Зашто вода у нуклеарном реактору свијетли плаво

У научнофантастичним филмовима нуклеарни реактори и нуклеарни материјали увек блистају. Док филмови користе посебне ефекте, сјај је заснован на научној чињеници. На пример, вода која окружује нуклеарне реакторе заправо светлуца плаво! Како то функционише? То је због феномена званог Цхеренков Зрачење.

Шта је черенковско зрачење? У суштини, то је попут звучног бума, осим са светлошћу уместо звука. Черенковско зрачење је дефинисано као електромагнетно зрачење емитује се када се набијена честица креће кроз диелектрични медиј брже од брзине светлости у медијуму. Ефекат се такође назива Вавилов-Черенков зрачење или Церенков зрачење.

Име је добио по совјетском физичару Павлу Алексејевичу Черенкову, који је 1958. добио Нобелову награду за физику, заједно са Илиом Франком и Игором Таммом, за експерименталну потврду ефекта. Черенков је ефекат први пут приметио 1934. године, када боца воде изложени зрачењу блиставом плавом светлошћу. Иако није посматрано до 20. века и није објашњено све док Ајнштајн није предложио своју посебну теорију релативност, черенковско зрачење је енглески полимат Оливер Хеависиде предвидио колико је теоретски могуће 1888.

Брзина светлости у вакууму у константни (ц), али брзина којом светлост путује кроз медијум је мање од ц, тако да је могуће да честице путују кроз медиј брже од светлости, а ипак спорије него брзина светлости. Обично је предметна честица електрон. Када енергетски електрон прође кроз диелектрични медијум, електромагнетно поље је поремећено и електрично поларизовано. Медијум може реаговати само тако брзо, тако да постоји сметња или кохерентан ударни талас након честице. Једна занимљива карактеристика черенковског зрачења је та што је углавном у ултраљубичастом спектру, не јарко плаве боје, али ипак формира континуирани спектар (за разлику од емисионих спектра, који имају спектрални облик врхови).

Док черенковско зрачење пролази кроз воду, набијене честице путују брже него што светлост може кроз тај медијум. Дакле, светло које видите има већу фреквенцију (или краћу таласну дужину) од уобичајене таласне дужине. Пошто постоји више светлости са кратком таласном дужином, светло се појављује плаво. Али, зашто уопште постоји светло? То је зато што брзо наелектрисана честица побуђује електроне молекула воде. Ови електрони апсорбују енергију и ослобађају је као фотоне (светлост) када се врате у равнотежу. Неки од ових фотона би се поништавали (деструктивне интерференције), тако да не бисте видели сјај. Али, када честица путује брже него што светлост може путовати кроз воду, ударни талас ствара конструктивне сметње које видите као сјај.

Черенковско зрачење је добро за више него само да ваш сјај воде плави у нуклеарној лабораторији. У реактору базена, количина плавог сјаја може се употребити за мерење радиоактивности шипки истрошеног горива. Зрачење се користи у експериментима физике честица како би се помогло да се препозна природа честица које се испитују. Користи се за медицинско снимање и обележавање и праћење биолошких молекула како би се боље разумели хемијски путеви. Черенковско зрачење настаје када космички зраци и наелектрисане честице делују у интеракцији са Земљином атмосфером, па су и детектори користи се за мерење ових појава, за откривање неутрина и за проучавање астрономских објеката који емитују гама зраке, попут супернове остаци

• Черенковско зрачење може се појавити у вакууму, а не само у медијуму попут воде. У вакууму фазна брзина таласа опада, али брзина наелектрисаних честица остаје ближа (још мањој) брзини светлости. Ово има практичну примену, јер се користи за производњу микроталаса велике снаге.
• Ако релативистички наелектрисане честице погоде стакласт хумор људског ока, могу се видети блицеви черенковског зрачења. То се може догодити излагањем космичким зракама или у несрећи нуклеарне критичности.