切伦科夫辐射

切伦科夫辐射是粒子在介质中一种超光速运动现象。根据爱因斯坦的相对论原理，粒子的运动速度不能超过光在真空中的运动速度，但在折射率为n(n>1)的透明介质中，带电粒子的运动速度有可能超过光在该介质中的运动速度c/n，这时就会发出一种微弱的可见光，就是切伦科夫辐射。它是一种不同于荧光现象和轫致辐射发光机制的发光现象。
原理 在透明介质中，假如速度为V的快速带电粒子沿某一方向作等速运动，则将使介质中沿粒子运动轨迹附近的原子发生瞬间极化。在这些原子退极化时，每一原子都变成辐射中心而发出电磁波。切伦科夫辐射就是由这许多相邻的个别原子所放出的辐射经过相干干涉加强后合成的结果。

切伦科夫辐射形成原理图
1. 切伦科夫辐射的传
播方向

根据惠更斯波动原理（见图），波因相干干涉而加强的条件是：光元波从A传至E′的时间△t′等于粒子从A运动到E的时间△t。因而A、B、C、D各点放出的光元波相互加强且形成EE′ 的平面波前。如果带电粒子的运动速度大于光在该介质中的速度，那就有可能满足上述条件，不难导出：cosθ=c/nV (1)
式中c为光速，n为介质的折射率。由此可见，只有满足(1)式的θ角方向，才会使各光元波相互加强。因此，切伦科夫辐射只能在与粒子运动方向成θ角的一定方向上才能观察到。
产生切伦科夫辐射除需满足(1)式外，还需满足下面两个条件：
❶要求粒子在介质中的轨迹长度比辐射的波长λ更长，否则衍射将成为主要的效应；
❷带电粒子在介质中运动时，它的速度必须是常数，也就是说，要求粒子穿过每一段距离λ的时间差别比辐射的周期1/v要小，否则，粒子的能量损失就会以轫致辐射为主。
辐射特性
❶有确定的方向，θ永远是锐角，所以切伦科夫辐射的方向总是向前的。在折射率为n的介质中，带电粒子产生切伦科夫辐射的最小阈速度
❷有连续谱的可见光。其波段主要位于光谱的可见光和近可见光的紫外区域，且以紫外区的光量为最强；
❸光量十分微弱，在单位路程上所产生的光子数是不多的；
❹切伦科夫辐射是平面偏振光；
❺发光时间非常短，一般都<10^-9秒。
切伦科夫计数器 用来记录切伦科夫辐射的探测器系统称为切伦科夫计数器。切伦科夫计数器的结构与闪烁计数器相仿，可分为辐射体、光的收集和光的记录三个部分。原则上，任何透明物质都可以作为辐射体，但实际上，由于不同的介质对切伦科夫辐射有不同的微扰效应，因此必须适当选择。一般要求是： 对可见光和紫外光是透明的，折射率n有适当的大小，光学均匀性好，密度小，原子序数小以及没有闪烁效应(但对全吸收切伦科夫e、γ谱仪，则要选择密度大和原子序数大的介质)。辐射体可以是固体，如有机玻璃或铅玻璃等；也可以是液体，如蒸馏水等；也可以为气体，如CO2、N2或Ar等。这主要是根据物理上的要求来确定。光的记录可用照相底片或光电倍增管等。
切伦科夫计数器在生物医学上的应用 目前切伦科夫计数器主要应用于高能物理实验中，且应用的面十分广泛。例如丁肇中教授在发现J粒子的实验中，就用了六个气体阈式切伦科夫计数器。
在生物医学方面，切伦科夫计数器也得到一定的应用，主要是用以探测硬β线。例如为了研究钙和磷两种元素在生物体内的代谢，可制成同时标记上⁴⁵Ca和³²P的各种不同的磷酸钙制品供给待观察的动物，然后根据需要制取一定的生物样品水溶液。水的折射率n为1.332。在水中，产生切伦科夫辐射的最小电子能量为265keV。4⁵Ca放射的β-粒子能量为0.258MeV，在水溶液中不产生切伦科夫辐射。³²P放射的β-粒子能量为1.707MeV，可以通过其引起的切伦科夫辐射而被测定，另外再用液体闪烁技术测定 ⁶⁵Ca核素。切伦科夫辐射技术与液体闪烁技术相比较，一个主要的优点是无化学猝灭。此外，样品制备简单、可测样品量大、本底低等也是其优点。用这一方法已测定过³²P和³³P,⁸⁰Br、^99mBr和⁸²Br,⁹Sr和⁹⁰Sr以及⁹⁰Sr、⁹⁰Sr和⁹⁰Y。
在生物医学中利用切伦科夫辐射来测定强β发射体的活度，常常也可用普通的液体闪烁计数器，无需作化学猝灭校正。遇有颜色猝灭时，常用的样品道比法及外标准源道比法均可用来作猝灭校正。为了减少化学发光的影响，一般都采用符合计数法(见“液体闪烁测量”条)。