Rrezatimi Cherenkov është një reaksion elektromagnetik që ndodh kur grimcat e ngarkuara kalojnë nëpër një mjedis transparent me një shpejtësi më të madhe se i njëjti indeks fazor i dritës në të njëjtin mjedis. Shkëlqimi karakteristik blu i një reaktori bërthamor nënujor është për shkak të këtij ndërveprimi.
Histori
Rrezatimi mban emrin e shkencëtarit sovjetik Pavel Cherenkov, fitues i çmimit Nobel në 1958. Ishte ai që e zbuloi për herë të parë eksperimentalisht nën mbikëqyrjen e një kolegu në 1934. Prandaj, njihet edhe si efekti Vavilov-Cherenkov.
Një shkencëtar pa një dritë të dobët k altërosh rreth një ilaçi radioaktiv në ujë gjatë eksperimenteve. Disertacioni i tij i doktoraturës ishte mbi ndriçimin e tretësirave të kripërave të uraniumit, të cilat ngacmoheshin nga rrezet gama në vend të dritës së dukshme më pak energjike, siç bëhet zakonisht. Ai zbuloi anizotropinë dhe arriti në përfundimin se ky efekt nuk ishte një fenomen fluoreshent.
Teoria e Cherenkovrrezatimi u zhvillua më vonë brenda kornizës së teorisë së relativitetit të Ajnshtajnit nga kolegët e shkencëtarit Igor Tamm dhe Ilya Frank. Ata gjithashtu morën çmimin Nobel të vitit 1958. Formula Frank-Tamm përshkruan sasinë e energjisë së emetuar nga grimcat e rrezatuara për njësi gjatësi të udhëtuar për njësi të frekuencës. Është indeksi i thyerjes së materialit nëpër të cilin kalon ngarkesa.
Rrezatimi Cherenkov si një front vale konik u parashikua teorikisht nga polimatesi anglez Oliver Heaviside në letrat e botuara midis 1888 dhe 1889, dhe nga Arnold Sommerfeld në 1904. Por të dyja u harruan shpejt pas kufizimit të relativitetit të supergrimcave deri në 1999. Marie Curie vëzhgoi dritën blu të zbehtë në një zgjidhje shumë të përqendruar të radiumit në 1910, por nuk hyri në detaje. Në vitin 1926, radioterapistët francezë të udhëhequr nga Lucien përshkruan rrezatimin ndriçues të radiumit, i cili ka një spektër të vazhdueshëm.
Origjina fizike
Megjithëse elektrodinamika konsideron se shpejtësia e dritës në vakum është një konstante universale (C), shpejtësia me të cilën drita përhapet në një mjedis mund të jetë shumë më e vogël se C. Shpejtësia mund të rritet gjatë reaksioneve bërthamore dhe në përshpejtuesit e grimcave. Tani është e qartë për shkencëtarët se rrezatimi Cherenkov ndodh kur një elektron i ngarkuar kalon nëpër një mjedis optikisht transparent.
Analogjia e zakonshme është bumi zanor i një avioni super të shpejtë. Këto valë, të krijuara nga trupat reaktivë,përhapet me shpejtësinë e vetë sinjalit. Grimcat ndryshojnë më ngadalë se një objekt në lëvizje dhe nuk mund të përparojnë përpara tij. Në vend të kësaj, ato formojnë një front ndikimi. Në mënyrë të ngjashme, një grimcë e ngarkuar mund të gjenerojë një valë goditëse të lehtë kur kalon nëpër një mjedis.
Gjithashtu, shpejtësia që duhet tejkaluar është një shpejtësi faze, jo një shpejtësi grupi. E para mund të ndryshohet në mënyrë drastike duke përdorur një medium periodik, në të cilin rast mund të merret edhe rrezatimi Cherenkov pa një shpejtësi minimale të grimcave. Ky fenomen njihet si efekti Smith-Purcell. Në një mjedis periodik më kompleks, siç është një kristal fotonik, mund të përftohen edhe shumë reaksione të tjera anormale, si rrezatimi në drejtim të kundërt.
