Você provavelmente nunca viu o interior de um reator nuclear, mas a onda de choque de luz azul (chamada radiação Cerenkov) é análoga a um fenômeno mais familiar – o boom sônico.
O que é radiação Cerenkov?
Exemplo da radiação Cerenkov (reactor Reed).
A radiação Cerenkov é uma luz azulada ou flash frequentemente visto em reactores nucleares onde a água é utilizada como moderador. Pavel Cerenkov descobriu a radiação Cerenkov em 1934, enquanto estudava os efeitos das substâncias radioativas nos líquidos. Ele notou que a água ao redor de certas substâncias radioativas emitia um brilho azul fraco.
Por que isso acontece?
A radiaçãoerenkov ocorre quando partículas carregadas como elétrons estão se movendo mais rápido do que a velocidade da luz em um determinado meio. Uma onda de choque é gerada da mesma forma que a mais familiar explosão sónica criada pelos aviões supersónicos. Quando um avião viaja pelo ar, as asas empurram o ar à sua frente para fora do caminho. Se o avião está viajando mais rápido do que a velocidade do som, o ar não pode sair do caminho suficientemente rápido. Isto cria uma súbita e intensa queda de pressão que se afasta da asa à velocidade do som, tal como a esteira atrás de um barco. Experimentamos esta frente de pressão como um ruído alto (conhecido como boom sonoro) ouvido após o avião ter passado por cima.
As partículas carregadas eletricamente que compõem a radiação de alta energia são cercadas por um campo elétrico. Como estas partículas carregadas se movem através de um meio, o campo elétrico se move com elas. O campo elétrico é propagado por fótons, portanto ele só pode se mover à velocidade da luz dentro desse meio. Quando uma partícula carregada viaja a velocidades inferiores à velocidade da luz do meio, esses fótons tendem a se anular uns aos outros e não se vê luz. No entanto, se uma partícula carregada viaja mais rápido que a velocidade da luz naquele meio, ela “se antecipa” ao seu campo elétrico. Os fótons são emitidos com um leve atraso, permitindo-lhes escapar sem interferir uns com os outros. A onda de choque é na forma de luz e não de som, vista como um flash de luz azul para uma única partícula, e como um brilho fraco para um fluxo contínuo de partículas.
Embora nenhuma partícula possa exceder a velocidade da luz em um vácuo (3,0 x 108 m/seg.), é possível que uma partícula viaje mais rápido que a luz em certos meios, como a água. A velocidade da luz num determinado meio está relacionada com a velocidade da luz no vácuo e o índice de refracção do meio. A maioria da radiação Cerenkov está no espectro ultravioleta, mas parte da energia é luz visível e é vista como um brilho azul.
Por que é o azul claro na água?
A água é intrinsecamente azul devido à sua absorção selectiva da extremidade vermelha do espectro. Uma explicação do efeito Cerenkov na água é que os átomos na água ficam excitados pela onda de choque Cerenkov e depois desexcitam, emitindo luz azul.
Outra explicação possível é que o número de fotões emitidos por tal partícula carregada é inversamente proporcional ao comprimento de onda. Isto significaria que mais fótons são emitidos com comprimentos de onda menores, movendo assim o espectro para o lado azul.
Como podemos aplicar o efeito Cerenkov?
A radiaçãoerenkov pode ser usada para facilitar a detecção de baixas concentrações de biomoléculas. Métodos enzimáticos e sintéticos são usados para introduzir átomos radioactivos. O efeito Cerenkov permite que os investigadores os detectem em baixas concentrações. Este método é usado para estudar as vias biológicas e para caracterizar a interação de moléculas biológicas (como constantes de afinidade e taxas de dissociação).
Em reatores nucleares, a radiação Cerenkov é usada para detectar partículas carregadas de alta energia, e também é usada para caracterizar a radioatividade restante das varetas de combustível queimado.