موضوع مقاله: آشکارساز چرنکوف | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # آشکارساز چرنکوف | مقدمه: |250x250px آشکارساز چرنکوف (تلفظ: /tʃɛrɛnˈkɔv/؛ روسی: Черенко́в) یک آشکارساز ذرات است که از آستانه سرعت برای تولید نور، خروجی نور وابسته به سرعت یا جهت نور وابسته به سرعت تابش چرنکوف استفاده می‌کند. | ## بخش 1: آشکارساز چرنکوف | تاریخچه پدیده تابش چرنکوف در سال ۱۹۳۴ توسط فیزیکدان شوروی، پاول چرنکوف، هنگام مطالعه جذب پرتوهای گاما در مایعات کشف شد. در سال ۱۹۳۷، ایلیا فرانک و ایگور تام توضیح نظری این پدیده را ارائه دادند و نشان دادند که این تابش نتیجه حرکت ذرات باردار با سرعت بیش از سرعت نور در محیط است. به پاس این کشف و توضیح نظری، پاول چرنکوف، ایلیا فرانک و ایگور تام در سال ۱۹۵۸ مشترکاً جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند. آشکارسازهای چرنکوف از دهه ۱۹۵۰ در فیزیک ذرات به کار گرفته شدند و امروزه جزء تجهیزات استاندارد شتاب‌دهنده‌ها و رصدخانه‌های نوترینو هستند. بنیاد علمی تابش چرنکوف زمانی ایجاد می‌شود که یک ذره باردار با سرعتی بیش از سرعت نور در یک محیط شفاف حرکت کند. فوتون‌های تابش‌شده در جهت حرکت ذره روی یک مخروط با زاویه θc قرار می‌گیرند، که رابطه آن به صورت cos(θc​)=nvc​ بیان می‌شود، که در آن c سرعت نور در خلاء، n ضریب شکست محیط و v سرعت ذره است. این رابطه نشان می‌دهد که تعداد فوتون‌ها با توانایی ذره در تولید تابش و زاویه مخروط مرتبط است. تابش چرنکوف نه تنها برای تعیین سرعت ذرات، بلکه برای مطالعه انرژی، شناسایی ذرات باردار و بررسی رفتار آنها در محیط‌های مختلف کاربرد دارد. | ## بخش 2: آشکارساز چرنکوف | این اثر در فیزیک هسته‌ای، فیزیک ذرات، پزشکی هسته‌ای و پایش تابش صنعتی اهمیت ویژه‌ای دارد. تابش چرنکوف زمانی ایجاد می‌شود که یک ذره باردار (مانند الکترون یا میون) با سرعتی بیش از سرعت نور در آن محیط شفاف (v > c/n) حرکت کند. فوتون‌های تابش‌شده در جهت حرکت ذره روی یک مخروط با زاویه θc قرار می‌گیرند، که رابطه آن به صورت زیر است: که در آن c سرعت نور در خلاء، n ضریب شکست محیط، v سرعت ذره و β = v/c است. تعداد فوتون‌های تولید شده در واحد طول مسیر و واحد فرکانس توسط فرمول فرانک-تام تعیین می‌شود: که در آن z بار الکتریکی ذره (به واحد بار الکترون)، α ثابت ساختار ریز (≈ 1/137) و ω فرکانس زاویه‌ای است. این رابطه نشان می‌دهد که تعداد فوتون‌ها متناسب با مجذور بار ذره و با sin²θc تغییر می‌کند. آستانه انرژی برای تولید تابش چرنکوف در یک محیط معین به صورت زیر محاسبه می‌شود: که m جرم ساکن ذره است. به عنوان مثال، در آب (n ≈ 1.33)، الکترون‌ها باید انرژی بیش از حدود ۰٫۲۶ مگاالکترون‌ولت داشته باشند تا تابش تولید کنند، در حالی که میون‌ها به دلیل جرم بیشتر، آستانه بالاتری دارند. تابش چرنکوف عمدتاً در محدوده مرئی و فرابنفش (۲۰۰ تا ۶۰۰ نانومتر) تولید می‌شود و شدت آن با ۱/λ² افزایش می‌یابد (λ طول موج). | ## بخش 3: آشکارساز چرنکوف | به همین دلیل، نور مشاهده‌شده معمولاً آبی‌رنگ است و این رنگ آبی مشخص، ویژگی بارز حوضچه‌های سوخت مصرف‌شده راکتورهای هسته‌ای است. انواع آشکارساز آشکارسازهای چرنکوف بر اساس سه اصل اصلی عمل می‌کنند: آستانه سرعت ذره، میزان نور تولید شده و جهت تابش نور. این ویژگی امکان تمایز بین ذرات سبک و سنگین با همان انرژی یا تکانه را فراهم می‌آورد. این ابزارها در فیزیک ذرات با پرتوهای پرانرژی و آشکارسازی دقیق انواع ذرات کاربرد دارند. کاربردها آشکارسازهای چرنکوف به دلیل توانایی منحصربه‌فرد در تعیین سرعت و شناسایی ذرات باردار، در زمینه‌های متنوعی کاربرد دارند: فیزیک ذرات بنیادی: مهم‌ترین کاربرد در شتاب‌دهنده‌های بزرگ مانند LHC در CERN است. آزمایش LHCb از آشکارسازهای RICH برای جداسازی ذرات سبک (پیون، کاون و پروتون) در برخوردهای پرانرژی استفاده می‌کند و امکان مطالعه دقیق خواص ماده و پادماده را فراهم می‌آورد. حلقه‌های چرنکوف تولیدشده در آب یا یخ امکان تمایز بین میون‌ها و الکترون‌ها و مطالعه نوسان نوترینوها را می‌دهد. این روش از نور چرنکوف تولیدشده توسط رادیوایزوتوپ‌های بالینی مانند ¹⁸F (در FDG-PET)، ¹³¹I (درمان تیروئید)، ⁹⁰Y یا ۱۷۷Lu (رادیوتراپی داخلی) برای تصویربرداری نوری استفاده می‌کند. | ## جمع‌بندی | پایش صنعتی و ایمنی هسته‌ای: نظارت بر سوخت مصرف‌شده در حوضچه‌های راکتورهای هسته‌ای (نور آبی مشخص نشان‌دهنده حضور مواد رادیواکتیو است)، اندازه‌گیری دوز در همجوشی هسته‌ای و کنترل کیفیت در صنایع مرتبط با پرتو.