Светлината на Черенков е видяна за първи път в инсталация за ядрен синтез (видео)

Тя се дължи на частици, които се движат по-бързо от скоростта на светлината във вода

Ваня Милева Последна промяна на 21 август 2023 в 00:01 15229 0

Светлината на Черенков, идваща от реакцията на термоядрен синтез. 

Кредит SHINE
Светлината на Черенков, идваща от реакцията на термоядрен синтез. 

Компанията SHINE, занимаваща се с ядрен синтез, съобщи за първите в историята наблюдения на лъчението на Черенков по време на реакция на термоядрен синтез - визуално доказателство за протичането на реакцията.

Това явление се наблюдава по-често в традиционните електроцентрали, работещи на принципа на ядрения разпад, и произвежда красива, синьо-виолетова светлина.

Най-близката аналогия за обяснение на това явление е звукът. Когато даден обект - от върха на камшик до свръхзвуков самолет - се движи със скорост, по-висока от тази на звука, се чува силен тътен. Когато една частица се движи по-бързо от скоростта на светлината в определена среда, се получава светлина на Черенков.

За да е ясно, тези частици не се движат по-бързо от скоростта на светлината във вакуум и от най-бързата възможна скорост във Вселената. Но светлината е с около 25 % по-бавна във вода в сравнение с тази във вакуум, така че с подходяща реакция може частиците да се ускорят до повече от 225 000 км  в секунда. В този случай частиците са неутрони, които се произвеждат при реакция на термоядрен синтез.

Механизъм на възникване и разпространение на радиацията на Черенков

Теорията на относителността гласи: нито едно материално тяло, включително бързите елементарни частици с висока енергия, не може да се движи със скорост, превишаваща скоростта на светлината във вакуум.

Но в оптически прозрачни среди скоростта на бързо заредените частици може да бъде по-голяма от фазовата скорост на светлината в тази среда. Всъщност фазовата скорост на светлината в среда Cm е равна на скоростта на светлината във вакуум c, разделено на индекса на пречупване на средата n:Cm=c/n. В този случай водата например има коефициент на пречупване 1.33, а коефициентите на пречупване на различните марки оптични стъкла варират от 1.43 до 2.1. Съответно фазовата скорост на светлината в такива среди е 50-75% от скоростта на светлината във вакуум. Следователно се оказва, че релативистичните частици, чиято скорост е близка до скоростта на светлината във вакуум, се движат в такава среда със скорост, превишаваща фазовата скорост на светлината.

Появата на лъчението на Черенков е подобна на появата на ударна вълна под формата на конус на Мах от тяло, движещо се със свръхзвукова скорост в газ или течност, например ударна конусообразна вълна във въздуха от свръхзвуков самолет или куршум.

Анимация на появата на радиацията на Черенков. Кредит: Wikimedia Commons

Това явление може да се обясни по аналогия с вълните на Хюйгенс, от всяка точка по траекторията на бърза частица се излъчва сферичен фронт на светлинна вълна, която се разпространява през среда със скоростта на светлината в тази среда и всяка следваща сферична вълна е излъчена от следващата точка по пътя на частицата. Ако една частица се движи по-бързо от скоростта на разпространение на светлината в среда, тогава тя изпреварва светлинните вълни. Наборът от прави линии, допирателни към сферичните вълнови фронтове, изтеглени от точка, минаваща през частицата, образуват кръгов конус - вълновия фронт на лъчението на Черенков.

"Обикновено, за да видите това с невъоръжено око, трябва да гледате ядра на реактори за ядрен разпад или използвано гориво за ядрен разпад", обяснява пред IFLScience Грег Пийфър (Greg Piefer), основател и главен изпълнителен директор на SHINE. "Това е важно, защото можем да покажем стабилни нива на термоядрен синтез на много по-високи нива от демонстрираните преди. Смятаме, че това е първият път, в който реакция на термоядрен синтез генерира видимо излъчване на Черенков."

Системата за термоядрен синтез на SHINE използва два специални вида водородни атоми за своята термоядрена инсталация: деутерий и тритий. Докато повечето водородни атоми във Вселената имат ядро, съставено от един-единствен протон, деутерият има неутрон и протон, а тритият - два неутрона и един протон. Компанията използва сноп от деутерони (само ядрото на деутерия), за да удари мишена от тритий с висока скорост.

"Ефектът на лъчението на Черенков, който се получи тук, бе достатъчно ярък, за да бъде видим, което означава, че се извършва много синтез, около 50 трилиона синтеза в секунда. При един милиард синтеза в секунда може да има измеримо излъчване на Черенков, но не и видими количества", отбелязва в изявление Джералд Кулчински (Gerald Kulcinski), почетен професор по ядрено инженерство и почетен директор на технологията на термоядрения синтез в Университета на Уисконсин-Медисън.

"Тези резултати са мощно доказателство за действащите ядрени процеси и още едно доказателство, че термоядреният синтез може да произвежда неутрони наравно с някои реактори."

Понастоящем методът произвежда много малко количество енергия. Целта на проекта SHINE е да демонстрира осъществимостта и мащабируемостта на ядрения синтез. В същото време деутероновите лъчи могат да се използват за производство на полезни за медицината радиоизотопи - нещо, с което SHINE също се занимава.

Източник: Cherenkov Light Seen For The First Time In Nuclear Fusion Setup, IFLScience 

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !