Mengapa Air dalam Reaktor Nuklir Bersinar Biru

Dalam film fiksi ilmiah, reaktor nuklir dan bahan nuklir selalu bersinar. Sementara film menggunakan efek khusus, cahaya didasarkan pada fakta ilmiah. Misalnya, air yang mengelilingi reaktor nuklir benar-benar bersinar biru terang! Bagaimana cara kerjanya? Itu karena fenomena yang disebut Radiasi Cherenkov.

Apa itu radiasi Cherenkov? Pada dasarnya, ini seperti ledakan sonik, kecuali dengan cahaya alih-alih suara. Radiasi Cherenkov didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik dipancarkan ketika partikel bermuatan bergerak melalui media dielektrik lebih cepat dari kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Efeknya juga disebut radiasi Vavilov-Cherenkov atau radiasi Cerenkov.

Diberi nama setelah fisikawan Soviet Pavel Alekseyevich Cherenkov, yang menerima Hadiah Nobel Fisika tahun 1958, bersama dengan Ilya Frank dan Igor Tamm, untuk konfirmasi eksperimental efeknya. Cherenkov pertama kali memperhatikan efeknya pada tahun 1934, ketika sebotol air terkena radiasi bersinar dengan cahaya biru. Meski tidak diamati hingga abad ke-20 dan tidak dijelaskan sampai Einstein mengajukan teorinya yang khusus Relativitas, radiasi Cherenkov telah diprediksi oleh polymath Inggris Oliver Heaviside secara teoritis mungkin pada 1888.

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa dalam konstanta (c), namun kecepatan di mana cahaya melewati media adalah kurang dari c, jadi mungkin bagi partikel untuk melakukan perjalanan melalui medium lebih cepat dari cahaya, namun masih lebih lambat dari kecepatan cahaya. Biasanya, partikel yang dimaksud adalah elektron. Ketika elektron yang energetik melewati media dielektrik, medan elektromagnetiknya terganggu dan terpolarisasi secara elektrik. Media hanya dapat bereaksi begitu cepat, sehingga ada gangguan atau gelombang kejut yang koheren di belakang partikel. Salah satu fitur menarik dari radiasi Cherenkov adalah bahwa sebagian besar dalam spektrum ultraviolet, bukan biru cerah, namun membentuk spektrum kontinu (tidak seperti spektrum emisi, yang memiliki spektral puncak).

Ketika radiasi Cherenkov melewati air, partikel-partikel bermuatan bergerak lebih cepat daripada cahaya yang bisa melalui media itu. Jadi, cahaya yang Anda lihat memiliki frekuensi yang lebih tinggi (atau panjang gelombang lebih pendek) dari panjang gelombang yang biasa. Karena ada lebih banyak cahaya dengan panjang gelombang pendek, cahaya tampak biru. Tapi, mengapa ada cahaya sama sekali? Itu karena partikel yang bergerak cepat membangkitkan elektron dari molekul air. Elektron ini menyerap energi dan melepaskannya sebagai foton (cahaya) ketika mereka kembali ke kesetimbangan. Biasanya, beberapa foton ini akan membatalkan satu sama lain (gangguan destruktif), sehingga Anda tidak akan melihat cahaya. Tetapi, ketika partikel bergerak lebih cepat dari cahaya yang dapat melintasi air, gelombang kejut menghasilkan gangguan konstruktif yang Anda lihat sebagai cahaya.

Radiasi Cherenkov baik untuk lebih dari sekedar membuat air Anda bercahaya biru di laboratorium nuklir. Dalam reaktor tipe kolam, jumlah cahaya biru dapat digunakan untuk mengukur radioaktivitas batang bahan bakar bekas. Radiasi digunakan dalam eksperimen fisika partikel untuk membantu mengidentifikasi sifat partikel yang sedang diperiksa. Ini digunakan dalam pencitraan medis dan untuk memberi label dan melacak molekul biologis untuk lebih memahami jalur kimia. Radiasi Cherenkov dihasilkan ketika sinar kosmik dan partikel bermuatan berinteraksi dengan atmosfer bumi, demikian juga detektor digunakan untuk mengukur fenomena ini, untuk mendeteksi neutrino, dan untuk mempelajari objek astronomi yang memancarkan sinar gamma, seperti supernova sisa-sisa.

• Radiasi Cherenkov dapat terjadi dalam ruang hampa, bukan hanya dalam media seperti air. Dalam ruang hampa, kecepatan fasa gelombang menurun, namun kecepatan partikel yang terisi tetap lebih dekat dengan (namun kurang dari) kecepatan cahaya. Ini memiliki aplikasi praktis, karena digunakan untuk menghasilkan gelombang mikro berdaya tinggi.
• Jika partikel bermuatan relativistik menyerang humor vitreous dari mata manusia, kilatan radiasi Cherenkov dapat terlihat. Ini dapat terjadi dari paparan sinar kosmik atau dalam kecelakaan kritikalitas nuklir.