Curiosidad Científica: Ese color azul en los reactores nucleares.
Núcleo del Centro Atómico de Bariloche.
Radiación de Cherenkov
Es poco probable que la mayoría de nosotros hayamos visto de cerca un reactor nuclear en funcionamiento. Si así fuese, tendríamos la oportunidad de corroborar lo que a veces solemos ver en las películas ciencia ficción: una fluorescencia azul en este tipo de escenario.
Explosión al romper la barrera del sonido
Pues resulta que este particular brillo se debe a algo llamado la Radiación de Cherenkov, fenómeno descubierto por Pavel Cherenkov. Para entender esta radiación pensemos análogamente en un objeto viajando más rápido que la velocidad del sonido. Cuando esta velocidad es superada se produce una explosión sónica. Lo que sucede en el reactor análogamente, es que una partícula cargada viaja más rápido que la luz provocando que se genere esta radiación.
Núcleo del Advanced Test Reactor en el : Idaho National Laboratory
Como todos sabemos la luz viaja 299792,5 kms/s (c) en el vacío. Pero esto no siempre es así, cuando la luz atraviesa un medio, por ejemplo el agua, la luz viaja a 0.75c, los fotones son desacelerados. Sucede que en un reactor nuclear las partículas cargadas son forzadas a viajar muy rápidamente – generalmente electrones- , y estas llegan a superar la velocidad de la luz en el medio dieléctrico.
Piscina de agua del reactor que se utiliza para frenar los neutrones del combustible radioactivo almacenado en la tristemente famosa central de Fukushima.
Cuando la partícula cargada viaja a través del medio altera el campo electromagnético en este medio. Los electrones de los átomos del medio son desplazados y polarizados por el paso de la partícula cargada por el campo electromagnético. Dado que las partículas viajan más rápido que la velocidad de la luz en el medio, por ejemplo en el agua de la piscina de un reactor nuclear, las moléculas del agua son excitadas por esta partícula cargada, y luego vuelven a su estado normal emitiendo fotones de luz azul. Esto puede producir una reacción en cadena donde los fotones pueden interferir entre sí constructivamente para generar la fluorescencia azul que habitualmente vemos en películas de ciencia ficción. Este es el efecto de la Radiación de Cherenkov. Lo que sucede en estas piscinas de los reactores nucleares es que el agua es depositada para frenar a los neutrones, y debido a que los neutrones no tienen carga, no generan radiación de Cherenkov. La fluorescencia azul es consecuencia del decaimiento beta (electrones de alta energía) del combustible nuclear.
Diagrama sobre el efecto Cherenkov para calcular la desviación de la luz.
Gracias a la investigación de esta radiación, se diseñó el detector Cherenkov , que sirve para uso astronómico. Sobretodo para el estudio del Sol, de rayos cósmicos y rayos gama, por ejemplo detectando su fuente e intensidad. Utilizando la propiedad de esta radiación, que la partícula al atravesar el medio, se emite la luz en cono a un determinado ángulo respecto a la trayectoria de la partícula, es posible medir su velocidad. Las propiedades de esta radiación son de mucha utilidad en los detectores de partículas en dónde la radiación se comporta como trazador. Un ejemplo de esto son los detectores de neutrinos en agua pesada en el Kamiokande.
Esquema de la detección de la radiación de Cherenkov.
Por ejemplo los detectores de rayos gamas típicos deben instalarse en globos atmosféricos o satélites para evitar que la atmósfera terrestre atenúe los fotones de rayos gama. El detector Cherenkov utiliza esta propiedad para usar la atmósfera terrestre como parte del detector. Básicamente cuando el fotón original interactua con la atmósfera superior produciendo un electrón y un positrón. Estas partículas entonces interactuan por medio de la dispersión de Compton y radiación de frenado liberando energía en forma de fotones. Esto produce mas electrones y a partir de aquí se produce una cascada de electrones y fotones viajando a través de la atmósfera hasta que las partículas pierden energía.
Otra de las aplicaciones será en el Cherenkov Telescope Array, (CTA instrument) el cual servirá para detectar radiaciones no termales del Universo. Y como información adicional, la velocidad de la luz más lenta que ha sido registrada fue de 17 m/s, pasando a través de rubidio enfriado casi al 0 absoluto, en el cual se forma un estado de la materia llamado Condensado de Bose-Einsten. Experimentalmente, la luz también ha sido completamente detenida en un laboratorio de la Universidad de Stanford.
Ilustración del complejo de telescópios Cherenkov CAT
Es necesario aclarar que si bien la analogía con romper la barrera del sonido es válida, donde las ondas de sonido se propagan de manera no lineal, las ondas de luz sí lo hacen de manera lineal. Y sobretodo aclarar que Einstein sigue teniendo razón, ya que si bien las partículas viajan mas rápido que la luz en determinado medio, estas nunca superan a c.
