La radiació Cherenkov és una reacció electromagnètica que es produeix quan les partícules carregades travessen un medi transparent a una velocitat superior al mateix índex de fase de la llum en el mateix medi. La brillantor blava característica d'un reactor nuclear submarí es deu a aquesta interacció.
Història
La radiació porta el nom del científic soviètic Pavel Cherenkov, guanyador del Premi Nobel l'any 1958. Va ser ell qui el va descobrir per primera vegada experimentalment sota la supervisió d'un col·lega el 1934. Per tant, també es coneix com a efecte Vavilov-Cherenkov.
Un científic va veure una lleugera llum blavosa al voltant d'una droga radioactiva a l'aigua durant els experiments. La seva tesi doctoral va ser sobre la luminescència de les solucions de sals d'urani, que eren excitades per raigs gamma en comptes de la llum visible menys energètica, com es fa habitualment. Va descobrir l'anisotropia i va concloure que aquest efecte no era un fenomen fluorescent.
Teoria de CherenkovLa radiació es va desenvolupar més tard en el marc de la teoria de la relativitat d'Einstein pels col·legues del científic Igor Tamm i Ilya Frank. També van rebre el Premi Nobel de 1958. La fórmula de Frank-Tamm descriu la quantitat d'energia emesa per partícules radiades per unitat de longitud recorreguda per unitat de freqüència. És l'índex de refracció del material pel qual passa la càrrega.
La radiació Cherenkov com a front d'ona cònic va ser predita teòricament pel polímata anglès Oliver Heaviside en articles publicats entre 1888 i 1889, i per Arnold Sommerfeld el 1904. Però ambdues van ser ràpidament oblidades després de la limitació de la relativitat de les superpartícules fins als anys setanta. Marie Curie va observar una llum blava pàl·lida en una solució altament concentrada de radi el 1910, però no va entrar en detalls. El 1926, els radioterapeutes francesos dirigits per Lucien van descriure la radiació lluminosa del radi, que té un espectre continu.
Origen físic
Tot i que l'electrodinàmica considera que la velocitat de la llum al buit és una constant universal (C), la velocitat a la qual es propaga la llum en un medi pot ser molt inferior a C. La velocitat pot augmentar durant les reaccions nuclears i en els acceleradors de partícules. Ara els científics tenen clar que la radiació de Cherenkov es produeix quan un electró carregat travessa un medi òpticament transparent.
L'analogia habitual és el boom sonor d'un avió súper ràpid. Aquestes ones, generades per cossos reactius,es propaguen a la velocitat del propi senyal. Les partícules divergeixen més lentament que un objecte en moviment i no poden avançar-hi. En canvi, formen un front d'impacte. De la mateixa manera, una partícula carregada pot generar una ona de xoc lleugera quan travessa algun medi.
A més, la velocitat que s'ha de superar és una velocitat de fase, no una velocitat de grup. El primer es pot canviar dràsticament utilitzant un medi periòdic, en aquest cas fins i tot es pot obtenir radiació de Cherenkov sense una velocitat mínima de partícules. Aquest fenomen es coneix com efecte Smith-Purcell. En un medi periòdic més complex, com un cristall fotònic, també es poden obtenir moltes altres reaccions anòmales, com ara la radiació en sentit contrari.
Què passa al reactor
En els seus articles originals sobre els fonaments teòrics, Tamm i Frank van escriure: "La radiació Cherenkov és una reacció peculiar que aparentment no es pot explicar per cap mecanisme general, com ara la interacció d'un electró ràpid amb un sol àtom o radiatiu. dispersió en nuclis D' altra banda, aquest fenomen es pot explicar tant qualitativament com quantitativament, si tenim en compte el fet que un electró que es mou en un medi emet llum, encara que es mogui de manera uniforme, sempre que la seva velocitat sigui superior a la de llum."
No obstant això, hi ha algunes idees errònies sobre la radiació Cherenkov. Per exemple, es considera que el medi es polaritza pel camp elèctric de la partícula. Si aquest últim es mou lentament, llavors el moviment tendeix a tornarequilibri mecànic. Tanmateix, quan la molècula es mou prou ràpid, la velocitat de resposta limitada del medi fa que l'equilibri es mantingui al seu pas i l'energia que hi conté s'irradia en forma d'ona de xoc coherent.
Aquests conceptes no tenen cap justificació analítica, ja que la radiació electromagnètica s'emet quan les partícules carregades es mouen en un medi homogeni a velocitats subluminals, que no es consideren radiació de Cherenkov.
Fenomen invers
L'efecte Cherenkov es pot obtenir utilitzant substàncies anomenades metamaterials amb un índex negatiu. És a dir, amb una microestructura de sublongitud d'ona, que els atorga una propietat "mitjana" efectiva molt diferent de les altres, presentant en aquest cas una permitivitat negativa. Això vol dir que quan una partícula carregada travessa un medi més ràpid que la velocitat de la fase, emetrà radiació pel seu pas pel davant.
També és possible obtenir radiació Cherenkov amb un con invers en medis periòdics no metamaterials. Aquí, l'estructura es troba a la mateixa escala que la longitud d'ona, per la qual cosa no es pot considerar un metamaterial efectivament homogeni.
Característiques
A diferència dels espectres de fluorescència o d'emissió, que tenen pics característics, la radiació Cherenkov és contínua. Al voltant de la resplendor visible, la intensitat relativa per unitat de freqüència és aproximadamentproporcional a ella. És a dir, els valors més alts són més intensos.
És per això que la radiació visible de Cherenkov és de color blau brillant. De fet, la majoria dels processos es troben en l'espectre ultraviolat: només amb càrregues prou accelerades es fa visible. La sensibilitat de l'ull humà té un pic en verd i és molt baixa a la part violeta de l'espectre.
Reactors nuclears
La radiació Cherenkov s'utilitza per detectar partícules carregades d' alta energia. En unitats com els reactors nuclears, els electrons beta s'alliberen com a productes de desintegració de fissió. La resplendor continua després que la reacció en cadena s'atura, s'enfosquint a mesura que les substàncies de vida més curta es desintegren. A més, la radiació Cherenkov pot caracteritzar la radioactivitat restant dels elements de combustible gastat. Aquest fenomen s'utilitza per comprovar la presència de combustible nuclear gastat als dipòsits.
