切伦科夫辐射光的产生及其性质包含如下几个特点:
1, 有确定的方向和阈速度
由上篇的切仑科夫公式可知,一个带电粒子在某一点的切仑科夫辐射是以该点为顶点的一个光锥,这个光锥的轴就是粒子运动的方向,光锥的张角为2θ。当β趋近1时,θ角达到最大arccos(1/n),需要注意的是θ角永远是锐角,即带电粒子产生的切仑科夫辐射是永远向前的。
下表列出了常用切仑科夫辐射介质的性质:
介质
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折射率n |
最大辐射角θmax |
氢 |
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0°57′ |
氦 |
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0°29′ |
二氧化碳 |
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1°38′ |
气凝硅胶 |
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11°22′ |
水 |
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41°15′ |
有机玻璃 |
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47°51′ |
铅玻璃 |
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55°23′ |
2, 辐射光谱是从紫外光到可见光的连续谱
根据弗兰克和塔姆的理论计算,切仑科夫辐射是连续谱。辐射能量随波长的减小显著增加,波长越短,切仑科夫辐射能量越大。
3, 辐射光量很微弱
切仑科夫辐射消耗的粒子能量非常小,对粒子总能量来说可以忽略不计,而且产生的光子数很少,且紫外光子数目较多,所以切仑科夫探测器设计中要提高光的传输和收集效率,光子探测器的响应尽可能的移向紫外波段。
4, 发光时间短
光脉冲时间响应非常快,由于辐射产生不存在时间延迟,所以光脉冲的持续时间大约等于粒子穿过辐射体的时间。
5, 平面偏振光
切仑科夫辐射是许多子波在一定方向上的相干叠加而成的,所以必定是平面偏振光。
6, 与轫致辐射和荧光有区别
切仑科夫辐射强度很弱,测量时必须利用切仑科夫辐射的特点,与轫致辐射和荧光区别开来。这三者的差异归纳如下:
切仑科夫辐射 |
轫致辐射 |
荧光 |
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产生条件 |
带电粒速度子V>c/n且匀速 |
加速度越大,轫致辐射越强 |
与粒子运动形式无关 |
辐射体 |
均匀透明,只与折射率n有关 |
与原子序数Z2成正比 |
荧光物质 |
辐射角 |
θ=arccos(1/nβ),E大θ大 |
Θ≈mc2/E,E大θ小 |
各向同性 |
发光时间 |
10-9~10-11s |
———— |
10-7~10-9s |
偏振性质 |
平面偏振光 |
偏振光 |
非偏振光 |
光强 |
弱 |
最强 |
大于切仑科夫~100倍 |
辐射光谱 |
紫外到可见光连续谱 |
X射线 |
可见光,线光谱或带光谱 |
产生机制 |
介质极化后退极化辐射在一定方向上相干叠加 |
快速带电粒子速度变化产生辐射 |
闪烁体原子激化退激辐射 |
参考文献:
[1]原子核物理实验方法
[2]粒子探测技术及数据获取
[3]核电子学
[4]模拟电子技术基础
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