но и рассеянный свет и свет, отраженный точно также отличаются от теплового излучения. Однако, все эти виды свечения, кроме л юминесценции, можно охарактеризовать как вынужденные световые колебан ия, длящиеся лишь постольку, поскольку есть вынуждающее свечение, и исче зающие практически за время, соизмеримое с периодом вынуждающих светов ых колебаний, т.е. примерно за время с. Для люминесценции характерна несравненно большая длительност ь послесвечения. В соответствии с этим С.И. Вавилов предложил определят л юминесценцию как свечение, представляющие избыток над температурным и злучением при условии, что такое избыточное излучение обладает длитель ностью, значительно превышающей период световых колебаний. Данное определение однозначно отличает люминесценцию о т всех других видов свечения и дает возможность надежного эксперимента льного установления люминесцентного характера свечения. Для этой цели не уменьшение выхода люминесценции , вызываемое различными причинами . Тушение люм и несценции может происходить при добавлен ии в люминофор посторонних примесей , при у величении в нём концентрации самого люминесци рующего вещества (концентрационное тушение ), при нагревании (температурное тушение ), под действие м ИК света , электрического поля и др . воздействий на люминофор . тр ебуется производить сложные определения времени свечения. Достаточно убедиться, что оно не слишком мало. А для этого можно провести опыты по туш ению предлагаемой люминесценции, подходящим тушителем. Для тушения нео бходимо, чтобы длительность возбужденного состояния была заведомо бол ьше среднего времени между соударениями с молекулами тушителя. Время эт о при не слишком малых концентрациях возбужденных молекул и тушащего ве щества не меньше с. Поэтому нелюминесцентные, т.е. чрезвычайно быстро прекращаю щиеся виды свечения не успевают испытать тушение. Признак длительности имее т большое практическое значение и дает возможность отличить люминесце нцию от других неравновесных процессов. В частности он сыграл важную рол ь в истории открытия явления Вавилова- Черенкова, позволив установить, ч то наблюдавшееся свечения нельзя отнести к люминесценции. Излучение Вавилова-Черенко ва (28 июля 1904, село Новая Чигла Бобровского уезда Воронежской губернии (н ыне Таловский район Воронежской области ) — 6 января 1990, Москва ) — русский физик , двухкратн ый лауреат Сталинской премии , лауреат Нобелев ской премии по физике (совместно с И . Е . Таммом и И . М . Франком ) (1958). Особенно важное значение имеет случай специального свеч ения, наблюдаемого под действие радиоактивных излучения ( - и -лучи). Как показал Павел Алексеевич Черенков, работавший п од руководством С.И.Вавилова, свечение такого рода возникает у весьма ра знообразных веществ, в том числе у чистых жидкостей, причём яркость мало зависит от их химического состава. Данное излучение имеет поляризацию и направленность вдоль направления движения частицы. Обнаружив, что свеч ение не испытывает тушения Вавилов пришел к выводу, что оно не является л юминесценцией, как считалось ранее, и связал его происхождение с движени ем электронов через вещество. Полное разъяснение явления было дано в тео ретическом исследовании Игоря Евгеньевича Тамма (26 июн я (8 июля ) 1895, Владивосток — 12 а преля 1971, Москва ) — советский физик , лауреат Сталинской премии , лауреат Нобелевской премии по физике (совместно с П . А . Черенковы м и И . М . Франком , 1958). и Илья Михайлов ич 23 октября 1908, Влади восток — 22 июня1990, Москва — советский физик, лауреат Сталинской премии, л ауреат Нобелевской премии по физике (совместно с П. А. Черенковым и И. М. Фра нком, 1958). Франка, которые показали, что свечение должно им еть место, если скорость электрона превосходит фазовую скорость света в данном веществе. Пусть электрон движется равномер но со скоростью вдоль линии О L (рис. 1) сквозь какое-нибудь вещество, например воду. При движении электрона сквозь вещество имеется, конечно, взаимодействие электрона с атомами вещества, в результате, которого час ть энергии электрона может предаваться атомам, вызывая их ионизацию или возбуждение. Однако в данном вопросе нас не эти виды потерь энергии элек троном. Как