Mengapa Air dalam Reaktor Nuklir Berwarna Biru?

Gambar Air di dalam reaktor nuklir yang berwarna biru (Sumber gambar www.thoughtco.com/blue-reactor-water-cherenkov-radiation-4037677)

Dalam film fiksi ilmiah, reaktor nuklir dan bahan nuklir selalu bersinar didasarkan pada fakta ilmiah. Misalnya, air yang mengelilingi reaktor nuklir benar-benar bersinar terang berwarna biru. Bagaimana cara kerjanya? Hal itu terjadi karena fenomena yang disebut Radiasi Cherenkov.

Apa itu radiasi Cherenkov?

Radiasi Cherenkov didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik yang dipancarkan saat partikel bermuatan bergerak melalui media dielektrik lebih cepat dari pada kecepatan cahaya di media. Efeknya juga disebut radiasi Vavilov-Cherenkov atau radiasi Cerenkov. 

Efek ini dinamai berdasarkan nama fisikawan Soviet Pavel Alekseyevich Cherenkov, yang menerima Hadiah Nobel Fisika 1958, bersama dengan Ilya Frank dan Igor Tamm  yang mengkonfirmasi eksperimental mengenai efek tersebut. Cherenkov pertama kali mengamati efeknya pada tahun 1934, ketika sebotol air yang terpapar radiasi bersinar dengan cahaya biru.

Meskipun tidak diamati sampai abad ke-20 dan tidak dijelaskan sampai Einstein mengajukan teorinya tentang relativitas khusus, radiasi Cherenkov telah diprediksi oleh ahli bahasa Inggris Oliver Heaviside secara teori pada tahun 1888.

BAGAIMANA RADIASI CHERENKOV BEKERJA

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa merupakan suatu konstanta (c), namun kecepatan di mana cahaya bergerak melalui media kurang dari c. Jadi mungkin saja partikel bergerak melalui media lebih cepat dari pada cahaya, namun tetap lebih lambat dari pada kecepatan cahaya.

Biasanya, partikel yang dimaksud adalah elektron. Ketika sebuah elektron energetik melewati media dielektrik, medan elektromagnetik terganggu dan terpolarisasi secara elektrik. Media hanya bisa bereaksi begitu cepat, jadi ada gangguan atau gelombang kejut koheren yang tertinggal di belakang partikel.

Salah satu fitur menarik dari radiasi Cherenkov adalah bahwa ini sebagian besar terjadi dalam spektrum ultraviolet, bukan biru terang, namun membentuk spektrum kontinu (tidak seperti spektrum emisi, yang memiliki puncak spektral).

MENGAPA AIR YANG BERADA DI DALAM REAKTOR NUKLIR BERWARNA BIRU?

Saat radiasi Cherenkov melewati air, partikel bermuatan bergerak lebih cepat daripada cahaya bergerak melalui suatu medium. Jadi, cahaya yang terlihat memiliki frekuensi lebih tinggi (atau panjang gelombang lebih pendek) daripada panjang gelombang biasa. Karena ada lebih banyak cahaya dengan panjang gelombang pendek, cahaya akan tampak berwarna biru. Tapi, kenapa ada cahaya? Hal itu terjadi karena partikel bermuatan bergerak cepat melepaskan elektron dari molekul air. Elektron ini akan menyerap energi dan melepaskannya sebagai foton (cahaya) saat mereka kembali ke dasar. 

Biasanya, beberapa foton ini akan saling meniadakan (gangguan destruktif), jadi kita tidak akan melihat cahaya. Tapi, ketika partikel bergerak lebih cepat daripada cahaya bisa berjalan melalui air, gelombang kejut akan menghasilkan gangguan konstruktif yang kita lihat sebagai cahaya.

PENGGUNAAN RADIASI CHERENKOV

Radiasi Cherenkov bukan hanya sekedar bagus di laboratorium nuklir untuk membuat kilau air menjadi biru. Dalam reaktor tipe kolam, jumlah cahaya biru yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengukur radioaktivitas batang bahan bakar bekas.

Radiasi yang dihasilkan digunakan dalam percobaan fisika partikel untuk membantu mengidentifikasi sifat partikel yang diidentifikasi. Ini digunakan dalam pencitraan medis dan untuk memberi label dan melacak molekul biologis untuk lebih memahami jalur kimia. Radiasi Cherenkov diproduksi saat sinar kosmik dan partikel bermuatan berinteraksi dengan atmosfer bumi, sehingga detektor digunakan untuk mengukur fenomena ini, untuk mendeteksi neutrino, dan untuk mempelajari objek astronomi sinar gamma, seperti sisa-sisa supernova.

FAKTA MENYENANGKAN TENTANG RADIASI CHERENKOV

Radiasi Cherenkov bisa terjadi dalam ruang hampa udara, tidak hanya di media seperti air. Dalam ruang hampa udara, kecepatan fase gelombang menurun, namun kecepatan partikel bermuatan tetap mendekati kecepatan cahaya. Ini memiliki aplikasi praktis, karena digunakan untuk menghasilkan gelombang mikro daya tinggi. Jika partikel bermuatan relativistik memukul kristal vitreous mata manusia, kilatan radiasi Cherenkov dapat terlihat. Hal ini dapat terjadi dari paparan sinar kosmik atau dalam kecelakaan kritis nuklir.

SUMBER RUJUKAN

Anne Marie Helmenstine, Ph.D. Blue Reactor Water Cherenkov Radiation. 20 Mei 2017. Online (www.thoughtco.com/blue-reactor-water-cherenkov-radiation-4037677) diakses pada Minggu, 06 Agustus 2017.