Du har sikkert aldrig set indersiden af en atomreaktor, men chokbølgen af blåt lys (kaldet Cerenkov-stråling) svarer til et mere velkendt fænomen – det soniske brag.
Hvad er Cerenkov-stråling?
Eksempel på Cerenkov-stråling (Reed-reaktor).
Cerenkov-stråling er et blåligt lys eller et blink, der ofte ses i atomreaktorer, hvor vand anvendes som moderator. Pavel Cerenkov opdagede Cerenkov-stråling i 1934, mens han studerede virkningerne af radioaktive stoffer på væsker. Han bemærkede, at vand, der omgav visse radioaktive stoffer, udsendte et svagt blåt skær.
Hvorfor sker det?
Cerenkov-stråling opstår, når ladede partikler som elektroner bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i et bestemt medium. Der opstår en chokbølge på samme måde som det mere velkendte soniske brag, der skabes af supersoniske flyvemaskiner. Når et fly flyver gennem luften, skubber vingerne luften foran dem væk. Hvis flyet flyver hurtigere end lydhastigheden, kan luften ikke flytte sig hurtigt nok. Dette skaber et pludseligt, kraftigt trykfald, der bevæger sig væk fra vingen med lydhastighed, ligesom kølvandet bag en båd. Vi oplever denne trykfront som en høj lyd (kendt som et sonisk brag), der høres, efter at flyet er passeret over os.
De elektrisk ladede partikler, der udgør højenergistråling, er omgivet af et elektrisk felt. Når disse ladede partikler bevæger sig gennem et medium, bevæger det elektriske felt sig med dem. Det elektriske felt udbredes af fotoner, så det kan kun bevæge sig med lysets hastighed inden for det pågældende medium. Når en ladet partikel bevæger sig med en hastighed, der er mindre end lysets hastighed for mediet, har disse fotoner en tendens til at ophæve hinanden, og der ses intet lys. Men hvis en ladet partikel bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i det pågældende medium, “kommer den foran” sit elektriske felt. Fotoner udsendes med en lille forsinkelse, så de kan slippe væk uden at interferere med hinanden. Stødbølgen er i form af lys snarere end lyd, der ses som et blåt lysglimt for en enkelt partikel og som en svag glød for en kontinuerlig strøm af partikler.
Selv om ingen partikel kan overskride lysets hastighed i et vakuum (3,0 x 108 m/sek), er det muligt for en partikel at bevæge sig hurtigere end lyset i visse medier, f.eks. vand. Lysets hastighed i et bestemt medium er relateret til lysets hastighed i et vakuum og mediets brydningsindeks. Det meste Cerenkov-stråling ligger i det ultraviolette spektrum, men en del af energien er synligt lys og ses som et blåt skær.
Hvorfor er lyset blåt i vand?
Vand er i sagens natur blåt på grund af dets selektive absorption af den røde ende af spektret. En forklaring på Cerenkov-effekten i vand er, at atomerne i vandet bliver exciteret af Cerenkov-stødbølgen og derefter afeksponeres, hvorved de udsender blåt lys.
En anden mulig forklaring er, at antallet af fotoner, der udsendes af en sådan ladet partikel, er omvendt proportional med bølgelængden. Dette ville betyde, at der udsendes flere fotoner med kortere bølgelængder, hvorved spektret flyttes til den blå side.
Hvordan kan vi anvende Cerenkov-effekten?
Cerenkov-stråling kan bruges til at lette påvisningen af lave koncentrationer af biomolekyler. Enzymatiske og syntetiske metoder anvendes til at indføre radioaktive atomer. Cerenkov-effekten gør det muligt for forskerne at påvise disse i lave koncentrationer. Denne metode bruges til at studere biologiske veje og til at karakterisere interaktionen mellem biologiske molekyler (f.eks. affinitetskonstanter og dissocieringshastigheder).