показывает детальное рассмотрение электрического поля, соз даваемого движущимся электроном, могут иметь место и иные формы растрат ы энергии электроном. Рассмотрим случай. Пусть электрон со значительной скоростью движется по оси пустотелого канала, проделанного в веществе, т ак что он не испытывает непосредственных столкновений с атомами вещест ва. Оказывается, однако, что если диаметр канала значительно меньше длин ы волны света, то все же электрон теряет энергию в виде световой радиации сквозь поверхность, охватывающую ось цилиндрического канала. При этом м ы можем для простоты считать среду вполне прозрачной, так что поток ради ации беспрепятственно проходит через нее. Излучаемая энергия, конечно, з аимствуется из энергии движущегося электрона, скорость которого должн а уменьшиться вследствие торможения электрона в собственном поле. Имен но это излучение представляет собой в чистом виде излучение Вавилова-Че ренкова. Расчет показывает, что рассматриваемое излучение и связ анное с ним торможение возникают только в том случае, когда скорость эле ктрона больше фазовой скорости света в среде с , и прекращается когда скорость электрона уменьшается до этой скорости. Рассчитав электрическое и магнитное поля движущегося эл ектрона со «сверхсветовой» скоростью электрона и образовав вектор Пой нтинга, можно вычислить поток радиации, излучаемой элктроном. . При этом обнаруживается своеобра зное распределение излучения в простран стве в идее узкого конического слоя, образующая которого составляет с ос ью движения угол , так что где - фазовая скорость света; излучение оказывается поляризован ным так, что его электрический вектор лежит в плоскости, проходящей чере з направление движения электрона. Все эти выводы теории оказалась в хоро шем соответствии с результатами наблюдения свечения Вавилова-Черенков а. Наиболее своеобразную особенность рассматриваемого из лучения – его угловое распределение и необходимость соблюдения услов ия мож но получить из довольно общих соображений. Представим себе электрон, дви жущийся со скоростью вдоль линии О L (рис.1), служащей осью узкого пустотного канала в однородном прозрачном вещест ве с показателем преломления n . Ка ждая точка линии OL , последователь но занимаемая электроном, является центром испускания света, но с запозд анием, определенным величиной , где а – расстояние между 2 рассматр иваемыми положениями электрона. Для того чтобы все волны, исходящие из э тих последовательных положений, усиливались в результате взаимной инт ерференции, необходимо, чтобы разность фаз между ними была равно нулю пр и любом значении а . из рисунка 1 нетрудно ув идеть, что это будет иметь место для направления, составляющего угол с направлением движения электрона, причем определяется из условия: Откуда . Действительно, фронт волны, исходящей из О, достигает поло жения АМ`, где А – новое положение электрона, через время ОМ`/ c = : электрон же достигнет точки А через промежуток вр емени . если указанные промежутки совпадают, , то волна из О и волна из А окажутся в одной фазе, какого бы н и было а . Итак, мы видим, что направление максимальной интенсивнос ти определиться углом образующей конуса с его осью О L , удовлетворяющим условию . Если , т.е. скорость ниже фазовой скорости света, то соответствующие напр авление невозможно. Наоборот, при угол имеет вполне определенное значение, зависящие от скорост и электрона и показателя преломления среды в согласии с полной теорией и опытными данными. Легко видеть также, что если условие не соблюдается, то мы можем всегда разбить траекторию О L на такие отрезки а , чтобы разность х ода между волнами, исходящих из соответствующих двух соседних отрезков ( т.