Miért világít az atomreaktor?

Valószínűleg tévében vagy moziban sokan látták már egy atomreaktor belsejét (aki szeretné, élőben is megnézheti a BME reaktorában, bárki bemehet, elég előre időpontot egyeztetni), viszont kevesen tudják, hogy az nem lámpák miatt világít kísérteties kék fénnyel. A valódi felelős az úgynevezett Cserenkov-sugárzás.

A Cserenkov-sugárzást gyakran homályos fényként, villanásként látni azokban a reaktorokban, ahol a moderátor (azaz a nukleáris reakció közege) víz. A hatást Pavel Alekszejevics Cserenkov, Nobel-díjas orosz fizikusról nevezték el, aki 1934-ben írta le pontosan a működését, miközben a sugárzó részecskék hatását tanulmányozta folyadékokban. Észrevette, hogy a víz halványan, kéken világít bizonyos radioaktív részecskék elnyelésekor.

A Cserenkov-hatás akkor érvényesül, ha a töltött részecskék, például az elektronok a fénynél gyorsabban mozognak az adott közegben (vákuumban ez nem lehetséges, vízben igen, mert ott a fény sebessége alacsonyabb, mint a közmondásos c állandó). Ilyenkor lökéshullám keletkezik, olyasmi, mint a repülőknél a hangrobbanás: amikor a repülő a levegőben halad, a szárnyai tolják a levegőt maga előtt. Amikor gyorsabb, mint a hang, a levegő nem elég gyorsan tér ki, hirtelen esik a nyomás a szárnyak mentén, hangsebességgel, ebből lesz a hangrobbanás a végén.

A töltött részecskék, amelyek létrehozzák a nagy energiájú sugárzást, elektromos erőtérben vannak. Az erőtér fotonokkal töltött, ezek fénysebességgel mozognak. Amikor egy töltött részecske a fénynél lassabban mozog, ezek a fotonok kioltják egymás hatását, és nem látszik fény. Amikor viszont gyorsabban, akkor az elektromos mező kis késéssel nyeli el őket, anélkül, hogy egymással ütköznének, nem oltják ki egymás hatását. Az így keletkező lökéshullám energiája a látható kék fény. A sugárzás nagy része az ibolyán túli spektrumban történik, de az energia egy része látható fény.

A sugárzás színe valószínűleg annak köszönhető, hogy a víz eltérően nyeli el a különböző hullámhosszokat, ezért látjuk kéknek a tengervizet is. Egy másik magyarázat szerint a hatás több kék hullámhosszhoz közeli fotont bocsát ki.