在科幻电影中，核反应堆和核材料总是发光。虽然电影使用特殊效果，但发光是基于科学事实。例如，核反应堆周围的水确实发出明亮的蓝色光芒！它是如何工作的？这是由于一种叫做切伦科夫辐射的现象。

切伦科夫辐射定义

什么是切伦科夫辐射？本质上，它就像一个音爆，除了光而不是声音。切伦科夫辐射是指带电粒子以高于介质中光速的速度通过介质时发出的电磁辐射。这种效应也称为瓦维洛夫-切伦科夫辐射或切伦科夫辐射。

它是以苏联物理学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·切伦科夫（Pavel Alekseyevich Cherenkov）的名字命名的。切伦科夫与伊利亚·弗兰克和伊戈尔·塔姆（Igor Tamm）一起获得1958年诺贝尔物理学奖，以实验证实这种效应。切伦科夫在1934年第一次注意到这种效应，当时一瓶水在辐射下发出蓝光。尽管直到20世纪才被观察到，直到爱因斯坦提出狭义相对论才得到解释，但英国博学家奥利弗·赫维塞德（Oliver Heaviside）在1888年就已经预测出切伦科夫辐射在理论上是可能的。

切伦科夫辐射的工作原理

真空中的光速为常数（c），但光通过介质的速度小于c，因此粒子通过介质的速度可能比光速快，但仍然比光速慢。通常，所讨论的粒子是电子。当高能电子通过电介质时，电磁场被破坏并电极化。不过，介质的反应速度很快，因此粒子尾流中会留下扰动或相干冲击波。切伦科夫辐射的一个有趣特征是，它主要在紫外光谱中，而不是明亮的蓝色，但它形成了一个连续的光谱（与发射光谱不同，发射光谱有光谱峰）。

为什么核反应堆里的水是蓝色的

当切伦科夫辐射穿过水时，带电粒子的传播速度比光通过介质的速度快。因此，你看到的光比通常的波长有更高的频率（或更短的波长）。由于波长较短的光线较多，因此光线呈蓝色。但是，为什么会有光呢？这是因为快速移动的带电粒子激发了水分子的电子。这些电子吸收能量，并在它们恢复平衡时释放为光子（光）。通常，这些光子中的一些会相互抵消（相消干涉），所以你不会看到辉光。但是，当粒子的传播速度超过光在水中的传播速度时，冲击波会产生建设性的干涉，你可以将其视为辉光。

切伦科夫辐射的使用

切伦科夫辐射的好处不仅仅是在核实验室里让水发出蓝光。在池式反应堆中，蓝光的量可以用来测量乏燃料棒的放射性。辐射被用于粒子物理实验，以帮助识别被检测粒子的性质。它被用于医学成像以及标记和追踪生物分子，以更好地理解化学途径。切伦科夫辐射是宇宙射线和带电粒子与地球大气相互作用时产生的，因此探测器被用来测量这些现象，探测中微子，并研究发射伽马射线的天体，如超新星遗迹。

切伦科夫辐射的有趣事实

• 切伦科夫辐射可以在真空中发生，而不仅仅是在水这样的介质中。在真空中，波的相速度降低，但带电粒子的速度仍然接近（但小于）光速。这具有实际应用，因为它用于产生高功率微波。
• 如果相对论性带电粒子撞击人眼的玻璃体液，可以看到切伦科夫辐射的闪光。这可能发生在暴露于宇宙射线或核临界事故中。