е. из точек расположенных на расстоянии а ) была равна . Иными словами, должно выполнятся условие , Откуда . При соблюдении этого условия, свет, исходящий из соответс твующих точек соседних участков, будет гаситься вследствие интерферен ции, и по данному направлению излучение распространяться не будет. Таким образом, единственное направление, по которому в силу взаимной интерфер енции волн может распространятся излучение, есть направление определя емое условием , имеющим смысл тольк о в случае движения со сверхсветовой скоростью. Конечно, в реальном опыт е световой конус не будет бесконечно тонким, ибо поток летящих электроно в имеет конечную апертуру и известный разброс скоростей , равно как и показатель преломления n имеет несколько различные значения для р азных длин волн видимого интервала. Все это дает более или менее узкий ко нический слой около направления, определяемого условием . Излучение Вавилова-Черенкова может вызываться не только движущимися частицами, н о и каким-либо возбуждением, распространяющимся со скоростью, превышающ ей фазовую скорость света в среде. Допустим, например, что на границу сред падает волна с плоским фронтом АВ (рис 2). Вдоль границы раздела побежит во змущение со скоростью , где - фазовая скорость света в первой среде. Оно возбудит во второй среде излучение Ва вилова-Черенова под углом к границе раздела. Угол определяется из соотношения , где - фазовая скорость света во второй среде. Замечая, что , отсюда нах одим . Таким образом, преломление света можно трактовать, как эффект Вавилова-Черенк ова, возбуждаемый во второй среде падающей волной. Также можно рассматри вать и отражение света. В данном случае скорость волнового фронта V совпадает с фазовой скоростью . Отсюда получим, что , т.е. волновой фронт распространяется без изменения направления. Эффекты, сходные с излучением Вавилова-Черенкова давно известны в гидро - и аэродинамике. Если, например, судно движется по поверхности спокойной воды со скоростью, превышающей, скорость распространения волн на поверх ности воды, то возникающие под носом судна волны, отставая от него, образу ют плоский конус волн, угол раскрытия которого зависит от соотношения ск орости судна и скорости поверхностных волн. При движении снаряда или сам олета со сверхзвуковой скоростью возникает звуковое излучение («вой»), з аконы распространения которого также связаны с образованием так назыв аемого «конуса Маха». Явления эти осложняются сложностью уравнений аэр одинамики. Применения излучения Ва вилова-Черенкова Излучение Вавилова-Черенкова нашло разнообразные при менения в экспериментальной ядерной физике и физике элементарных част иц. На нем основано действие так называемых черенковских счетчиков, т.е. д етекторов релятивистских заряженных частиц, излучение которых регистр ируется с помощью фотоумножителей. Основное назначение черенковских с четчиков – разделение релятивистских частиц с одинаковыми импульсами , но различными скоростями. Пусть, например, пучок, состоящий из релятивис тских протонов и -мезонов, проходит через однородное поперечное магнитн ое поле. Направления траекторий прошедших частиц будут определяться то лько их импульсами, но не будут зависеть от их скоростей. С помощью диафра гм можно выделить протоны и -мезонов с одинаковыми импульсами. Из-за различия масс ск орости -мезонов окажутс я несколько больше скоростей протонов . Если пол ученный пучок направить в газ и подобрать показатель преломления n газа так, чтобы было , то -мезоны будут давать излучение Вавилова-Черенкова, а про тоны – нет. Таким образом, счетчик будет регистрировать только -мезоны, но не будет регистрировать протоны. Несмотря на чрезвычайную слабост ь свечения, приемники света достаточно чувствительны, чтобы зарегистри ровать излучение, порожденное единственной заряженной частицей. Созда ны приборы, которые позволяют по излучения Вавилова-Черенкова определи ть заряд, скорость и направление движения частицы, ее полную энергии. Пра ктически важно применение этого излучения для контроля работы ядерных реакторов. Список ис пользованной литературы 1. Антонов-Романовский В.В. «Оп тика и спектроскопия» 1957г. 2. Степанов Б.И. «Классификация втор ичного свечения» 1959г. 3. Принсгейм П. «Флюоресценция и фосфоренценция» 1951г. 4. Левшин В. Л. «Фотолюминесценция жидких и твердых веществ » 1951г. 5. Москвин А. В. «Катодолюминесценция» 1949г. 6. Ландсберг Г.С. «Оптика» 1976 г. 7. Сивухин Д.В. «Курс общей физики. Оптика» 1985 г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Люся ела как птичка - половину своего веса в день.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Излучение Вавилова-Черенкова", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru