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什么是切倫科夫輻射?

解讀“核”
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切倫科夫輻射是當(dāng)組成原子的帶電粒子(即電子和質(zhì)子)在特定介質(zhì)中以超過該介質(zhì)中光速運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出藍(lán)色輝光的一種能量形式。這一現(xiàn)象以發(fā)現(xiàn)它的物理學(xué)家帕維爾·切倫科夫的名字命名。后來,物理學(xué)家伊利亞·弗蘭克和伊戈?duì)枴に方忉屃诉@一現(xiàn)象,因此,三人共同獲得了1958年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

怎么會(huì)有物體運(yùn)動(dòng)速度比光速還快?

在真空中,任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都不可能超過光速。然而,在其他介質(zhì)中,一些粒子有可能以超過該介質(zhì)中光速運(yùn)動(dòng)。例如,在水這種介質(zhì)中,光會(huì)減速到其正常速度的75%,但有些粒子不會(huì)大幅度減速,甚至可以超過光在水中的速度運(yùn)動(dòng)。每當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí),就會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色或紫色的輝光。

圖為中國(guó)一座反應(yīng)堆的內(nèi)部。切倫科夫輻射存在于核反應(yīng)堆中燃料周圍的水中。以極高速度運(yùn)動(dòng)的帶電粒子是堆內(nèi)反應(yīng)的副產(chǎn)品。(圖片來源:中核集團(tuán)

為什么切倫科夫輻射是藍(lán)色的?

例如,在水中,當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度超過光速時(shí),它們會(huì)擾動(dòng)途經(jīng)原子的能量平衡。為了恢復(fù)平衡,這些原子釋放出光子——構(gòu)成可見光的粒子類型,產(chǎn)生可見光 “沖擊波”。這與超音速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的音爆效果相同,不過是呈光譜形式。

人眼感知的不同顏色實(shí)際上是由光子組成的不同類型的波。

由于切倫科夫輻射過程中的高能量作用,光子以高頻率、短波長(zhǎng)的波的形式傳播,這是藍(lán)色和紫色的特征。頻率越高,波長(zhǎng)越短,人眼看到的光就越偏藍(lán)色或偏紫色。紫外光對(duì)人眼來說是不可見的,但可用測(cè)量切倫科夫輻射的特定工具來檢測(cè)。

頻率越高,波長(zhǎng)越短,人眼看到的光就越偏藍(lán)色或偏紫色。(信息圖:A.Vargas/原子能機(jī)構(gòu))

水中產(chǎn)生的切倫科夫輻射會(huì)發(fā)射出一個(gè)寬闊的、連續(xù)的光譜,并且大部分光主要產(chǎn)生在電磁波譜的藍(lán)色、紫色和紫外區(qū)域。(信息圖:A.Vargas/原子能機(jī)構(gòu))

切倫科夫輻射有哪些應(yīng)用?

浸沒在水中的放射性材料中通常發(fā)生切倫科夫輻射。核材料(放射性材料作為其中一個(gè)副產(chǎn)品)可用于和平目的(如能源生產(chǎn)),但也可用于核武器。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(原子能機(jī)構(gòu))的任務(wù)包括核查核材料和核設(shè)施是否一直用于和平用途。各國(guó)根據(jù)其保障協(xié)定向原子能機(jī)構(gòu)申報(bào)其核材料的場(chǎng)所、數(shù)量、化學(xué)成分、物理形式和用途,而原子能機(jī)構(gòu)則核實(shí)國(guó)家報(bào)告的信息是否完整和準(zhǔn)確。???? ?

通過使用專門設(shè)備,即下一代切倫科夫觀察裝置(XCVDs)或數(shù)字式切倫科夫觀察裝置(DCVDs),來測(cè)量發(fā)射的光,核保障視察員可分析核設(shè)施和其他場(chǎng)所的核材料,并將這些數(shù)據(jù)與國(guó)家報(bào)告的信息進(jìn)行比較。例如,視察員們可以測(cè)量貯存核反應(yīng)堆乏燃料的水池中存在的切倫科夫輻射,并確定報(bào)告的乏核燃料數(shù)量是否準(zhǔn)確。通過這種方式,他們可以檢測(cè)是否有任何來自乏核燃料的核材料被轉(zhuǎn)用于非和平用途。

乏燃料水池。(圖片來源:D. Calma/原子能機(jī)構(gòu))

點(diǎn)擊鏈接了解更多關(guān)于核保障技術(shù)和設(shè)備的使用。

原子能機(jī)構(gòu)的作用是什么?

  • 原子能機(jī)構(gòu)通過一套技術(shù)措施或保障,核實(shí)各國(guó)是否履行其僅為和平目使用核材料和技術(shù)的國(guó)際法律義務(wù)。原子能機(jī)構(gòu)獨(dú)立的核查工作使其能夠在防止核武器擴(kuò)散方面發(fā)揮不可或缺的作用。
  • 原子能機(jī)構(gòu)的保障是國(guó)際安全體系的重要組成部分。《不擴(kuò)散核武器條約》(NPT)是防止核武器擴(kuò)散的全球努力的基石。根據(jù)該條約第三條的規(guī)定,每個(gè)無(wú)核武器締約國(guó)都必須與原子能機(jī)構(gòu)締結(jié)全面保障協(xié)定。
  • 核技術(shù)領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)展。受原子能機(jī)構(gòu)保障的核材料數(shù)量和核設(shè)施數(shù)量也正穩(wěn)步增加。點(diǎn)擊鏈接閱覽原子能機(jī)構(gòu)主要保障事實(shí)

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