Fizik

Çerenkov (Cherenkov) Radyasyonu: Nükleer Reaktörlerden Gelen Ürkütücü Mavi

Korku filmlerinde, ürkütücü bir mavi ışığın çıktığı bir odaya girmek her zaman kötü bir fikirdir. Görünüşe göre, bu ürkütücü mavi ışık gerçek bir fenomen ile ilişkilidir ve buna Çerenkov ( Cherenkov) Radyasyonu ya da Çerenkov Işıması denir.

Çerenkov Radyasyonu

Gama ışını astronomisi, 1960’ların başında doğdu. Parçacık fiziğinin önde gelen ismi Amerikalı fizikçi Enrico Fermi’nin (1901-1954) adını taşıyan Fermi teleskobu şu ana kadar birkaç bin gama ışını kaynağını katalogladı. Ancak daha yüksek enerjilere sahip gama ışınlarını incelemek için yer tabanlı yöntemler kullanmamız gerekiyor.

Bir gama ışını Dünya’nın atmosferiyle etkileşime girince, bir milyardan fazla ikincil parçacıktan oluşan bir elektromanyetik akışı tetikler. Bu parçacıklar çoğunlukla elektronlar ve onların pozitron adı verilen anti-madde ortaklarıdır. Bu parçacıklar deneyimlediğimiz doğal radyasyonun yaklaşık %30-50’sine katkıda bulunur.

Compton Gama Işını Gözlemevi (CGRO) uydusunun (1991-2000) Enerjik Gama Işını Deneyi Teleskobu (EGRET) ile gözlemlenen, gökyüzünün 100 MeV’den fazla enerjilerdeki görüntüsü.

Çerenkov Radyasyonu Nedir?

Uzayın dokusunun bir hız sınırı vardır. Bu ışığın boşluktaki hızıdır. Boşlukta hiçbir şey ışık hızından daha hızlı hareket edemez. Ancak diğer ortamlarda parçacıklar potansiyel olarak ışıktan daha hızlı hareket edebilir. Örneğin, ışık sudayken anında normal hızının %75’i kadar yavaşlar, ancak o kadar yavaşlamayan ve sonunda ışıktan daha hızlı hareket eden bazı parçacıklar da vardır. Bu olduğu durumlarda da, mavi veya mor bir parıltı meydana gelir.

Cherenkov-radyasyonu
Resimde Idaho Ulusal Laboratuvarı’ndaki Gelişmiş Test Reaktöründe nükleer reaktörlerin içinde mavi bir parıltı olarak ortaya çıkan ışık patlamasını görüyorsunuz.

Çerenkov radyasyonu adı verilen bu parlama, adını bu fenomeni ilk kez 1934’te tespit eden (ve iki meslektaşıyla birlikte 1958 Nobel Fizik Ödülü’nü alan) Sovyet fizikçi Pavel Cherenkov’dan alıyor

Pavel Alekseyeviç Cherenkov 1934 yılında Cherenkov ışımasını deneysel olarak tespit etti. İlya Frank ve İgor Tamm ile birlikte 1958 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Çerenkov bu etkiyi ilk olarak 1934 yılında radyasyona maruz kalan şişedeki suyun mavi ışıkla parlaması sonucu fark etti. Cherenkov, Tamm ve Frank 1958 yılında bulguları sonucunda Nobel Fizik Ödülü’nü kazandılar.

Işıktan daha hızlı hareket eden yüklü parçacıklar, örneğin suda hareket ettiğinde, yollarına çıkan atomların enerji dengesini bozarlar. Dengeyi yeniden sağlamak için bu atomlar, görünür ışıkta bir “şok dalgası” oluşturan fotonları serbest bırakır. 

Çerenkov radyasyonuna bir benzetme, bir uçak ses hızından daha hızlı uçtuğunda oluşan sonik patlamadır. Bir uçağın da süpersonik yani ses hızından daha büyük hızlarla hareket ederken sebep olduğu ses dalgası uçağın kendisinden daha yavaş yol alır.

sonik patlama
Süpersonik uçuşun özelliklerinden biri, uçak ses hızını aştığında meydana gelen ‘sonik patlama’dır. Sonik patlamalar, insan kulağına bir patlama ya da gök gürlemesi gibi gelir. Muazzam miktarlarda ses enerjisi üretir.

Nükleer Reaktördeki Su Neden Mavidir?

Çerenkov radyasyonu sırasında ortaya çıkan yüksek enerjiler nedeniyle fotonlar, mor ve mavi renklere özgü olan yüksek frekanslara ve kısa dalga boylarına sahip dalgalar halinde hareket eder. Işığın farklı dalga boyları, onları farklı renkte algılamamıza yardımcı olur. Yani dalga boyu aslında ışığın rengini belirler. Frekanslar yüksek ve dalga boyları kısa olursa da ışık mavi veya mor görünür.

Suda üretilen Çerenkov radyasyonu geniş, sürekli bir spektrum boyunca yayılmaktadır. Işığın çoğu, ağırlıklı olarak elektromanyetik spektrumun mavi, mor ve morötesi bölgesinde ortaya çıkar.

Normalde, bu fotonlardan bazıları birbirini yok eder. Dolayısıyla bir parıltı görmezsiniz. Ancak parçacık, ışığın suda ilerleyebileceğinden daha hızlı hareket ettiğinde, şok dalgasının sonucu olarak mavi parlamayı görürsünüz.

Çerenkov Radyasyonunu Günümüzde Nerede Kullanıyoruz?

Çerenkov radyasyonu genellikle suya batırılmış radyoaktif materyallerde meydana gelmektedir. Ancak bu mavi ışık parçacık fiziği deneylerindeki parçacıkları tanımlamak, nötrinoları saptamak ve süpernova kalıntıları gibi gama ışını yayan astronomik nesneleri incelemek için de kullanılmaktadır.

Yer seviyesinde, büyük aynalara ve hassas kameralara sahip teleskoplar, atmosferimize çarpan gama ışınının ürettiği Çerenkov ışığını tespit edebiliyor. İlk Çerenkov teleskopları 1960’larda geliştirildi. Pek çok değişkenden sonra, 1989 yılında Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Whipple Teleskobu, Yengeç Bulutsusu’ndan gelen gama ışını fotonlarını keşfetti.

Ayrıca araştırmacılar Cherenkov radyasyonunu kullanarak kanseri tespit etmek için uygun maliyetli bir yöntemi de başarıyla geliştirdiler. Bu yöntem, düşük maliyeti nedeniyle, kanser tespit teknolojilerindeki boşlukları kapatmaya yardımcı olacaktır.


Kaynaklar ve ileri okumalar

  • That Eerie Blue Light from Nuclear Reactors? It’s Cherenkov Radiation. yayınlanma tarihi: 7 Temmuz 2017; Kaynak site: Interesting Enginnering. Bağlantı: That Eerie Blue Light from Nuclear Reactors? It’s Cherenkov Radiation/
  • That Eerie Blue Light from Nuclear Reactors? It’s Cherenkov Radiation. Yayınlanma tarihi: 22 Ocak 2022. Kaynak site: Thoughtco. Bağlantı: That Eerie Blue Light from Nuclear Reactors? It’s Cherenkov Radiation
  • Atkins, R. & Benbow, W. & Berley, D. & Blaufuss, E. & Bussons, J. & Coyne, D. Delay, Rodrigo & DeYoung, T. & Dingus, Brenda & Dorfan, D. & Ellsworth, R. & Falcone. Alfredo & Fleysher, L. & Fleysher, R. & Gisler, G. & Gonzalez. M. & Goodman, Jordan & Haines, T. & Hays, Elizabeth & Yodh, Gaurang. (2003). Observation of TeV Gamma Rays from the Crab. Nebula with Milagro Using a New Background Rejection Technique. The Astrophysical Journal. 595. 803. 10.1086/377498.

Size Bir Mesajımız Var!

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu