Nükleer Reaktördeki Su Neden Mavi Yanıyor

Bilim kurgu filmlerinde nükleer reaktörler ve nükleer malzemeler daima parlar. Filmler özel efektler kullanırken, parlaklık bilimsel gerçeğe dayanmaktadır. Örneğin, nükleer reaktörleri çevreleyen su aslında parlak mavi parlıyor! O nasıl çalışır? Cherenkov Radyasyon denen fenomen yüzünden.

Cherenkov radyasyonu nedir? Aslında, ses yerine ışık hariç, sonik bir patlama gibi. Cherenkov radyasyonu şu şekilde tanımlanır: elektromanyetik radyasyon yüklü bir parçacık bir dielektrik ortamdan ortamdaki ışık hızından daha hızlı hareket ettiğinde yayılır. Etki ayrıca Vavilov-Cherenkov radyasyonu veya Cerenkov radyasyonu olarak da adlandırılır.

Bu etki, 1958 Nobel Fizik Ödülü'nü alan Ilya Frank ve Igor Tamm ile birlikte Sovyet fizikçisi Pavel Alekseyevich Cherenkov'un etkisinin deneysel olarak onaylanması için adını aldı. Cherenkov etkiyi ilk olarak 1934'te bir şişe su radyasyona maruz kalan mavi ışıkla parlıyordu. Her ne kadar 20. yüzyıla kadar gözlenmemiş ve Einstein özel teorisini önerene kadar açıklanmamış olmasına rağmen görelilik, Cherenkov radyasyonu teorik olarak İngiliz polimatik Oliver Heaviside tarafından tahmin edilmişti 1888'de.

Vakumdaki sabit (c) ışık hızı, ancak ışığın bir ortamdan geçme hızı c'den daha az olduğundan, parçacıkların ortamdan ışıktan daha hızlı, ancak yine de daha yavaş geçmesi mümkündür ışık hızından daha. Genellikle, söz konusu parçacık bir elektrondur. Enerjik bir elektron dielektrik bir ortamdan geçtiğinde, elektromanyetik alan bozulur ve elektriksel olarak polarize edilir. Ortam sadece çok hızlı tepki verebilir, bu nedenle parçacığın ardından bir rahatsızlık veya tutarlı şok dalgası kalır. Cherenkov radyasyonunun ilginç bir özelliği, çoğunlukla ultraviyole spektrumunda olması değil, parlak mavi, ancak sürekli bir spektrum oluşturur (spektral olan emisyon spektrumlarının aksine tepe).

Cherenkov radyasyonu sudan geçerken, yüklü parçacıklar o ortamdan ışıktan daha hızlı seyahat eder. Gördüğünüz ışığın frekansı daha yüksek (veya daha kısa dalga boyu) normal dalga boyundan daha. Kısa dalga boylu daha fazla ışık olduğundan, ışık mavi görünür. Peki, neden hiç ışık var? Çünkü hızlı hareket eden yüklü parçacık su moleküllerinin elektronlarını heyecanlandırır. Bu elektronlar enerjiyi emer ve dengeye döndüklerinde fotonlar (ışık) olarak serbest bırakırlar. Normalde, bu fotonların bazıları birbirini iptal eder (yıkıcı parazit), böylece bir parıltı görmezsiniz. Ancak, parçacık ışığın suyun içinden geçebileceğinden daha hızlı seyahat ettiğinde, şok dalgası bir parıltı olarak gördüğünüz yapıcı parazit üretir.

Cherenkov radyasyonu, nükleer bir laboratuvarda suyun mavi renkte parlamasından daha fazlası için iyidir. Havuz tipi bir reaktörde, kullanılmış yakıt çubuklarının radyoaktivitesini ölçmek için mavi parıltı miktarı kullanılabilir. Radyasyon, incelenen parçacıkların doğasını tanımlamaya yardımcı olmak için parçacık fiziği deneylerinde kullanılır. Tıbbi görüntülemede ve kimyasal yolakları daha iyi anlamak için biyolojik molekülleri etiketlemek ve izlemek için kullanılır. Cherenkov radyasyonu kozmik ışınlar ve yüklü parçacıklar Dünya atmosferi ile etkileşime girdiğinde üretilir, böylece dedektörler bu fenomeni ölçmek, nötrinoları tespit etmek ve süpernova gibi gama ışını yayan astronomik nesneleri incelemek için kullanılır kalıntıları.

• Cherenkov radyasyonu sadece su gibi bir ortamda değil, bir vakumda ortaya çıkabilir. Bir vakumda, bir dalganın faz hızı azalır, ancak yüklü parçacık hızı ışık hızına yakın (ancak daha az) kalır. Bu, yüksek güçlü mikrodalgalar üretmek için kullanıldığı için pratik bir uygulamaya sahiptir.
• Relativistik yüklü parçacıklar insan gözünün vitre mizahına çarparsa, Cherenkov radyasyonunun yanıp sönmesi görülebilir. Bu kozmik ışınlara maruz kalmaktan veya bir nükleer kritiklik kazasında meydana gelebilir.