http://ja.wikipedia.org/wiki/チェレンコフ放射 より
「チェレンコフ放射(Čerenkov radiation、Cherenkov radiation)とは、荷電粒子が物質中を運動する時、荷電粒子の速度がその物質中の光速度よりも速い場合に光が出る現象。チェレンコフ効果ともいう。このとき出る光をチェレンコフ光、または、チェレンコフ放射光と言う。
この現象は、1934年にパーヴェル・チェレンコフにより発見され、チェレンコフ放射と名付けられた。その後、イリヤ・フランクとイゴール・タムにより、その発生原理が解明された。これらの功績により、この3名は1958年のノーベル物理学賞を受けた。
相対論は真空中の光速がどんな場合にも一定(c)であることを仮定しているが、物質中を伝播する光の速度は、cよりもかなり遅くなることがある。たとえば、水中の伝播速度は0.75cにすぎない。粒子は、核反応や粒子加速器などによって加速され、この速度を超えることが可能である。チェレンコフ放射は、荷電粒子――たいていは電子である――が(絶縁された)誘電体を、光よりも速い速度で通過するときに放射される。
このときの光の速度というのは、群速度ではなく位相速度である。位相速度は、周期的媒質を用いることで劇的に変えることができ、このとき最小粒子速度に達さなくともチェレンコフ放射を観測することができる(これはSmith-Purcell効果として知られている)。フォトニック結晶などの複雑な周期的媒質においては、チェレンコフ放射のさまざまな特異的ふるまいをみることができる。たとえば後方への放射などである(通常は粒子速度の鋭角方向に放射する)。
荷電粒子が物質中を通過すると、物質の局所的電磁場が乱される。物質の原子中の電子は、通過する荷電粒子の場によって動かされ、偏極する。場の乱れが通過したあと、電子が再び平衡状態に戻ろうとするとき、光子が放出される(伝導体においては、光子を放出することなく平衡状態に戻る)。通常の場合には、光子は破壊的に干渉しあい、放射は検出されない。しかし場の乱れがその物質中の光速を超えて伝播するとき、光子は創造的に干渉しあい、観測される放射は増幅される。
チェレンコフ放射は、しばしば飛行機や弾丸が超音速で移動するときに発生するソニックブームに喩えられる。超音速の物体によって発生する音波は、十分な速度がないため、物体自身から離れることができない。そのため音波は蓄積され、衝撃波面が形成される。
同じようにして、荷電粒子も絶縁体を通過するときに、光子の衝撃波を生成することができる。
粒子物理学
小柴昌俊によるカミオカンデやスーパーカミオカンデなどでは、円錐状に広がるチェレンコフ光を捕らえることによりさまざまな研究を行う。そのチェレンコフ光がニュートリノにより散乱された電子により発生したのであれば、チェレンコフ光の観測結果から電子の運動方向や速度が分かり、それらからニュートリノの飛来方向などを計算することができ、ニュートリノが観測できる。
臨界事故
チェレンコフ光の例としては、原子力発電所の燃料が入ったプールの中で見える青白い光がある。東海村JCO臨界事故やチェルノブイリ原発事故で「青白い光を見た」と作業員が言ったので、臨界事故の確認がとれた。 なお、東海村JCO臨界事故で見えた光がチェレンコフ光であったか別現象であったかについては、臨界事故の記事に考察がある。」
臨界事故の青い光については...以前も触れた記憶がありますが...^^;...