I atomreaktorer bruges Cerenkov-stråling til at detektere højenergiladede partikler, og den bruges også til at karakterisere den resterende radioaktivitet i brugte brændselsstave.
Eksempel på Cerenkov-stråling (Reed-reaktor).
Cerenkov-stråling er et blåligt lys eller et blink, der ofte ses i atomreaktorer, hvor vand anvendes som moderator. Pavel Cerenkov opdagede Cerenkov-stråling i 1934, mens han studerede virkningerne af radioaktive stoffer på væsker. Han bemærkede, at vand, der omgav visse radioaktive stoffer, udsendte et svagt blåt skær.
Hvorfor sker det?
Cerenkov-stråling opstår, når ladede partikler som elektroner bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i et bestemt medium. Der opstår en chokbølge på samme måde som det mere velkendte soniske brag, der skabes af supersoniske flyvemaskiner. Når et fly flyver gennem luften, skubber vingerne luften foran dem væk. Hvis flyet flyver hurtigere end lydhastigheden, kan luften ikke flytte sig hurtigt nok. Dette skaber et pludseligt, kraftigt trykfald, der bevæger sig væk fra vingen med lydhastighed, ligesom kølvandet bag en båd. Vi oplever denne trykfront som en høj lyd (kendt som et sonisk brag), der høres, efter at flyet er passeret over os.
De elektrisk ladede partikler, der udgør højenergistråling, er omgivet af et elektrisk felt. Når disse ladede partikler bevæger sig gennem et medium, bevæger det elektriske felt sig med dem. Det elektriske felt udbredes af fotoner, så det kan kun bevæge sig med lysets hastighed inden for det pågældende medium. Når en ladet partikel bevæger sig med en hastighed, der er mindre end lysets hastighed for mediet, har disse fotoner en tendens til at ophæve hinanden, og der ses intet lys. Men hvis en ladet partikel bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i det pågældende medium, “kommer den foran” sit elektriske felt. Fotoner udsendes med en lille forsinkelse, så de kan slippe væk uden at interferere med hinanden. Stødbølgen er i form af lys snarere end lyd, der ses som et blåt lysglimt for en enkelt partikel og som en svag glød for en kontinuerlig strøm af partikler.
Selv om ingen partikel kan overskride lysets hastighed i et vakuum (3,0 x 108 m/sek), er det muligt for en partikel at bevæge sig hurtigere end lyset i visse medier, f.eks. vand. Lysets hastighed i et bestemt medium er relateret til lysets hastighed i et vakuum og mediets brydningsindeks. Det meste Cerenkov-stråling ligger i det ultraviolette spektrum, men en del af energien er synligt lys og ses som et blåt skær.
Hvorfor er lyset blåt i vand?
Vand er i sagens natur blåt på grund af dets selektive absorption af den røde ende af spektret. En forklaring på Cerenkov-effekten i vand er, at atomerne i vandet bliver exciteret af Cerenkov-stødbølgen og derefter afeksponeres, hvorved de udsender blåt lys.
En anden mulig forklaring er, at antallet af fotoner, der udsendes af en sådan ladet partikel, er omvendt proportional med bølgelængden. Dette ville betyde, at der udsendes flere fotoner med kortere bølgelængder, hvorved spektret flyttes til den blå side.
Hvordan kan vi anvende Cerenkov-effekten?
Cerenkov-stråling kan bruges til at lette påvisningen af lave koncentrationer af biomolekyler. Enzymatiske og syntetiske metoder anvendes til at indføre radioaktive atomer. Cerenkov-effekten gør det muligt for forskerne at påvise disse i lave koncentrationer. Denne metode bruges til at studere biologiske veje og til at karakterisere interaktionen mellem biologiske molekyler (f.eks. affinitetskonstanter og dissocieringshastigheder).
I atomreaktorer bruges Cerenkov-stråling til at detektere højenergiladede partikler, og den bruges også til at karakterisere den resterende radioaktivitet i brugte brændselsstave.