Bức xạ Cherenkov là một dạng năng lượng có thể cảm nhận được dưới dạng ánh sáng màu xanh lam phát ra khi các hạt mang điện cấu tạo nên nguyên tử (electron và proton) chuyển động với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong một môi trường nhất định. Bức xạ Cherenkov được đặt theo tên của người đoạt giải Nobel Vật lý năm 1958, Pavel Cherenkov cùng với Ilya Frank và Igor Tamm, người đầu tiên chứng minh và giải thích sự phát sáng của Cherenkov bằng thực nghiệm.
Trên thực tế, không tồn tại bất kỳ vật chất nào có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong chân không. Tuy nhiên, trong các môi trường không phải chân không, các hạt điện tích có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Điển hình như khi ở trong nước, ánh sáng ngay lập tức bị giảm tốc độ xuống 75% tốc độ thông thường, nhưng hạt mang điện lại không bị làm chậm nhiều và chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Khi điều đó xảy ra, môi trường sẽ xuất hiện ánh sáng xanh hoặc tím.
Bức xạ Cherenkov hiện diện trong nước, quanh nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân. Các hạt mang điện di chuyển với tốc độ rất cao là sản phẩm phụ của phản ứng bên trong lò phản ứng. (Ảnh: IAEA)
Khi các hạt mang điện chuyển động nhanh hơn ánh sáng truyền vào trong nước, chúng sẽ làm xáo trộn trạng thái cân bằng năng lượng của các nguyên tử. Để lấy lại trạng thái cân bằng, các nguyên tử đó giải phóng các photon – loại hạt phát ánh sáng có thể nhìn thấy được, tạo ra “sóng xung kích” ánh sáng. Hiệu ứng đó tương tự như sự bùng nổ âm thanh khi có chuyển động nhanh hơn vận tốc âm thanh xảy ra, nhưng trên quang phổ ánh sáng.
Màu sắc khác nhau mà mắt người cảm nhận được thực chất là các loại song hạt khác nhau được tạo thành từ các photon. Do năng lượng phát ra lớn trong quá trình bức xạ Cherenkov, các photon truyền đi dưới dạng sóng có tần số cao và bước sóng ngắn, đặc trưng cho màu tím và xanh lam. Tần số càng cao và bước sóng càng ngắn thì ánh sáng càng xanh hoặc tím hơn đối với mắt người. Mắt người không nhìn thấy tia cực tím nhưng có thể quan sát được bằng cách chụp ảnh nhờ các công cụ đo bức xạ Cherenkov.
Với tần số cao hơn và bước sóng ngắn, ánh sáng có màu xanh hoặc tím. (A.Vargas/IAEA).
Bức xạ Cherenkov tạo ra trong nước phát ra trên một phổ liên tục, rộng và phần lớn ánh sáng tạo ra chủ yếu ở vùng màu xanh lam, tím và tử ngoại của quang phổ điện từ. (A.Vargas / IAEA)
Bức xạ Cherenkov thường xảy ra trong các vật liệu phóng xạ ngâm trong nước. Vật liệu hạt nhân, trong đó chất phóng xạ là sản phẩm phụ, có thể được sử dụng cho các mục đích ứng dụng dân dụng (như tạo ra điện). Bằng cách sử dụng thiết bị chuyên dụng, cụ thể là Thiết bị quan sát Cherenkov thế hệ mới (XCVD) hoặc thiết bị quan sát Cherenkov kỹ thuật số (DCVD), thu nhận ánh sáng phát ra, các nhà khoa học có thể phân tích vật liệu hạt nhân tại các cơ sở hạt nhân hay các địa điểm khác và so sánh dữ liệu đó với thông tin Cơ sở dữ liệu để đánh giá mức độ và mục đích sử dụng vật liệu hạt nhân. Họ có thể đo bức xạ Cherenkov hiện diện trong các hồ chứa nhiên liệu đã qua sử dụng từ các lò phản ứng hạt nhân và xác định xem liệu lượng nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng có được báo cáo chính xác hay không. Bằng cách này, họ có thể phát hiện bất kỳ vật liệu hạt nhân nào từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng được chuyển hướng sử dụng sang các mục đích khác.
Từ khóa: Cherenkov; bức xạ; vật liệu hạt nhân; vận tốc ánh sáng;
– CMD&DND –
