ჩერენკოვის გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური რეაქცია, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკები გადიან გამჭვირვალე გარემოში სიჩქარით, რომელიც აღემატება იმავე გარემოში სინათლის იმავე ფაზის ინდექსს. წყალქვეშა ბირთვული რეაქტორის დამახასიათებელი ლურჯი ბზინვარება განპირობებულია ამ ურთიერთქმედებით.
ისტორია
გამოსხივებას საბჭოთა მეცნიერის პაველ ჩერენკოვის, 1958 წლის ნობელის პრემიის ლაურეატი ეწოდა. სწორედ მან აღმოაჩინა იგი პირველად ექსპერიმენტულად კოლეგის მეთვალყურეობის ქვეშ 1934 წელს. ამიტომ იგი ასევე ცნობილია როგორც ვავილოვ-ჩერენკოვის ეფექტი.
მეცნიერმა ექსპერიმენტების დროს დაინახა სუსტი მოლურჯო შუქი წყალში რადიოაქტიური პრეპარატის გარშემო. მისი სადოქტორო დისერტაცია ეხებოდა ურანის მარილების ხსნარების ლუმინესცენციას, რომლებიც აღგზნებული იყო გამა სხივებით ნაკლებად ენერგიული ხილული სინათლის ნაცვლად, როგორც ამას ჩვეულებრივ აკეთებენ. მან აღმოაჩინა ანიზოტროპია და დაასკვნა, რომ ეს ეფექტი არ იყო ფლუორესცენტური ფენომენი.
ჩერენკოვის თეორიაგამოსხივება მოგვიანებით აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში მეცნიერის კოლეგებმა იგორ ტამმა და ილია ფრანკმა განავითარეს. მათ ასევე მიიღეს 1958 წლის ნობელის პრემია. ფრანკ-ტამის ფორმულა აღწერს გამოსხივებული ნაწილაკების მიერ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობას სიგრძის ერთეულზე, ერთეულ სიხშირეზე. ეს არის იმ მასალის გარდატეხის მაჩვენებელი, რომლითაც გადის მუხტი.
ჩერენკოვის გამოსხივება, როგორც კონუსური ტალღის ფრონტი, თეორიულად იწინასწარმეტყველა ინგლისელმა პოლიმათმა ოლივერ ჰევისაიდმა 1888-1889 წლებში გამოქვეყნებულ ნაშრომებში და არნოლდ სომერფელდის მიერ 1904 წელს. მარი კიურიმ 1910 წელს დააკვირდა ღია ცისფერ შუქს რადიუმის მაღალ კონცენტრირებულ ხსნარში, მაგრამ დეტალებში არ შესულა. 1926 წელს ფრანგმა რადიოთერაპევტებმა ლუსიენის ხელმძღვანელობით აღწერეს რადიუმის მანათობელი გამოსხივება, რომელსაც აქვს უწყვეტი სპექტრი.
ფიზიკური წარმოშობა
მიუხედავად იმისა, რომ ელექტროდინამიკა მიიჩნევს, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არის უნივერსალური მუდმივი (C), სინათლის გავრცელების სიჩქარე შეიძლება იყოს C-ზე ბევრად ნაკლები. სიჩქარე შეიძლება გაიზარდოს ბირთვული რეაქციების დროს და ნაწილაკების ამაჩქარებლებში.. მეცნიერებისთვის უკვე ნათელია, რომ ჩერენკოვის გამოსხივება ხდება მაშინ, როდესაც დამუხტული ელექტრონი გადის ოპტიკურად გამჭვირვალე გარემოში.
ჩვეულებრივი ანალოგია არის სუპერ სწრაფი თვითმფრინავის ხმოვანი ბუმი. ეს ტალღები, წარმოქმნილი რეაქტიული სხეულების მიერ,გავრცელება თავად სიგნალის სიჩქარით. ნაწილაკები უფრო ნელა განსხვავდებიან, ვიდრე მოძრავი ობიექტი და ვერ ახერხებენ წინსვლას. ამის ნაცვლად, ისინი ქმნიან დარტყმის ფრონტს. ანალოგიურად, დამუხტულ ნაწილაკს შეუძლია წარმოქმნას მსუბუქი დარტყმითი ტალღა, როდესაც ის გადის რომელიმე გარემოში.
ასევე, გადაჭარბებული სიჩქარე არის ფაზის სიჩქარე და არა ჯგუფის სიჩქარე. პირველი შეიძლება მკვეთრად შეიცვალოს პერიოდული საშუალების გამოყენებით, ამ შემთხვევაში ჩერენკოვის გამოსხივებაც კი შესაძლებელია ნაწილაკების მინიმალური სიჩქარის გარეშე. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც სმიტ-პერსელის ეფექტი. უფრო რთულ პერიოდულ გარემოში, როგორიცაა ფოტონის კრისტალი, ასევე შეიძლება მიღებულ იქნას მრავალი სხვა ანომალიური რეაქცია, როგორიცაა გამოსხივება საპირისპირო მიმართულებით.
