Anwendungen

Das Tscherenkow-Licht wird zum Nachweis von hochenergetischen geladenen Teilchen verwendet, insbesondere in der Teilchenphysik, Kernphysik und Astrophysik.

In Kernreaktoren ist die Intensität der Tscherenkow-Strahlung ein Maß für die Zahl von Kernspaltungen pro Sekunde, da anschließend energiereiche Elektronen aus den Brennstäben in das Wasser gelangen. Nach Entfernen der Brennstäbe aus dem Reaktorkern und Unterbringung in einem Abklingbecken ist die Intensität ein Maß der verbleibenden Radioaktivität.

In der Teilchenphysik dient die Tscherenkow-Strahlung einzelner geladener Elementarteilchen zu deren Nachweis und auch zur Messung ihrer Geschwindigkeit. Für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche kommen dafür verschiedene Medien wie Glas, Wasser oder auch Luft in Frage.

B. Es entstehen dabei Lichtblitze von nur etwa einer Milliardstel Sekunde Dauer, aus denen man die Herkunftsrichtung der kosmischen Teilchen bestimmen kann.Treffen sehr energiereiche kosmische Teilchen auf die Erdatmosphäre, werden je nach Art des Teilchens durch verschiedene prozesse neue Elementarteilchen gebildet, welche Tscherenkow-Licht erzeugen können. So werden z. im Super-Kamiokande-Experiment Neutrinos detektiert.

Tscherenkow-Strahlung

Dies ist möglich, da die Lichtgeschwindigkeit in Materie stets kleiner als die Vakuumlichtgeschwindigkeit c - die obere Geschwindigkeitsgrenze aller Teilchen - ist, weswegen Teilchen durchaus schneller als die Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium sein können (die Lichtgeschwindigkeit beispielsweise in Wasser beträgt m/s im vergleich zu m/s Vakuumgeschwindigkeit).Im weiteren Sinn wird darunter die Strahlung verstanden, die entsteht, wenn sich geladene Teilchen in Materie mit höherer Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium bewegen, wobei dann allgemeiner vom Tscherenkow-Effekt gesprochen wird.

Diese elektromagnetischen Wellen kann man dann als Tscherenkow-Licht beobachten.Wenn sich geladene Teilchen durch ein dielektrisches (nichtleitendes) Medium bewegen, werden die Atome längs der Flugbahn durch dessen Ladung kurzzeitig polarisiert. Durch die Polarisation (Ladungsverschiebung) der Atome senden diese elektromagnetische Wellen aus (beschleunigte/abgebremste Ladungen senden Elektromagnetische Wellen aus). Im Normalfall interferieren die Wellen benachbarter Atome jedoch destruktiv (sie löschen sich aus), so dass keine Leuchterscheinung beobachtet wird. Bewegen sich die geladenen Teilchen jedoch schneller als die Lichtgeschwindigkeit in dem umgebenden Medium, so können die Wellen benachbarter Atome sich nicht mehr auslöschen, da sie schneller erzeugt werden als sie sich auslöschen können.

Die Richtung der ausgesandten Strahlung entlang der Flugbahn beschreibt einen sogenannten Mach-Kegel. Der Winkel zwischen Teilchenbahn und Strahlungsrichtung hängt von dem Verhältnis der Geschwindigkeit v = βc des Teilchens und der Lichtgeschwindigkeit c' = c / n im Medium mit Brechungsindex n ab:.

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Das Tscherenkow-Licht ist somit das Analogon zum Überschallknall, wenn Flugzeuge oder andere Körper sich schneller als der Schall fortbewegen.