Techniklexikon

Tscherenkow-Strahlung

TeilchenphysikKernphysik, 1934 von Tscherenkow entdeckte Leuchterscheinung in Stoffen, die beim Durchgang radioaktiver Strahlung entsteht. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Strahlung, die dann entsteht, wenn sich ein geladenes Teilchen in einem Medium mit einer Geschwindigkeit v bewegt, die grösser ist als die Lichtgeschwindigkeit c\' = c / n in diesem Medium. Dies kann dann eintreten, wenn die Brechzahl n > 1 ist. Charakteristisch ist ferner, dass die Abstrahlung bei konstanter Teilchengeschwindigkeit unter einem bestimmten Winkel f, dem Tscherenkow-Winkel, zur Teilchenbahn erfolgt (siehe Abb.). Dieser Abstrahlungswinkel ist dabei gegeben durch , .

Die Ursache für diese Strahlung ist die elektrische Polarisation der Atome des Mediums durch das virtuelle Photonenfeld des geladenen Teilchens. Solange v < c\' ist, richten sich die dadurch entstehenden elektrischen Dipole im gesamten Raumwinkel 4p auf das geladene Teilchen aus und schirmen somit nach aussen dessen Feld ab. Jeder einzelne Dipol ist eine Quelle elektromagnetischer Strahlung. Infolge kohärenter Überlagerung der Strahlungsamplituden aller Dipole um das Teilchen ist die resultierende Abstrahlung gleich Null. Das ändert sich aber, wenn die Teilchengeschwindigkeit grösser als c\' wird. Infolge der endlichen Ausbreitung elektromagnetischer Felder kann das Coulomb-Feld (Coulomb-Potential) des Teilchens nur auf Atome innerhalb eines Kegels mit dem Öffnungswinkel 2f polarisierend einwirken (Tscherenkow-Kegel). Die Ausrichtung der Dipole ist folglich nicht mehr kugelsymmetrisch, die kohärente Überlagerung ihrer Strahlung ergibt eine resultierende elektromagnetische Strahlung in senkrechter Richtung zur Mantelfläche des Kegels. Die Tscherenkow-Strahlung zeigt eine Wellenlängenabhängigkeit gemäss .

Tscherenkow-Strahlung: Ausbreitung von Tscherenkow-Strahlung in der typischen Kegelform. Die Vektoren k geben die Ausbreitungsrichtung der Tscherenkow-Strahlung an, v ist die Teilchengeschwindigkeit.