切伦科夫探测器篇(4)_切伦科夫辐射的特点

  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	折射率n	最大辐射角θmax
氢	000140	0°57′
氦	000035	0°29′
二氧化碳	000410	1°38′
气凝硅胶	025~1.075	11°22′
水	33	41°15′
有机玻璃	49	47°51′
铅玻璃	76	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
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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