Sudaki nükleer reaktör neden mavi parlar? Çerenkov radyasyonu

Birçok filmde ya da dizide suyun altında resmedilen nükleer reaktörlerin mavi parlaması bilimsel bir gerçeğe dayanır

Sudaki nükleer reaktör neden mavi parlar? Bilim kurgu filmlerindeki nükleer reaktörler ve nükleer materyaller her zaman parlar. Filmlerde özel efektler kullanılsa da bu parlama aslında bilimsel bir gerçeğe dayanıyor. Örneğin, nükleer reaktörleri çevreleyen su her zaman parlak mavi renkte parlar. Peki bu nasıl olur? Bu durum Çerenkov radyasyonu (Cherenkov radiation) adlı fenomen ile açıklanıyor.

Çerenkov radyasyonu ve sudaki mavi ışık arasındaki ilişki

Çerenkov radyasyonu
Reaktörlerin yakınındaki suda görülen mavi ışıma

Çerenkov radyasyonu nedir?

Temelde bir ses patlaması gibidir, ancak ses yerine patlayan şey ışıktır. Çerenkov radyasyonu, yüklü bir parçacık dielektrik bir ortamda ortamdaki ışık hızından daha hızlı hareket ettiğinde açığa çıkan elektromanyetik radyasyon olarak tanımlanır. Etkisi Vavilov-Çerenkov radyasyonu veya Çerenkov radyasyonu olarak da adlandırılır.

İsmi, etkiyi deneysel olarak kanıtlayan Sovyet fizikçi Pavel Alekseyevich Çerenkov'dan gelmektedir. Pavel bunun için Ilya Frank ve Igor Tamm ile birlikte 1958 Nobel Fizik Ödülü almıştır. Çerenkov bu etkiyi ilk olarak 1934 yılında radyasyona maruz kalan şişe suyun mavi ışıkla parlaması sonucu fark etmiştir. Bu radyasyon 20. yüzyıla kadar gözlemlenmemiş ve Einstein özel görelilik teorisini önerinceye kadar açıklanamamıştır. Buna rağmen İngiliz polimatı Oliver Heaviside tarafından 1888'de teorik olarak mümkün olduğu öngörülmüştür.

Çerenkov radyasyonu nasıl çalışır?

Bu etki bir ortamdaki ışığın hızı tipik ışık hızından azken, ortamdaki parçacıklar ışıktan daha hızlı hareket ettiğinde meydana gelir. Söz konusu parçacıklar genellikle elektrondur. Enerji yüklü bir elektron dielektrik bir ortamdan geçtiğinde elektromanyetik alan bozulur ve elektriksel olarak polarize olur. Ortam, elektronun hızına yetişemediğinden parçacığın arkasında bir şok dalgası oluşur. Bu radyasyonun ilginç bir özelliği, çoğunlukla parlak mavi değil ultraviyole spektrumunda olmasıdır. Ancak hala bir sürekli spektrum oluşturur (spektral zirvelere sahip emisyon spektrumlarının aksine).

Nükleer reaktördeki su neden mavidir?

Çerenkov radyasyonu sudan geçerken yüklü parçacıklar o ortamın içindeki ışık hızından daha hızlı hareket eder. Dolayısıyla gördüğünüz ışık normal dalga boyundan daha yüksek bir frekansa (veya daha kısa dalga boyuna) sahiptir. Kısa dalga boyunda daha fazla ışık bulunduğundan, ışık mavi görünür. Fakat neden hiç ışık vardır? Bunun nedeni hızlı hareket eden yüklü parçacıkların su moleküllerindeki elektronları uyarmasıdır. Bu elektronlar enerjiyi emer ve dengeye döndüklerinde enerjiyi foton (ışık) olarak serbest bırakırlar. Normalde, bu fotonların bazıları birbirlerini iptal eder (yıkıcı girişim), bu nedenle aslında hiç parlama görmemeniz gerekir. Ancak parçacık, ışığın suyun içindeki hızından daha hızlı yol aldığından şok dalgası yapıcı girişime yani parlamaya neden olur.

Bu etkinin kullanım alanları

Çerenkov radyasyonu nükleer bir laboratuvardaki suyu mavi renkte aydınlatmaktan daha fazlasını yapar. Havuz tipi bir reaktördeki kullanılmış yakıt çubuklarının radyoaktivitesini ölçmek için mavi ışıma miktarı göz önüne alınabilir. Aynı radyasyon, incelenen parçacıkların yapısını belirlemeye yardımcı olmak için parçacık fiziği deneylerinde kullanılır. Tıbbi görüntülemede ve kimyasal tepkimeleri daha iyi anlamak için biyolojik molekülleri etiketleme ve izlemede kullanılır. Kozmik ışınlar ve yüklü parçacıklar Dünya'nın atmosferi ile etkileşime girdiklerinde Çerenkov radyasyonu üretirler. Bu yüzden bu olayları ölçmek, nötrinoları tespit etmek ve süpernova kalıntıları gibi gama ışını yayan astronomik nesneleri incelemek için detektörler kullanılır.

Bazı ilginç gerçekler

  • Sadece su gibi bir ortamda değil, bir boşlukta da oluşabilir. Bir boşlukta bir dalganın faz hızı azalır, ancak yüklü parçacık hızı ışık hızına daha yakın olur. Bu bilgi yüksek güçlü mikrodalgalar üretmede kullanılır.
  • Yüklü parçacıklar gözdeki camsı cisme çarptığında Çerenkov radyasyonu görünür olur. Bu durum kozmik ışınlara maruz kalındığında ya da bir nükleer kritiklik kazasında yaşanabilir.

Sudaki nükleer reaktör neden mavi parlar yazımız burada son buldu. Daha fazla içerik için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz: https://2ladd.com/k/bilim-teknoloji/