ما هي أشعة شيرنيكوف ؟

أشعة شيرنكوف..الأشعة الزرقاء

اشعاع شيرنكوف هو عبارة عن ضوء مزرق أو ومضات تظهر بشكل متقطع أو مستمر شوهدت في المفاعلات النووية حيث يستعمل الماء كوسط للتفاعل. أول من لاحظ هذه الاشعاعات - وحصل على جائزة نوبل تالياً - هو الفيزيائي السوفيتي بافل شيرنيكوف عام 1934، عندما كان يدرس أثر المواد المشعة على المواد السائلة. لاحظ شيرنيكوف ان الماء المحيط بالمواد المشعة يشع ضوءاً أزرق خافتاً دون وجود مصدر للإضاءة.

لماذا تحدث هذه الظاهرة؟

من المعروف أن سرعة الضوء تبلغ اقصاها في الفراغ، وتقل حسب معامل انكسار الوسط الذي يمر الضوء من خلاله.

تحدث اشعة شيرنيكوف عندما تتحرك جسيمات مشحونة - مثل الاليكترونات - في وسط ما أسرع من سرعة الضوء المعتادة في الوسط نفسه.

عندها تنتج موجة صدمة…

تنتج موجة الصدمة في الوسط بطريقة مشابهة لموجة الصدمة التي تحدث بها موجات الانفجار الصوتي في الطائرات الأسرع من الصوت. عندما تطير الطائرات في الهواء، فإن جناحها يدفع الهواء بعيداً عن طريقها. لكن، إذا تحركت الطائرة اسرع من الصوت، فإن الهواء لا يستطيع الابتعاد عن جناح الطائرة بنفس السرعة. هذا يُحدث  انخفاض شديد و مفاجئ  في ضغط الهواء قريبا من الجناح، مسبباً موجة الانفجار الصوتي التي نسمعها عندما تتجاوز الطائرة حاجز سرعة الصوت.

الآن، عندما تتحرك الجسيمات المشحونة كهربائياً فإنها تولد مجالا كهربائيا يتحرك معها في الوسط. ينتشر المجال الكهربائي هذا عن طريق فوتونات (ضوء) تتحرك بسرعة الضوء في ذلك الوسط.

عندما تتحرك موجات الضوء( الفوتونات) بسرعة اقل من سرعة الضوء في ذلك الوسط فإنها تميل إلى ان يُلغي بعضها بعضاً، بالتالي لا تُنتج اي شكل من اشكال الضوء. لكن، إذا تحركت هذه الفوتونات بسرعة أكبر من سرعة الضوء في ذلك الوسط، فإنها "تسبق" المجال الكهربائي.هذه الفوتونات المنبعثة بتأخير بسيط عن الأخريات يتاح لها ألا تتداخل فلا يلغي بعضها بعضاً، لذا موجة الصدمة المتكونة نتيجة الفوتونات تكون عبارة عن إما ومضات من الضوء الأزرق المنبعث من جسيمات أحادية، او ضوء مستمر منبعث من سيل من الجسيمات.

معظم اشعاع شيرنكوف يكون في طيف الضوء فوق البنفسجي غير المرئي، لكن جزء من الضوء يحمل طاقة تجعله يظهر ضمن طيف الضوء الأزرق المرئي.

لماذا يظهر الضوء أزرق في الماء؟

احد تفسيرات اللون الأزرق هو أن الذرات المكونة للماء تمتص الطاقة وتستثار ثم تشع الطاقة على شكل ضوء أزرق.

بينما التفسير المحتمل الآخر هو أن عدد الفوتونات التي تشعها الجسيمات المشحونة يتناسب عكسياً مع الطول الموجي. مما يعني ان الطول الموجي للفوتونات يكون قصيرا، وعالي التردد، أي ضمن الطيف الأزرق.

استخدامات أشعة شيرنيكوف:

SuperNova

تمكّن اشعة شيرنيكوف الباحثين البيولوجيين من ايجاد الجزئيات الحيوية والانزيمات حتى ضمن تركيزات منخفضة .

كما يمكن الكشف عن الجسيمات المشحونة ذات الطاقة العالية الموجودة في المفاعلات النووية، وكمية الأشعاع المتبقية في قضبان المفاعلات.

كما يستخدم الفلكييون اشعاع شيرنيكوف لدراسة الأجسام ذات الطاقة العالية والتي تشع اشعة جاما مثل السوبر نوفا والمتوهجات (Blazars ).