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好意思国橡树岭国度实验室的高通量响应堆。（图片起原：Genevieve Martin， ORNL）

在核响应堆中，带电粒子在水中瓦解时，随机就会瓦解得比水中的光速还快，这时还会产生一种蓝色的光辉。这种蓝光并非无须之物，它在物理学、生物学和医学等范围皆有着紧要的应用。

文 | 陈强

若是你看过核响应堆的像片，那么你可能会精良到堆芯周围有蓝色的光辉。这种兴奋被称为切伦科夫辐射（Cherenkov radiation），履行上是一种光的冲击波。

切伦科夫辐射于 1934 年由苏联物理学家帕维尔・切伦科夫（Pavel Cherenkov）初度发现。自后，苏联物理学家伊利亚・弗兰克（Ilya Frank）和伊戈尔・塔姆（Igor Tamm）生效地解说了切伦科夫辐射的成因，三东谈主因此共同得到 1958 年的诺贝尔物理学奖。

切伦科夫辐射是如何产生的？

狭义相对论以为，物体的瓦解速率不行能当先真空中的光速 c。但光在介质中的传播速率是小于 c 的，比如在水中的传播速率约为 0.75c。是以，物体不错被加快到当先介质中的光速，加快的起原不错是核响应粗略是粒子加快器。当带电粒子在介质中的传播速率当先光速时，它就会发出切伦科夫辐射。

具体来说，当带电粒子在介质中瓦解时，它会与周围介质中的分子发生互相作用，使它们激励到更高的能级。当分子回到基态时，它们会开释出一些光子，变成电磁波。

若是带电粒子瓦解得较慢，这些电磁波在瓦解方朝上略微蚁合，但不会发生插手。关联词若是带电粒子瓦解的速率当先了介质中的光速，这些电磁波就会在粒子前线“堆叠”起来，相互插手，导致在与粒子瓦解场地成一定角度的方朝上出现关系辐射，这等于切伦科夫辐射。

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可与切伦科夫辐射相类比的是超音速飞机产生的音爆兴奋。超音速飞机在翱游时，前线产生的声波就会“堆叠”起来，变成一个冲击波，并发生音爆。因此，切伦科夫辐射不错被动作一种光的冲击波。

带电粒子瓦解得越快、数目越多，切伦科夫辐射就越强。切伦科夫辐射的频谱是呈一语气性的，何况一个频率下的相对强度与该频率呈正比。是以，可见光波段部分的切伦科夫辐射看起来呈蓝色，因为蓝色的波长较短，其强度也更高。履行上，大皆切伦科夫辐射是处在紫外线波段。

切伦科夫辐射有哪些应用？

在核电站中，切伦科夫辐射不仅不错用来检测高能带电粒子的存在，还不错用来纯属使用过的核燃料棒的剩余辐照性。此外，切伦科夫辐射在天体物理学和粒子物理学方面，也有着紧要的应用。

举例，切伦科夫辐射在粒子物理学中常用于粒子的阔别。通过测量一个带电粒子在某种介质中发出的切伦科夫辐射的性质，不错笃信该粒子的速率。若是粒子的动量可用其他要津测量，就不错通过其动量和速率计较出粒子的质地，从而阔别出该粒子。

另一方面，来自天外中的寰球射线或伽玛射线暴与地球大气层互相作用时，可能会产生一双具有极高速率的电子–正电子对。这些带电粒子在大气层中发出的切伦科夫辐射不错用于笃信寰球射线或伽马射线的场地和能量。

此外，一些检测中微子的大型探伤器，也会愚弄切伦科夫辐射来检测中微子是否与探伤器内的物资发生作用。

切伦科夫辐射在生物学和医学方面也有着应用。比如，切伦科夫辐射不错用来监测生物分子的行径。科学家不错把辐照性原子，如磷-32，引入到生物分子中，然后愚弄分子产生的切伦科夫辐射来监测它们。这么，即使被绚烂的生物分子的含量很少，科学家也能分析这些分子在生物体内的作用和变化。

至于医学方面，无论是打针辐照性药物到东谈主体内，也曾愚弄辐照线诊疗癌症，这些皆会在东谈主体内特定的部位产生高速瓦解的电子，从而发出可检测的切伦科夫辐射。比年来，一些科学家驱动愚弄切伦科夫辐射进行医学成像，以便更准确地会诊疾病。

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