Tscherenkow Strahlung

Liebe Webstories Community,

vielleicht habt ihr ja schon einmal vom geheimnisvollen „Blauen Licht“ gehört, dass man sehen kann, wenn radioaktive Prozesse im Wasser (z.B. Kühlwasser im Reaktorkern eines AKW) ablaufen.
Vorab anzumerken ist, dass dieses blaue Licht kein direktes Licht ist, welches durch die Kernspaltung (Kernfission im Gegensatz zur Kernfusion) direkt im Kernkraftwerk entsteht. Es entsteht indirekt durch interaktive Teilchenbewegung z.B. im Kühlwasser-Medium eines Reaktors mindestens, solange die Kettenreaktion abläuft. Danach wird das Licht mit der Zeit immer schwächer. Es ist wie eine Taschenlampe, die man nicht ausgeschaltet hat und deren Schein deswegen immer mehr erlischt, weil die Batterie sich entleert.
Nebenbei angemerkt. Auch die Kernfusion soll diese Strahlung erzeugen.

Bezeichnet wird diese Lichterscheinung, als die geheimnisvolle Tscherenkow-Strahlung, welche ein faszinierendes physikalisches Phänomen darstellt und immer dort auftritt, wenn ein geladenes atomares Teilchen sich überlichtschnell (schneller als die Medium gebundene Lichtgeschwindigkeit) in einem bestimmten Medium bewegt.
Die Grenze von Einstein, dass die Lichtgeschwindigkeit die höchste Geschwindigkeit im kosmischen Vakuum ist, wird dadurch nicht konterkariert! Diese gilt nur für das Vakuum und nicht für andere Medien, durch den sich Lichtteilchen bewegen.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt zwar im Vakuum 299.792,458 Kilometer in der Sekunde, ist aber in anderen Medien (z.B. Luft, Wasser, Glas …. etc.) niedriger.
Im Wasser beträgt diese nur ca. 225.000 Kilometer in der Sekunde, da es hier zwischen Licht und Wassermolekülen zu Geschwindigkeit bremsenden Wechselwirkungen kommt.
„Überlichtschnell“ bedeutet in diesem Kontext also nur, dass die Geschwindigkeit des Teilchens im Wasser größer als ca. 225.000 Kilometer in der Sekunde ist, aber keinesfalls die 299.792,458 km/s überschreitet.
Entdeckung:

Diese Tscherenkow-Strahlung wurde 1934 von Pawel A. Tscherenkow (1904 nC bis 1990 nC) entdeckt (Physiker Russland). 1910 nC soll Marie Curie (1867 nC bis 1934 nC) diese aber auch schon festgestellt haben. Tscherenkow fand heraus, dass z.B. ein mit Überlichtgeschwindigkeit durch ein Medium (hier Wasser) rasendes Elektron (geladenes Teilchen) eine charakteristische elektromagnetische Strahlung erzeugt, welche als bläuliches Licht für uns Menschen sichtbar ist.
1958 nC bekam er dafür den Physik Nobelpreis.


Anwendung:

Dieses bläuliche Licht (Tscherenkow-Blitze) können nicht nur Atomphysiker sehen, sondern auch Zeitgenossen (z.B. Astronauten), welche unserer Hochatmosphäre aus dem Weltall beobachten. Mittels dieser Lichterscheinung kann man Forschungen an der kosmischen Strahlung vornehmen, die unsere Erde permanent trifft.

Welche wissenschaftliche Disziplin/Institution beschäftigt sich mit dieser Strahlung?
Nachstehend vier Beispiele:

(1) Teilchenphysik:

In der Teilchenphysik werden mittels dieser Strahlung Messungen zur Teilchenenergie und Teilchengeschwindigkeit möglich.

(2) Medizin:

Im Bereich der Medizin (z.B. Krebsforschung) nutzt man diese, um Strahlentherapien zu überwachen. Es gibt Berichte von Patienten, welche bei der Bestrahlung „blaue Blitze“ (Photopsien) gesehen haben wollen. Ab dem Jahr 2019 nC wurden diese Patientenberichte tatsächlich als Auswirkungen der Tscherenkow-Strahlung anerkannt (Faktencheck!?). Das dazu notwendige Medium war hier das durchsichtige Gel (98 % Wasser und 2 % Hyaluronsäure) zwischen der Netzhaut und der Linse im menschlichen Auge.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unerklärliche Blitze, welche im Gesichtsfeld erscheinen auf eine Netzhautablösung hindeuten können. Sofort (also nicht irgendwann) Termin beim Augenarzt machen!