რა ხდება რეაქტორში
თავის თავდაპირველ ნაშრომებში თეორიული საფუძვლების შესახებ, ტამმა და ფრენკმა წერდნენ: "ჩერენკოვის გამოსხივება არის თავისებური რეაქცია, რომელიც აშკარად არ შეიძლება აიხსნას რაიმე ზოგადი მექანიზმით, როგორიცაა სწრაფი ელექტრონის ურთიერთქმედება ერთ ატომთან ან რადიაციასთან. ბირთვებში გაფანტვა მეორე მხრივ, ეს ფენომენი შეიძლება აიხსნას როგორც ხარისხობრივად, ასევე რაოდენობრივად, თუ გავითვალისწინებთ იმ ფაქტს, რომ გარემოში მოძრავი ელექტრონი ასხივებს სინათლეს, თუნდაც ის ერთნაირად მოძრაობდეს, იმ პირობით, რომ მისი სიჩქარე აღემატება სიჩქარეს. სინათლე."
თუმცა, არსებობს მცდარი წარმოდგენები ჩერენკოვის რადიაციის შესახებ. მაგალითად, ითვლება, რომ საშუალო ხდება პოლარიზებული ნაწილაკების ელექტრული ველით. თუ ეს უკანასკნელი ნელა მოძრაობს, მაშინ მოძრაობა უბრუნდებამექანიკური ბალანსი. თუმცა, როდესაც მოლეკულა საკმარისად სწრაფად მოძრაობს, საშუალო რეაგირების შეზღუდული სიჩქარე ნიშნავს, რომ წონასწორობა რჩება მის კვალდაკვალ და მასში შემავალი ენერგია გამოსხივდება თანმიმდევრული დარტყმის ტალღის სახით..
ასეთ ცნებებს არ გააჩნია ანალიტიკური დასაბუთება, ვინაიდან ელექტრომაგნიტური გამოსხივება გამოიყოფა, როდესაც დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობენ ერთგვაროვან გარემოში სუბლუმინური სიჩქარით, რაც არ ითვლება ჩერენკოვის გამოსხივებად.
შებრუნებული ფენომენი
ჩერენკოვის ეფექტის მიღება შესაძლებელია ნეგატიური ინდექსის მქონე მეტამასალების გამოყენებით. ანუ ტალღოვანი სიგრძის მიკროსტრუქტურით, რაც მათ აძლევს ეფექტურ "საშუალო" თვისებას, რომელიც ძალიან განსხვავდება სხვებისგან, ამ შემთხვევაში აქვს უარყოფითი გამტარიანობა. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც დამუხტული ნაწილაკი გადის ფაზის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად გარემოში, ის გამოყოფს გამოსხივებას მისი გავლით წინა მხრიდან.
შესაძლებელია ჩერენკოვის გამოსხივების მიღება შებრუნებული კონუსით არამეტამატერიალურ პერიოდულ გარემოში. აქ სტრუქტურა ტალღის სიგრძის მასშტაბითაა, ამიტომ ის არ შეიძლება ჩაითვალოს ეფექტურად ერთგვაროვან მეტამასალაად.
ფუნქციები
განსხვავებით ფლუორესცენციის ან ემისიის სპექტრებისგან, რომლებსაც აქვთ დამახასიათებელი პიკები, ჩერენკოვის გამოსხივება უწყვეტია. ხილული სიკაშკაშის გარშემო, ფარდობითი ინტენსივობა ერთეულ სიხშირეზე არის დაახლოებითმისი პროპორციული. ანუ უფრო მაღალი მნიშვნელობები უფრო ინტენსიურია.
აი რატომ არის ხილული ჩერენკოვის გამოსხივება ნათელი ლურჯი. სინამდვილეში, პროცესების უმეტესობა ულტრაიისფერ სპექტრშია - მხოლოდ საკმარისად დაჩქარებული მუხტით ხდება ის ხილული. ადამიანის თვალის მგრძნობელობა პიკს აღწევს მწვანეში და ძალიან დაბალია სპექტრის იისფერ ნაწილში.
ბირთვული რეაქტორები
ჩერენკოვის გამოსხივება გამოიყენება მაღალი ენერგიით დამუხტული ნაწილაკების გამოსავლენად. ერთეულებში, როგორიცაა ბირთვული რეაქტორები, ბეტა ელექტრონები გამოიყოფა დაშლის პროდუქტების სახით. ბზინვარება გრძელდება ჯაჭვური რეაქციის შეწყვეტის შემდეგ, მცირდება ხანმოკლე ნივთიერებების დაშლისას. ასევე, ჩერენკოვის გამოსხივებამ შეიძლება დაახასიათოს დახარჯული საწვავის ელემენტების დარჩენილი რადიოაქტიურობა. ეს ფენომენი გამოიყენება ავზებში დახარჯული ბირთვული საწვავის არსებობის შესამოწმებლად.
