Nükleer Reaktör Çekirdeklerinde Gözlemlenen Mavi Renkli Parlama: Çerenkov Işıması
çerenkov ya da cherenkov ışıması, yaydığı büyüleyici mavi ışıkla birlikte, fizikçilerin deneylerde faydalandıkları bir fenomendir. bu ışıma, fiziğin gizemli doğasını bize hissettirerek, merakımızın tavan yapmasına ve bir nevi zevkten dört köşe olmamıza neden olur. şimdi bu etkiyi açıklayalım:
cherenkov radyasyonu, çoğumuzca daha iyi bilinen sonik patlama etkisine benzer. bir uçak bir ortamdaki ses hızından daha yavaş hareket ederse, hava sapması uçağın kanatlarının çevresinde düzgün hale gelir. bununla birlikte, eğer hareket hızı orta ses hızını aşarsa, ani bir basınç değişikliği meydana gelir ve şok dalgaları, koni şeklinde ses hızında uçaktan uzağa doğru yayılır.
maxwell'in elektromanyetik dalga denklemlerinden görülebildiği gibi, geçirgenlik ve geçirgenlik sabitleri tarafından belirlenen ışığın boşluktaki hızı c3 x 10^8 m/ s' dir.
yüklü bir parçacık, bir ortam içinde ışık hızından daha hızlı hareket ettiğinde, "cherenkov radyasyonu" adı verilen hafif bir radyasyon ortaya çıkacaktır. bu olayı rusya bilimler akademisi'nin lebedev fizik enstitüsü'nde deneysel olarak inceleyen kişi, pavel alexeevich cherenkov (1904-1990)'dur.
cherenkov'dan önce, 1900'de pierre ve marie curie'nin, radyumla yaptıkları deneylerde de mavi bir parıltı gözlemlediklerini belirtmekte fayda var.
nasıl oluşur?
klasik fiziğe göre, hareketli yüklü bir parçacıklar, elektromanyetik dalgalar yayarlar. kuantum mekaniği perspektifinden bakıldığında ise, yüklü bir parçacık, moleküllerle polarize edilebilir bir ortam içinde hareket ettiği zaman, molekülleri daha yüksek seviyelere uyarır. başlangıç durumuna geri döndüklerinde ise, moleküller, fotonların bazılarını elektromanyetik radyasyon formunda yeniden yayarlar. huygens ilkesine göre, yayılan dalgalar ortamda faz hızında küresel olarak hareket eder. parçacık hareketi yavaşsa, yayılan dalgalar hareket yönünde hafifçe birbirine doğru toplanır. bununla birlikte, parçacık ışık hızından daha hızlı hareket ederse, yayılan dalgalar, "cherenkov radyasyonu" olarak bilinen ve parçacık yönüne göre q açısında eş-fazlı bir radyasyona yol açar. etki'nin şekli, parçacık hareketi yönünde bir emisyon konisi şeklindedir. şekil 1, küresel dalga cephesini ve sonuçta ortaya çıkan radyasyonu; cherenkov radyasyonunu gösterir:
ışıma'ya örnek
gaz veya su gibi küçük kırılma indisi olan bir ortam için, cherenkov radyasyonu oluşturabilecek minimum parçacık hızı, c'nin belli bir oranı olacaktır. örneğin kırılma indisi n1.33 olan suda, parçacık, cherenkov radyasyonu oluşturmak için en az 2.3 x 10^8 m/s hızında hareket etmelidir.
biraz teorik devam edersek
durgun kütlesi m0 ve momentumu p0 olan bir partikülün kırılma endeksi n olan bir ortamda hareket ettiğini varsayalım. burada pchc / ? momentumlu bir foton yayılır ( h, planck'in sabitidir). yayılan foton, yayılma yönünde q açısı yaparsa, momentumun korunumu gereğince;
p^2p0^2 + pc^2 - 2 p0 pc cosq
enerjinin korunumu gereğince ise;
p0^2.c^2 + m0)^1/2(p^2.c^2 + m0^2.c^4)^1/2 + hv
q açısı:
u hızında hareket eden bir parçacık için ışıma şeması:
şimdi açısını-hızını hesaplamakla çok kafa bulandırmaya gerek yok, bunun için özetle, cherenkov radyasyonu, bazı nükleer reaktörleri koruyan su havuzlarında zayıf mavimsi beyaz bir parıltı gibi görünür. bunun gibi durumlarda, cherenkov radyasyonu, reaktördeki elektronların sudaki ışık hızından ( 0.75c) daha yüksek hızlarda hareket etmelerinden kaynaklanır.
bu hususta, şu yanlış anlaşılmanın üzerinden geçelim: "ışık hızı nasıl olur da aşılır?" diyebilirsiniz. ancak burada geçilen ışık hızının kendisi (c) değil, ışığın sudaki hızı (0,75c) 'dir. ışık suda daha yavaş hareket ettiği için parçacıklar bu görece yavaş hızı aşabilirler ve bu ışıma ortaya çıkar.
şu videolarda, cherenkov radyasyonu'nun nasıl mavi ışık etkisine yol açtığını görebilirsiniz
kaynaklar: