Zaujímavý jav. Akú farbu má voda v jadrovom reaktore?


Zaujímavý jav. Akú farbu má voda v jadrovom reaktore?

Zamýšľali ste sa niekedy nad tým, čo spôsobuje, že voda v jadrovom reaktore má isté sfarbenie? Sú za tým fyzikálne danosti, resp. ako uvádza Nuclear Communications na webovej stránke Slovenskej nukleárnej spoločnosti, ide o aerodynamický tresk, ktorý namiesto zvuku vydáva svetlo. Odborne sa tento jav nazýva Čerenkovovo žiarenie.

Akej farby je teda voda, obkolesujúca jadrový reaktor? Žiari na modro! Čo to vlastne Čerenkovovo žiarenie je. Definuje sa ako elektromagnetické žiarenie, ktoré vzniká, keď sa nabité častice pohybujú cez dielektrické médium rýchlejšie ako svetlo v médiu. Efekt sa nazýva aj Vavilovovo-Čerenkovovo žiarenie alebo jednoducho Čerenkovovo žiarenie. 

Bol pomenovaný po sovietskom fyzikovi Pavlovi Aleksejevičovi Čerenkovovi, ktorý v roku 1958 získal spoločne s Iljom Frankom a Igorom Tammom Nobelovu cenu za experimentálne potvrdenie efektu. Čerenkovov si efekt po prvýkrát všimol v roku 1934, keď spozoroval, že fľaša vody vystavená radiácii začala vydávať modrú žiaru. Tento jav bol reálne pozorovaný v 20. storočí, no nebol vysvetlený, kým Einstein neprišiel so svojou teóriou špeciálnej relativity. Čerenkovovo žiarenie ako teoreticky možné predpovedal aj anglický polyhistor Oliver Heaviside už v roku 1888.

Nuclear Communications vysvetľuje daný jav, že rýchlosť svetla vo vákuu je konštanta (c), ale rýchlosť, akou svetlo prechádza cez médium, je menšia ako c, preto je možné, aby častice prechádzali cez médium rýchlejšie ako svetlo, ale stále pomalšie ako rýchlosťou svetla. „Keď hovoríme o časticiach, máme zvyčajne na mysli elektróny. Keď nabitý elektrón prechádza cez dielektrické médium, naruší sa elektromagnetické pole a elektricky sa polarizuje. Médium dokáže reagovať len určitou rýchlosťou, takže v brázde častice sa vytvorí koherentná šoková vlna.“

Zaujímavou črtou Čerenkovovho žiarenia je, že sa nachádza v ultrafialovom spektre, nikdy nie je žiarivo modré, a napriek tomu formuje kontinuálne spektrum (na rozdiel od emisných spektier, ktoré vždy obsahujú spektrálne vrcholy).

Keď Čerenkovovo žiarenie prechádza vodou, nabité častice sa pohybujú cez médium rýchlejšie ako svetlo. Svetlo, ktoré vidíme, má preto vyššiu frekvenciu (alebo kratšiu vlnovú dĺžku), než je bežná vlnová dĺžka. A pretože v krátkej vlnovej dĺžke je viac svetla, svetlo sa javí ako modré.

Ale prečo tam to svetlo vôbec je, pýta sa a následne vysvetľuje Nuclear Communications. Pretože rýchlo sa pohybujúce nabité častice excitujú elektróny molekúl vody. Tieto elektróny absorbujú energiu a pri návrate do rovnováhy ju uvoľňujú vo forme fotónov (svetla). Bežne by sa niektoré z fotónov navzájom vyrušili (deštruktívna interferencia) a my by sme nevideli svetlo. Ale keď častica prechádza vodou rýchlejšie ako svetlo, šoková vlna produkuje konštruktívnu interferenciu, ktorú vidíme ako žiaru.

Čerenkovovo žiarenie nie je dobré len na to, aby sme vyrábali v jadrovom laboratóriu žiariacu vodu, tvrdí Nuclear Communications. V bazénových reaktoroch sa dá na základe intenzity modrej žiary merať rádioaktivita vyhorených palivových tyčí.

Žiarenie sa v experimentoch v časticovej fyzike využíva na identifikáciu povahy skúmanej častice. Používa sa aj v zdravotníckom zobrazovaní na označovanie a sledovanie biologických molekúl s cieľom lepšie pochopiť ich chemické dráhy. Čerenkovovo žiarenie vzniká, keď kozmické lúče a nabité častice vzájomne reagujú s atmosférou Zeme. Pomocou detektorov sa tento fenomén meria, detekujú sa neutrína a študujú sa astronomické objekty, ktoré vydávajú gama žiarenie ako napr. zvyšky supernovy.

Nuclear Communications ďalej dopĺňa, že Čerenkovovo žiarenie sa dá pozorovať aj vo vákuu, nie len v médiách, akými je voda. Vo vákuu sa zníži rýchlosť vĺn, ale rýchlosť nabitých častíc zostáva len o niečo málo nižšia ako rýchlosť svetla. Má to svoje praktické využitie: Používa sa na výrobu vysokonapäťových mikrovĺn.

Záblesky Čerenkovovho žiarenia sa dajú pozorovať, aj keď sa relativistické nabité častice dostanú do kontaktu so sklovcom. Môže sa to stať pri zásahu kozmickým žiarením alebo počas jadrovej nehody.

 

Správnosť prevzatých informácií potvrdil predseda Slovenskej nukleárnej spoločnosti prof. Ing. Vladimír Slugeň, DrSc.

Zdroj a foto

Spracovala: Slávka Cigáňová Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Hore
Atmosféra počas TVT 2017
QUARK
PF 2018
brožúra Veda v Centre 2015
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Prechod VK na VND - zima
kúpa časopisov jún 2016
TVT 2017 články
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Mitochondria je organela, v ktorej sa sústreďujú kľúčové procesy bunkovej energetiky.
Zistite viac