Jaderka výjimečně rozsvítila reaktor modrou září

Lehký modrý svit, Čerenkovovo záření, vzniká při pohybu nabité částice prostorem vyšší rychlostí, než je rychlost světla v daném prostředí. A právě tento jev na svém školním reaktoru VR-1 Vrabec ukázala začátkem listopadu studentům Katedra jaderných reaktorů (KJR) Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI).

Rychlost světla závisí na indexu lomu. Jaderné palivo produkuje rozpadem radioizotopů nabité částice (převážně elektrony – beta rozpad), které mají vyšší rychlost, než je rychlost světla ve vodě. Běžná rychlost světla ve vakuu je zhruba 300 000 km/s, nicméně ve vodě se zpomalí na 226 000 km/s, přičemž nabité částice se pohybují vyšší rychlostí. Nabitá částice kolem sebe šíří elektromagnetické vlny – díky tomu, že jsou rychlejší než světlo, se ale tyto vlny nedostanou před částici, pouze za ní vytvářejí kužel elektromagnetických vln generujících ono namodralé světélkování. Analogií je rázová vlna při letu stíhačky nadzvukovou rychlostí. Díky tomuto jevu se okolí jaderného paliva rozsvítí do modra. Jelikož je VR-1 reaktor nulového výkonu a palivo je stále fyzikálně čerstvé, je nutné pro viditelnost namodralé záře pouhým okem zvýšit výkon reaktoru na provozní maximum a zároveň zajistit tmu na reaktorové hale (proto večerní hodiny). Čerenkovovo záření v jaderném reaktoru neustále, pouze jeho intenzita je slabá, a není tedy možné ho pozorovat pouhým okem.

Unikátní konstrukce školního reaktoru VR-1 Vrabec, jehož výkon je tak malý, že ani nezvýší teplotu vody v reaktoru, a tudíž nepotřebuje ani žádné chlazení, umožňuje přítomným sledovat dění v reaktoru na vlastní oči. „Aby byl počet nabitých částic co největší a objevilo se tak Čerenkovovo záření viditelné běžným okem, je třeba zvýšit výkon reaktoru, v případě VR-1 Vrabec tak reaktor jel na zhruba 500 Wattů tepelného výkonu, a zároveň zajistit co největší tmu,“ upřesňuje Ondřej Novák z KJR. Ten s tímto jevem seznamoval studenty FJFI, kteří ve večerních hodinách dorazili. Slabý svit namodralého světla vyžadoval co největší zatmění, takže se na chvíli zhasla i světla v reaktorovém sále. Poté už všichni mohli okem spatřit tento jev, pro jeho zachycení na fotografie bylo třeba nastavit až několikavteřinovou expozici.

Namodralou záři při průchodu gama záření kapalinou poprvé pozoroval sovětský fyzik Pavel Alexejevič Čerenkov v roce roku 1934. O tři roky později pak fyzikové Ilja Michajlovič Frank a Igor Jevgeněvič Tamm na základě klasické elektrodynamiky vypracovali přesnou teorii uvedeného jevu. Všichni tři uvedení vědci za tento objev a jeho vysvětlení získali v roce 1958 Nobelovu cenu za fyziku.

Čerenkovovo záření se využívá například k detekci rychlých nabitých částic v Čerenkovových počítačích u urychlovačů, při detekci neutrin a kosmického záření.

Fotografie z akce si můžete prohlédnout ve fotogalerii.

V úterý 23. listopadu 2021 odvysílala reportáž z akce Česká televize ve Studiu 6.