فیلم | تابش چرنکوف چیست | چرا نور رآکتور اتمی آبی است؟

به گزارش همشهری آنلاین به نقل از تاپ دیجیت، تابش چرنکوف (Cerenkov Radiation) نوعی تابش الکترومغناطیسی تعریف می‌شود که در آن یک ذره باردار در یک محیط دی‌الکتریک با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می‌کند، این اثر همچنین تابش وایویلف-چرنکوف (Vavilov-Cherenkov) نیز نامیده می‌شود. این پدیده به خاطر کارهای فیزیکدان شوروی سابق پائول آلکسیویچ چرنکوف (Pavel Alekseyevich Cherenkov) که در سال ۱۹۵۸ جایزه نوبل فیزیک را با همکاری ایلیا فرانک (Ilya Frank) و ایگور تام (Igor Tamm) برای تأیید تجربی این اثر دریافت کرد، نامگذاری شد.

چرنکوف اولین بار در سال ۱۹۳۴ متوجه شد هنگامی که یک بطری آب در معرض پرتوزایی رادیواکتیو قرار گیرد، با نور آبی می‌درخشد. منشا این نور آبی برای فیزیکدانها یک معما بود، تا اینکه تقریباً سه سال بعد ایلیا فرانک و ایگور تام با استفاده از معادلات نسبیت خاص اینشتین موفق شدند منشأ نور آبی اسرار آمیز را توضیح دهند.

• تابش چرنکوف چگونه کار می کند؟

سرعت نور در خلاء یک مقدار ثابت (c) است، در عین حال سرعت نور هنگام عبور از یک محیط همانند آب کاهش می‌یابد (۷۵ درصد سرعت نور در خلا)، بنابراین ذرات می‌توانند در این محیط سریعتر از نور حرکت کنند اما هنوز هم سرعت آنها کمتر از سرعت نور در خلاء است.

ذره مورد نظر در اینجا یک الکترون است. هنگامی که یک الکترون پرانرژی از محیط دی‌الکتریک متوسط عبور می‌کند،  میدان الکترومغناطیسی دچار اختلال شده و سبب قطبی شدن الکتریکی می‌شود. در نتیجه این پدیده، محیط به سرعت واکنش نشان می‌دهد و یک اختلال یا شوک دائمی در ذره به وجود می‌آید. یکی از ویژگی‌های جالب تابش چرنکوف این است که به صورت طیف ماوراء بنفش است نه آبی روشن، اما به شکل یک طیف پیوسته رخ می‌دهد.

• چرا آب یک راکتور هسته‌ای آبی است؟

همانطور که تابش چرنکوف در آب حرکت می‌کند، ذرات باردار در آن محیط سریعتر از نور حرکت می‌کنند. بنابراین، نوری که مشاهده می‌شود دارای فرکانس بالاتر (یا طول موج کوتاه تر) از طول موج عادی است. از آنجایی که نور بیشتری با طول موج کوتاه وجود دارد، رنگ نور آبی به نظر می‌رسد.

اما چرا روشن است؟ به این دلیل که، ذرات بارداری که با سرعت در آب حرکت می‌کنند، الکترون‌های مولکول‌های آب را تحریک می‌کنند. این الکترون‌ها انرژی را جذب کرده و آن را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند تا به تعادل بازگردند. به طور معمول برخی از این فوتون‌ها می‌توانند در یکدیگر تداخل مخرب ایجاد کنند، بنابراین نمی‌توان درخشش آنها را دید. اما هنگامی که ذرات بتوانند در آب سریعتر از نور حرکت کنند، امواج شوک (shock wave) باعث ایجاد تداخل سازنده‌ای شده و به صورت یک درخشش دیده می‌شود.  

• کاربرد تابش چرنکوف

تابش چرنکوف بیش از آنکه فقط درخشش آبی رنگ باشد در یک آزمایشگاه هسته‌ای میتواند مفید باشد. در رآکتور اتمی استخری (pool-type reactor)، از میزان نور آبی می‌توان برای اندازه‌گیری رادیواکتیویته میله‌های سوخت استفاده کرد. این تابش در آزمایش‌های فیزیک ذرات برای کمک به شناسایی ماهیت ذرات مورد بررسی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در تصویربرداری پزشکی برای برچسب گذاری و کشف مولکول‌های زیستی در درک بهتر مسیرهای شیمیایی استفاده می‌شود.

علاوه بر موارد گفته شده وقتی که پرتوهای کیهانی و ذرات باردار با اتمسفر زمین برخورد می‌کنند تابش چرنکوف تولید می‌شود، بنابراین در ردیاب‌هایی که برای کشف پدیده‌هایی نظیر تشخیص نوترینوها و همچنین مطالعه اشعه‌های گامایی که از اشیاء نجومی مانند باقی‌مانده‌های ابرنواخترها، از تابش چرنکوف استفاده می‌شود.   

در ویدئوی زیر لحظه آغاز به کار یک رآکتور هسته‌ای نوع تریگا (TRIGA) را می‌بینید که با انتشار نور آبی یا همان تابش چرنکوف همراه است. رآکتور هسته‌ای تریگا رآکتورهای تحقیقاتی کوچک و از نوع رآکتور استخری هستند.