Bức xạ Cherenkov là gì và tại sao lò phản ứng hạt nhân phát sáng?

Trong phim khoa học viễn tưởng, lò phản ứng hạt nhân và vật liệu hạt nhân luôn phát sáng. Trong khi các bộ phim sử dụng các hiệu ứng đặc biệt, sự phát sáng dựa trên thực tế khoa học. Ví dụ, nước xung quanh lò phản ứng hạt nhân thực sự phát sáng màu xanh lam! Làm thế nào nó hoạt động? Đó là do hiện tượng gọi là Bức xạ Cherenkov.

Định nghĩa bức xạ Cherenkov

Bức xạ Cherenkov là gì? Về cơ bản, nó giống như một âm thanh bùng nổ, ngoại trừ với ánh sáng thay vì âm thanh. Bức xạ Cherenkov được định nghĩa là bức xạ điện từ phát ra khi một hạt tích điện di chuyển qua môi trường điện môi nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường. Hiệu ứng này còn được gọi là bức xạ Vavilov-Cherenkov hoặc bức xạ Cerenkov.

Nó được đặt theo tên của nhà vật lý Liên Xô Pavel Alekseyevich Cherenkov, người đã nhận giải thưởng Nobel Vật lý năm 1958, cùng với Ilya Frank và Igor Tamm, để xác nhận thực nghiệm về hiệu ứng. Cherenkov lần đầu tiên nhận thấy hiệu ứng vào năm 1934, khi một chai nước tiếp xúc với bức xạ phát sáng với ánh sáng xanh. Mặc dù không được quan sát cho đến thế kỷ 20 và không được giải thích cho đến khi Einstein đề xuất lý thuyết tương đối đặc biệt của mình, bức xạ Cherenkov đã được dự đoán bởi polymath Oliver Heaviside của Anh về mặt lý thuyết là có thể vào năm 1888.

Cách thức hoạt động của bức xạ Cherenkov

Tốc độ ánh sáng trong chân không không đổi (c), nhưng tốc độ ánh sáng truyền qua môi trường nhỏ hơn c, do đó, các hạt có thể truyền qua môi trường nhanh hơn ánh sáng, nhưng vẫn chậm hơn tốc độ ánh sáng . Thông thường, hạt trong câu hỏi là một điện tử. Khi một electron năng lượng đi qua môi trường điện môi, trường điện từ bị phá vỡ và bị phân cực điện. Môi trường chỉ có thể phản ứng rất nhanh, do đó, có một sóng xung kích hoặc nhiễu kết hợp còn lại sau khi hạt. Một đặc điểm thú vị của bức xạ Cherenkov là nó chủ yếu ở phổ cực tím, không phải màu xanh sáng, nhưng nó tạo thành một phổ liên tục (không giống như phổ phát xạ, có các phổ phổ).

Tại sao nước trong lò phản ứng hạt nhân có màu xanh?

Khi bức xạ Cherenkov đi qua nước, các hạt tích điện truyền nhanh hơn ánh sáng có thể xuyên qua môi trường đó. Vì vậy, ánh sáng bạn nhìn thấy có tần số cao hơn (hoặc bước sóng ngắn hơn) so với bước sóng thông thường . Bởi vì có nhiều ánh sáng với bước sóng ngắn, ánh sáng xuất hiện màu xanh lam. Nhưng, tại sao có ánh sáng nào cả? Đó là bởi vì hạt tích điện chuyển động nhanh kích thích các electron của các phân tử nước. Những electron này hấp thụ năng lượng và giải phóng nó dưới dạng photon (ánh sáng) khi chúng trở về trạng thái cân bằng. Thông thường, một số photon này sẽ triệt tiêu lẫn nhau (giao thoa triệt tiêu), do đó bạn sẽ không thấy ánh sáng. Nhưng, khi hạt di chuyển nhanh hơn ánh sáng có thể truyền qua nước, sóng xung kích tạo ra giao thoa mang tính xây dựng mà bạn thấy là phát sáng.

Sử dụng bức xạ Cherenkov

Bức xạ Cherenkov tốt cho nhiều thứ hơn là chỉ làm cho nước của bạn phát sáng màu xanh trong phòng thí nghiệm hạt nhân. Trong một lò phản ứng kiểu bể bơi, lượng ánh sáng xanh có thể được sử dụng để đánh giá mức độ phóng xạ của các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng. Bức xạ được sử dụng trong các thí nghiệm vật lý hạt để giúp xác định bản chất của các hạt được kiểm tra. Nó được sử dụng trong hình ảnh y tế và để dán nhãn và theo dõi các phân tử sinh học để hiểu rõ hơn về con đường hóa học. Bức xạ Cherenkov được tạo ra khi các tia vũ trụ và các hạt tích điện tương tác với bầu khí quyển của Trái đất, do đó các máy dò được sử dụng để đo các hiện tượng này, để phát hiện neutrino và nghiên cứu các vật thể thiên văn phát ra tia gamma, như tàn dư siêu tân tinh.

Sự thật thú vị về bức xạ Cherenkov

  • Bức xạ Cherenkov có thể xảy ra trong chân không, không chỉ trong môi trường như nước. Trong chân không, tốc độ pha của sóng giảm, nhưng tốc độ hạt tích điện vẫn gần hơn (chưa bằng) tốc độ ánh sáng. Điều này có một ứng dụng thực tế, vì nó được sử dụng để sản xuất lò vi sóng công suất cao.
  • Nếu các hạt tích điện tương đối tấn công sự hài hước thủy tinh của mắt người, có thể nhìn thấy các tia sáng của bức xạ Cherenkov. Điều này có thể xảy ra do tiếp xúc với các tia vũ trụ hoặc trong một tai nạn nghiêm trọng hạt nhân

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker