En 1934, Cherenkov descubrió que los electrones que se desplazaban con grandes velocidades constantes a través de medios polarizables provocaban un débil resplandor azulado. ¿Por qué la radiación es de color azul? ¿Cómo puede un cuerpo cargado que se mueve a velocidad constante emitir una radiación electromagnética?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Fernando Briano
Puntos
3704
¿Por qué la radiación es de color azul?
De la artículo wiki
El espectro de frecuencias de la radiación Cherenkov por una partícula viene dado por la Frank-Tamm fórmula. A diferencia de los espectros de fluorescencia o de emisión que tienen picos espectrales característicos, la radiación Cherenkov es continua. Alrededor del espectro visible, la intensidad relativa por unidad de frecuencia es aproximadamente proporcional a la frecuencia. Es decir las frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) son más intensas en la radiación Cherenkov. Por eso se observa que la radiación Cherenkov visible es de color azul brillante. De hecho, la mayor parte de la radiación Cherenkov se encuentra en el espectro ultravioleta: sólo con cargas suficientemente aceleradas se hace visible; la sensibilidad del ojo humano alcanza su punto máximo en el verde, y es muy baja en la porción violeta del espectro.
La cursiva es mía.
¿Cómo puede un cuerpo cargado que se mueve a velocidad constante emitir una radiación electromagnética?".
Se desplaza con velocidad constante hasta que se encuentra e interactúa con el campo de un átomo/molécula.
De la enlace wiki otra vez:
Cuando una partícula cargada se desplaza, perturba el campo electromagnético local de su medio. En concreto, el medio se polariza eléctricamente por el campo eléctrico de la partícula. Si la partícula se desplaza lentamente, la perturbación se relaja elásticamente hasta alcanzar el equilibrio mecánico a su paso. Sin embargo, cuando la partícula viaja lo suficientemente rápido, la velocidad de respuesta limitada del medio hace que quede una perturbación en la estela de la partícula, y la energía contenida en esta perturbación se irradia como una onda de choque coherente.
Usuario no registrado
Puntos
0
Cuando las partículas de alta velocidad viajan más rápido que la velocidad de la luz en un medio, crean un destello azul. Hay que tener en cuenta que sólo las partículas cargadas eléctricamente son capaces de emitir radiación Cerenkov. La analogía que podemos utilizar es que se trata de la velocidad de la luz equivalente al estampido sónico de la velocidad del sonido.
Cuando un avión supersónico acelera, el aire se amontona delante de los bordes de ataque del ala y la cola del avión. El estampido sónico se debe a una repentina caída de presión cuando el avión se mueve más rápido de lo que las moléculas de aire pueden apartarse.
La velocidad del sonido viene determinada por la velocidad a la que pueden moverse las moléculas de aire. Por tanto, si el avión se desplaza a una velocidad superior a la del sonido, el aire no puede apartarse. Esto crea una caída de presión repentina e intensa (y esta caída de presión crea el característico doble estampido sónico). Posteriormente, las ondas de presión se alejan del ala a la velocidad del sonido.
Fuente de la imagen: Laboratorio Nacional Argonne - originalmente publicado en Flickr como Advanced Test Reactor core, Idaho National Laboratory
En cuanto a la radiación de Cerenkov, el campo eléctrico transportado por una partícula cargada se desplaza a la misma velocidad que la partícula. El campo eléctrico está limitado por el hecho de que sólo puede viajar a la velocidad de la luz. Si la partícula se desplaza a una velocidad superior a la de la luz en un medio determinado (como el agua), a veces puede "adelantarse" al campo eléctrico que transporta.
Así que ahora tenemos la versión electromagnética del frente de onda de choque sónico. Esta onda de choque está hecha de luz azul, por dos razones básicas.
La primera es que en el agua que se utiliza como moderador en algunas centrales nucleares, tiene un color azul característico debido a la estructura atómica específica del agua. Las ondas de choque provocan una elevación de los niveles de energía de los electrones del agua, que absorben la onda de choque luminosa y luego la reemiten, en el extremo azul del espectro electromagnético, como puede verse en la imagen superior.
La segunda razón es que el número de fotones emitidos por una partícula cargada de este tipo es inversamente proporcional a la longitud de onda. Esto significa que se emiten más fotones con longitudes de onda más cortas, lo que desplaza el espectro hacia el lado azul.
Entonces, ¿por qué la relación entre los reactores nucleares y la característica luz azul?
La velocidad de propagación de la luz en el agua se reduce a 3/4 de su valor en el vacío. Hay un montón de movimiento rápido, (en realidad muy rápido ) partículas en movimiento emitidas por el combustible nuclear y sus productos de desintegración. En el agua que rodea las barras de combustible, la velocidad de la luz desciende a 0,75c. y, por tanto, la velocidad de los neutrones a la que ya no puede producirse la radiación de Cerenkov. Las partículas de materia, generalmente electrones, pueden entonces "dejar atrás" la carga eléctrica que transportan, a través de un medio eléctricamente polarizable, como el agua.
En los reactores nucleares refrigerados por agua, se emiten partículas beta, pero el resplandor azul puede seguir viéndose después de que se detenga la reacción en cadena moderada que produce calor y se desintegren los productos de fisión. La radiación Cerenkov también actúa como marcador de la radiactividad residual de las barras de combustible nuclear que deben enterrarse o reprocesarse.