Çfarë ndodh në reaktor
Në punimet e tyre origjinale mbi bazat teorike, Tamm dhe Frank shkruan: "Rrezatimi Cherenkov është një reagim i veçantë që me sa duket nuk mund të shpjegohet me asnjë mekanizëm të përgjithshëm, siç është ndërveprimi i një elektroni të shpejtë me një atom të vetëm ose rrezatues. shpërndarja në bërthama Nga ana tjetër, kjo dukuri mund të shpjegohet si në mënyrë cilësore dhe sasiore, nëse marrim parasysh faktin se një elektron që lëviz në një mjedis lëshon dritë, edhe nëse lëviz në mënyrë të njëtrajtshme, me kusht që shpejtësia e tij të jetë më e madhe se ajo e dritë."
Megjithatë, ka disa keqkuptime rreth rrezatimit Cherenkov. Për shembull, konsiderohet se mediumi polarizohet nga fusha elektrike e grimcës. Nëse kjo e fundit lëviz ngadalë, atëherë lëvizja tenton të kthehet nëekuilibër mekanik. Megjithatë, kur molekula lëviz mjaft shpejt, shpejtësia e kufizuar e reagimit të mediumit do të thotë që ekuilibri mbetet në prag të tij dhe energjia që gjendet në të rrezatohet në formën e një vale goditëse koherente.
Koncepte të tilla nuk kanë asnjë justifikim analitik, pasi rrezatimi elektromagnetik emetohet kur grimcat e ngarkuara lëvizin në një mjedis homogjen me shpejtësi nënluminale, të cilat nuk konsiderohen si rrezatim Cherenkov.
Fenomeni e kundërt
Efekti Cherenkov mund të merret duke përdorur substanca të quajtura metamateriale me një indeks negativ. Domethënë me një mikrostrukturë me gjatësi nënvalore, e cila u jep atyre një veti "mesatare" efektive që është shumë e ndryshme nga të tjerat, duke pasur në këtë rast një permitivitet negativ. Kjo do të thotë se kur një grimcë e ngarkuar kalon nëpër një mjedis më të shpejtë se shpejtësia e fazës, ajo do të lëshojë rrezatim nga kalimi i saj përmes saj nga përpara.
Është gjithashtu e mundur të merret rrezatimi Cherenkov me një kon invers në media periodike jometamateriale. Këtu, struktura është në të njëjtën shkallë me gjatësinë e valës, kështu që nuk mund të konsiderohet një metamaterial efektivisht homogjen.
Karakteristikat
Ndryshe nga spektrat e fluoreshencës ose emetimit, të cilat kanë majat karakteristike, rrezatimi Cherenkov është i vazhdueshëm. Rreth shkëlqimit të dukshëm, intensiteti relativ për njësi të frekuencës është afërsishtproporcionale me të. Kjo do të thotë, vlerat më të larta janë më intensive.
Kjo është arsyeja pse rrezatimi i dukshëm Cherenkov është blu e ndezur. Në fakt, shumica e proceseve janë në spektrin ultravjollcë - vetëm me ngarkesa të përshpejtuara mjaftueshëm bëhet i dukshëm. Ndjeshmëria e syrit të njeriut arrin kulmin në ngjyrën e gjelbër dhe është shumë e ulët në pjesën vjollce të spektrit.
Reaktorët bërthamorë
Rrezatimi Cherenkov përdoret për të zbuluar grimcat e ngarkuara me energji të lartë. Në njësi të tilla si reaktorët bërthamorë, elektronet beta çlirohen si produkte të zbërthimit të ndarjes. Shkëlqimi vazhdon pasi reaksioni zinxhir të ndalet, duke u zbehur ndërsa substancat me jetë më të shkurtër prishen. Gjithashtu, rrezatimi Cherenkov mund të karakterizojë radioaktivitetin e mbetur të elementeve të karburantit të shpenzuar. Ky fenomen përdoret për të kontrolluar praninë e karburantit bërthamor të harxhuar në cisterna.