Núcleo del Centro Atómico de Bariloche.
Radiación de Cherenkov
Es poco probable que la mayoría de nosotros hayamos visto de cerca un reactor nuclear en funcionamiento. Si así fuese, tendríamos la oportunidad de corroborar lo que a veces solemos ver en las películas ciencia ficción: una fluorescencia azul en este tipo de escenario.
Explosión al romper la barrera del sonido
Pues resulta que este particular brillo se debe a algo llamado la Radiación de Cherenkov, fenómeno descubierto por Pavel Cherenkov. Para entender esta radiación pensemos análogamente en un objeto viajando más rápido que la velocidad del sonido. Cuando esta velocidad es superada se produce una explosión sónica. Lo que sucede en el reactor análogamente, es que una partícula cargada viaja más rápido que la luz provocando que se genere esta radiación.
Núcleo del Advanced Test Reactor en el : Idaho National Laboratory
Como todos sabemos la luz viaja 299792,5 kms/s (c) en el vacío. Pero esto no siempre es así, cuando la luz atraviesa un medio, por ejemplo el agua, la luz viaja a 0.75c, los fotones son desacelerados. Sucede que en un reactor nuclear las partículas cargadas son forzadas a viajar muy rápidamente – generalmente electrones- , y estas llegan a superar la velocidad de la luz en el medio dieléctrico.
Piscina de agua del reactor que se utiliza para frenar los neutrones del combustible radioactivo almacenado en la tristemente famosa central de Fukushima.
Cuando la partícula cargada viaja a través del medio altera el campo electromagnético en este medio. Los electrones de los átomos del medio son desplazados y polarizados por el paso de la partícula cargada por el campo electromagnético. Dado que las partículas viajan más rápido que la velocidad de la luz en el medio, por ejemplo en el agua de la piscina de un reactor nuclear, las moléculas del agua son excitadas por esta partícula cargada, y luego vuelven a su estado normal emitiendo fotones de luz azul. Esto puede producir una reacción en cadena donde los fotones pueden interferir entre sí constructivamente para generar la fluorescencia azul que habitualmente vemos en películas de ciencia ficción. Este es el efecto de la Radiación de Cherenkov. Lo que sucede en estas piscinas de los reactores nucleares es que el agua es depositada para frenar a los neutrones, y debido a que los neutrones no tienen carga, no generan radiación de Cherenkov. La fluorescencia azul es consecuencia del decaimiento beta (electrones de alta energía) del combustible nuclear.
Diagrama sobre el efecto Cherenkov para calcular la desviación de la luz.
Gracias a la investigación de esta radiación, se diseñó el detector Cherenkov , que sirve para uso astronómico. Sobretodo para el estudio del Sol, de rayos cósmicos y rayos gama, por ejemplo detectando su fuente e intensidad. Utilizando la propiedad de esta radiación, que la partícula al atravesar el medio, se emite la luz en cono a un determinado ángulo respecto a la trayectoria de la partícula, es posible medir su velocidad. Las propiedades de esta radiación son de mucha utilidad en los detectores de partículas en dónde la radiación se comporta como trazador. Un ejemplo de esto son los detectores de neutrinos en agua pesada en el Kamiokande.
Esquema de la detección de la radiación de Cherenkov.
Por ejemplo los detectores de rayos gamas típicos deben instalarse en globos atmosféricos o satélites para evitar que la atmósfera terrestre atenúe los fotones de rayos gama. El detector Cherenkov utiliza esta propiedad para usar la atmósfera terrestre como parte del detector. Básicamente cuando el fotón original interactua con la atmósfera superior produciendo un electrón y un positrón. Estas partículas entonces interactuan por medio de la dispersión de Compton y radiación de frenado liberando energía en forma de fotones. Esto produce mas electrones y a partir de aquí se produce una cascada de electrones y fotones viajando a través de la atmósfera hasta que las partículas pierden energía.
Otra de las aplicaciones será en el Cherenkov Telescope Array, (CTA instrument) el cual servirá para detectar radiaciones no termales del Universo. Y como información adicional, la velocidad de la luz más lenta que ha sido registrada fue de 17 m/s, pasando a través de rubidio enfriado casi al 0 absoluto, en el cual se forma un estado de la materia llamado Condensado de Bose-Einsten. Experimentalmente, la luz también ha sido completamente detenida en un laboratorio de la Universidad de Stanford.
Ilustración del complejo de telescópios Cherenkov CAT
Es necesario aclarar que si bien la analogía con romper la barrera del sonido es válida, donde las ondas de sonido se propagan de manera no lineal, las ondas de luz sí lo hacen de manera lineal. Y sobretodo aclarar que Einstein sigue teniendo razón, ya que si bien las partículas viajan mas rápido que la luz en determinado medio, estas nunca superan a c.