Ánh sáng xanh bao quanh lò phản ứng hạt nhân là gì?
Bạn có bao giờ thấy những bức ảnh lò phản ứng hạt nhân và thắc mắc: Tại sao nước xung quanh lại phát ra thứ ánh sáng xanh lam kỳ lạ đến vậy?
Câu trả lời không liên quan đến phóng xạ nguy hiểm hay hiệu ứng đặc biệt của Hollywood - mà là một hiện tượng vật lý cực kỳ hấp dẫn.
Ánh sáng xanh đó có tên gọi là bức xạ Cherenkov. Nó xảy ra khi các hạt mang điện (proton và electron) di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong nước/hoặc một chất trong suốt khác.
Nghe có vẻ mâu thuẫn với vật lý học, nhưng thực ra không phải vậy. Không gì có thể vượt qua tốc độ ánh sáng trong chân không nhưng trong nước, ánh sáng di chuyển chậm hơn khoảng 25%, và điều đó cho phép các hạt tích điện "qua mặt" nó.
Điều này làm xáo trộn các phân tử nước và giải phóng các photon - tức các hạt ánh sáng, tạo ra vầng sáng xanh huyền ảo đó.
Các nhà khoa học ví hiện tượng này như một "vụ nổ sonic làm bằng ánh sáng thay vì âm thanh" - giống hệt tiếng nổ siêu âm của máy bay phá vỡ rào cản âm thanh, nhưng ở đây là ánh sáng phá vỡ giới hạn quang học trong nước.
Thế còn màu xanh làm ở đâu mà ra?
Photon là các hạt điện từ, nghĩa là chúng di chuyển theo dạng sóng. Bức xạ Cherenkov phát ra các photon có tần số cao và bước sóng ngắn - và đó chính xác là đặc điểm khiến chúng ta nhìn thấy màu xanh lam hoặc tím.
Bức xạ Cherenkov không chỉ là một hiệu ứng thị giác ấn tượng, nó còn có nhiều ứng dụng thực tế quan trọng:
- Kiểm soát hạt nhân quốc tế: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) yêu cầu các quốc gia khai báo thông tin về cơ sở hạt nhân của mình. Bằng cách đo lượng bức xạ Cherenkov trong bể nước, cơ quan này có thể kiểm tra xem lượng nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng có khớp với báo cáo của từng nước hay không. Đây là một công cụ giám sát minh bạch và chính xác.
- Điều trị và chẩn đoán ung thư: Bức xạ Cherenkov trong y tế là một hiện tượng phụ xảy ra bên trong cơ thể bệnh nhân trong quá trình xạ trị - một phương pháp điều trị ung thư phổ biến. Bác sĩ có thể dùng nó để tạo ảnh y tế, đo lượng phóng xạ trong cơ thể, kiểm soát liều lượng, và thậm chí thu thập thêm dữ liệu về khối u để điều chỉnh phác đồ điều trị.
Ngoài ra, bức xạ Cherenkov còn được dùng trong các thí nghiệm vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn.
Vậy là thứ ánh sáng xanh trông có vẻ kỳ lạ và đáng sợ trong các lò phản ứng hạt nhân thực ra lại là một trong những hiện tượng vật lý đẹp và hữu ích nhất mà con người biết cách tận dụng, từ phòng thí nghiệm hạt nhân cho đến phòng điều trị ung thư.
Trang Ly