原爆投下のときにも多くの犠牲者の目の中には青い稲妻が一瞬光ったのだろうか...
http://ja.wikipedia.org/wiki/臨界事故 より
「青い光
ほとんどの臨界事故ではいわゆる「青い閃光」が観察されている。これは臨界状態に達した核物質の周囲の空気が強いX線またはガンマ線(または水中などの特殊な物質の中ではベータ粒子など)のパルスによって電離されるために生じるものである。この「青い光」についてはしばしばチェレンコフ放射であると誤って認識されることがあるが、実際には別の物理現象である。
チェレンコフ放射は荷電粒子が誘電体の内部をその物質内での光速よりも速く進む時に放射される光である。臨界事故(すなわち核分裂反応)の過程で生成される荷電粒子はアルファ粒子、ベータ粒子、陽電子と高エネルギーのイオンに限られる。前三者は全て核分裂反応で生成された不安定な「娘核種」の放射性崩壊によって生じるものであり、後者の高エネルギーイオンは娘核種そのものである。これらの粒子のうち、空気中を数cm以上にわたって進むことができるのはベータ粒子だけである。空気は非常に密度が小さい物質であるため、その屈折率(およそ n=1.0002926)は真空の屈折率 (n=1) に比べてごくわずかしか大きくない。従って空気中の光速度は真空中の光速度 c に比べて約0.03%小さいだけに過ぎない。ゆえに、核分裂生成物の崩壊によって放出されるベータ粒子がチェレンコフ放射を生じるためには、ベータ粒子は真空中の光速度の 99.97% 以上の速度を持たなければならない。放射性崩壊によって放出されるベータ粒子のエネルギーは約 20MeV を超えることはなく(14B の崩壊で生じるベータ粒子が 20.6MeV で最もエネルギーが高く、次いで 32Na の 17.9MeV が続く)、またベータ粒子が c の 99.97% まで達するのに必要なエネルギーは 20.3 MeV なので、核分裂の臨界によって空気中でチェレンコフ放射が起きる可能性は実質的にはない。青い閃光の大部分をチェレンコフ光が占めるような唯一のケースは、臨界が水中または完全に溶液(再処理プラントの硝酸ウラニルなど)の中で起きた場合で、このような光を見ることができるのは溶液の容器が開いていたか透明だった場合のみである。
実際には、臨界事故で見られる青い光は空気(ほとんどは酸素と窒素)に含まれる電離した原子(または励起された分子)が基底状態に戻る際に放出する青いスペクトルの光によるものである。これは空気中の電気の火花や稲妻が青く見える理由と同じである。チェレンコフ光の色と電離した空気が放射する光の色が全く異なる物理過程によるにもかかわらず非常に似ているのは面白い一致ではあるが、それ以上のものではない。
また一部の人々によって、臨界事故で見られる青い閃光は臨界状態の核物質から放射されたベータ線が観察者の目に入り、眼球の硝子体を通過する際に起きたチェレンコフ放射によって生じたものである、という説が唱えられている。このような効果は起こりうるもので、アポロ計画の宇宙飛行士たちが月へ向かう飛行の途中、目を閉じるとこのような閃光が見えたことを実際に報告しているが、アポロ宇宙船の飛行士たちが見た光は非常に高エネルギーの宇宙線を受けたために起きたもので、ベータ粒子によるものではない。また、アポロの飛行士たちが見た閃光は荷電粒子が網膜を直接刺激した効果とその粒子によって生じたチェレンコフ放射とが合わさったものではないかとも考えられている。臨界事故で見られる青い閃光をこのようなメカニズムで説明するのはいくつかの理由からあまりもっともらしい説明ではない。第一に、この閃光が眼球そのものの中で生じたものならば、光の方向に関する感覚はほとんどなくなり、観察者は同じ強さの青い光をどの方向からも見ることになる。しかし実際には臨界事故の目撃者の報告はこれとは逆で、青い閃光が起きた方向は容易に判別できている(ハリー・ダリアンの事故の際に光を目撃した勤務中の警備員のケースなどがこれに該当する)。加えて、アポロの飛行士が見た閃光はほとんど常に「白い光」と報告されており、1例のみ「白みがかった青で青いダイヤモンドのようだった」と報告されている。これに対して臨界事故の青い光の報告はほぼ一様に「青い光」と報告されている。」
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