Cherenkov radyasyonu, yüklü parçacıklar şeffaf bir ortamdan aynı ortamdaki ışığın aynı faz indeksinden daha büyük bir hızda geçtiğinde meydana gelen elektromanyetik bir reaksiyondur. Bir su altı nükleer reaktörünün karakteristik mavi parıltısı bu etkileşimden kaynaklanmaktadır.
Tarih
Radyasyonun adı, 1958 Nobel Ödülü sahibi Sovyet bilim adamı Pavel Cherenkov'dan geliyor. 1934'te bir meslektaşının gözetiminde deneysel olarak ilk keşfeden oydu. Bu nedenle Vavilov-Cherenkov etkisi olarak da bilinir.
Bir bilim insanı deneyler sırasında suda radyoaktif bir ilacın etrafında soluk mavimsi bir ışık gördü. Doktora tezi, genellikle yapıldığı gibi, daha az enerjik görünür ışık yerine gama ışınları tarafından uyarılan uranyum tuzlarının çözeltilerinin ışıldaması üzerineydi. Anizotropiyi keşfetti ve bu etkinin bir floresan fenomeni olmadığı sonucuna vardı.
Cherenkov'un teorisiradyasyon daha sonra bilim adamının meslektaşları Igor Tamm ve Ilya Frank tarafından Einstein'ın görelilik teorisi çerçevesinde geliştirildi. 1958 Nobel Ödülü'nü de aldılar. Frank-Tamm formülü, birim frekans başına seyahat edilen birim uzunluk başına yayılan parçacıkların yaydığı enerji miktarını tanımlar. Yükün içinden geçtiği malzemenin kırılma indisidir.
Cherenkov radyasyonu konik bir dalga cephesi olarak teorik olarak İngiliz bilim adamı Oliver Heaviside tarafından 1888 ve 1889 yılları arasında yayınlanan makalelerde ve Arnold Sommerfeld tarafından 1904'te tahmin edildi. Ancak her ikisi de 1970'lere kadar süperparçacık göreliliğinin sınırlandırılmasından sonra hızla unutuldu. Marie Curie, 1910'da oldukça konsantre bir radyum çözeltisinde soluk mavi ışık gözlemledi, ancak ayrıntılara girmedi. 1926'da Lucien liderliğindeki Fransız radyoterapistler, sürekli bir spektruma sahip olan radyumun parlak radyasyonunu tanımladılar.
Fiziksel Köken
Elektrodinamik, ışığın vakumdaki hızının evrensel bir sabit (C) olduğunu kabul etse de, ışığın bir ortamda yayılma hızı C'den çok daha düşük olabilir. Hız, nükleer reaksiyonlar sırasında ve parçacık hızlandırıcılarda artabilir.. Bilim adamları, yüklü bir elektron optik olarak saydam bir ortamdan geçtiğinde Cherenkov radyasyonunun meydana geldiği artık açık.
Her zamanki benzetme, süper hızlı bir uçağın sonik patlamasıdır. Reaktif cisimler tarafından üretilen bu dalgalar,sinyalin kendi hızında yayılır. Parçacıklar, hareket eden bir nesneden daha yavaş uzaklaşırlar ve onun önüne geçemezler. Bunun yerine, bir etki cephesi oluştururlar. Benzer şekilde, yüklü bir parçacık bir ortamdan geçtiğinde hafif bir şok dalgası oluşturabilir.
Ayrıca aşılması gereken hız bir grup hızı değil, bir faz hızıdır. İlki, periyodik bir ortam kullanılarak büyük ölçüde değiştirilebilir; bu durumda, minimum parçacık hızı olmadan Cherenkov radyasyonu bile elde edilebilir. Bu fenomen Smith-Purcell etkisi olarak bilinir. Fotonik kristal gibi daha karmaşık bir periyodik ortamda, ters yönde radyasyon gibi birçok başka anormal reaksiyon da elde edilebilir.
Reaktörde ne olur
Teorik temeller hakkındaki orijinal makalelerinde Tamm ve Frank şunları yazdılar: "Cherenkov radyasyonu, hızlı bir elektronun tek bir atom veya ışıma ile etkileşimi gibi herhangi bir genel mekanizma ile açıklanamayan tuhaf bir reaksiyondur. Çekirdeğe saçılma Öte yandan, bir ortamda hareket eden bir elektronun, hızının elektronunkinden daha büyük olması koşuluyla, düzgün hareket etse bile ışık yaydığı dikkate alınırsa, bu olgu hem niteliksel hem de niceliksel olarak açıklanabilir. hafif."
Ancak, Cherenkov radyasyonu hakkında bazı yanlış anlamalar var. Örneğin, ortamın parçacığın elektrik alanı tarafından polarize olduğu kabul edilir. İkincisi yavaş hareket ederse, hareket geri dönme eğilimindedir.mekanik denge. Bununla birlikte, molekül yeterince hızlı hareket ettiğinde, ortamın sınırlı tepki hızı, dengenin ardında kaldığı ve içerdiği enerjinin tutarlı bir şok dalgası şeklinde yayıldığı anlamına gelir.
Bu tür kavramların analitik bir gerekçesi yoktur, çünkü yüklü parçacıklar homojen bir ortamda, Cherenkov radyasyonu olarak kabul edilmeyen subluminal hızlarda hareket ettiğinde elektromanyetik radyasyon yayılır.
Ters fenomen
Cherenkov etkisi, negatif indeksli metamalzemeler adı verilen maddeler kullanılarak elde edilebilir. Yani, onlara diğerlerinden çok farklı etkili bir "ortalama" özellik veren, bu durumda negatif bir geçirgenliğe sahip olan bir dalga boyu altı mikro yapısı ile. Bu, yüklü bir parçacık bir ortamdan faz hızından daha hızlı geçtiğinde, geçişinden önden radyasyon yayacak demektir.
Metamateryal olmayan periyodik ortamlarda ters konili Cherenkov radyasyonu elde etmek de mümkündür. Burada yapı, dalga boyu ile aynı ölçektedir, bu nedenle etkin bir homojen metamalzeme olarak kabul edilemez.
Özellikler
Karakteristik tepe noktalarına sahip floresan veya emisyon spektrumlarının aksine, Cherenkov radyasyonu süreklidir. Görünür ışıma çevresinde, birim frekans başına göreli yoğunluk yaklaşık olarakonunla orantılı. Yani daha yüksek değerler daha yoğundur.
Görünür Cherenkov radyasyonunun parlak mavi olmasının nedeni budur. Aslında, süreçlerin çoğu ultraviyole spektrumundadır - yalnızca yeterince hızlandırılmış yüklerle görünür hale gelir. İnsan gözünün hassasiyeti yeşilde zirve yapar ve tayfın mor kısmında çok düşüktür.
Nükleer reaktörler
Cherenkov radyasyonu, yüksek enerjili yüklü parçacıkları tespit etmek için kullanılır. Nükleer reaktörler gibi birimlerde, beta elektronları fisyon bozunma ürünleri olarak salınır. Işıltı, zincirleme reaksiyon durduktan sonra devam eder ve daha kısa ömürlü maddeler bozulurken kararır. Ayrıca Cherenkov radyasyonu, kullanılmış yakıt elemanlarının kalan radyoaktivitesini karakterize edebilir. Bu fenomen, tanklarda kullanılmış nükleer yakıtın varlığını kontrol etmek için kullanılır.