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Exkurs:
Wenn man als normaler Mensch diese Strahlung als blauen Blitz tatsächlich sehen kann, dann wäre es doch vielleicht denkbar, dass ein Mensch unter gewissen Umständen weitaus mehr Dinge optisch detektieren kann, als wir bisher geglaubt haben.
Kein Witz jetzt!
Ein älterer Mann (Rentner), dessen Namen ich hier besser nicht wiedergeben möchte, hat mir einmal erzählt, dass er auch immer Blitze im Auge wahrnehmen würde. Da er Präastronautiker und fanatischer Ufologist war, vermutete er, dass die Außerirdischen mittels dieser Lichtimpulse Kontakt mit ihm aufnehmen wollten. Im gewissen Sinne schien er sich selbst als Auserwählter wahr zu nehmen. Ich gebe zu, dass mir damals die Spucke wegblieb, obwohl ich an sich nicht auf den Mund gefallen bin.
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(3) Astrophysik/Astronomie:

Astrophysiker detektieren mit dieser Tscherenkow-Strahlung hochenergetische Weltraum-Teilchen (Gamma Strahlen Blitze; Gamma Ray burst).
Nebenbei angemerkt.
Fährt man in La Palma auf den Roque de los Muchachos (kanarisches Mekka der Astronomie und Astrophysik) kommt man automatisch an einigen der dortigen Tscherenkow-Teleskope vorbei, welche unseren Himmel nach Gammastrahlung abscannen. Öffnet man Google Earth, kann man (GPS 28.761407° , -17.890959°) direkt aus der Vogelperspektive auf solche Teleskope blicken, -

(CTA LST1 Telescope; MAGIC-Teleskope, Observatorio del Roque de los Muchachos 38700 Garafía, Santa Cruz de Tenerife; Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov Telescope)

- welche dort in ca. 2,18 km Höhe in der Nähe des Vulkankraterrands aufgebaut wurden. Diese sehen nicht wie normale Teleskope aus, sondern haben eher die Form eines riesigen Rasier-Hohlspiegels, dessen Spiegeloberfläche in zahlreiche Einzel-Facetten aufgeteilt ist.

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Exkurs:
Schon einige Male habe ich die Observatorien auf LaPalma in Urlauben vor Ort besucht. Ich hätte hier gerne auf WEBSTORIES eines meiner privaten diesbezüglichen Fotos einmal veröffentlicht, wenn ich mir über die Schranken des spanischen Urheberrechts im Klaren wäre. Zitat einer Internetseite: „…Fotografien des Teleskops oder der Landschaft auf La Palma sind ebenfalls urheberrechtlich geschützt. …“
Es gibt in unserer Welt tatsächlich Staaten, welche den Begriff Panoramafreiheit gar nicht kennen bzw. diesen sehr eng auslegen. Neulich habe ich gelesen, dass man als Besucher eigene Bilder von den STONEHENGE Steinen vor Ort nicht im Internet veröffentlichen dürfte, da dieses der vorherigen Zustimmung irgendwelcher englischer Institutionen bedürfe. Es soll schon diesbezügliche Abmahnungen gegeben haben (Faktencheck!?).
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(4) Icecube Neutrino Observatory Antarktis

Hier handelt es sich um ein Hochenergie-Neutrino-Observatorium an der Amundsen-Scott-Südpolstation in der Antarktis (GPS angeblich ungefähr: -89.989989° , -63.640677° (Faktencheck!). Das Medium ist hier das Eis, mit dem die Neutrinos (nicht zu verwechseln mit Neutronen) reagieren. Dazu hat man dort bis in 2,45 Km Eis Tiefe 5.160 DOMs (Digital Optical Module) verbohrt. Auch diese Neutrinos kann man nicht direkt beobachten, sondern nur indirekt, wenn diese bei Wechselwirkungen mit dem Eis Sekundärteilchen (mit elektrischer Ladung) produzieren. Diese Sekundärteilchen senden Tscherenkow-Licht aus. Je nach Lichtmuster und Ankunftszeit können die Wissenschaftler dann die energetische Kapazität und die Richtung der Neutrinos bestimmen. Die Neutrinos wurden 2013 nC zum ersten Mal nachgewiesen.

Die Wissenschaftler sehen die kosmische Strahlung also nicht direkt, sondern erforschen diese mittels der Gammastrahlen-Tscherenkow-Teleskope indirekt.

Wie entsteht nun dieses geheimnisvolle blaue Licht?
Beispiel:

Ein Elektron (elektrisch geladenes Teilchen) fliegt durch eine H2O Suppe (z.B. Wasserbehälter) und polarisiert (verschiebt) dadurch gleichzeitig die Ladungszustände des Wassers im Wasserbehälter. Die im Wasser vorhandenen Ladungen werden durch diesen Hindurchflug des Elektrons zunächst verdrängt und dann wieder beschleunigt, wenn sich diese in den vorherigen Normalzustand wieder zurück sortieren. Die Abstoßung/Beschleunigung kommt dadurch, dass das Elektron Minus geladenen ist und sich dadurch gleichartig (minus) geladene andere Wasser-Teilchen von diesem beim Vorbeiflug automatisch wegbewegen (vgl. abstoßende Magneten). Diese Beschleunigung induziert die Entstehung einer Strahlung, die sich von den polarisierten Wasserteilchen mit Wasser-Lichtgeschwindigkeit in Kugelwellenform in alle Richtungen ausbreitet. Benachbarte Kugelwellen löschen sich durch eine destruktive Interferenz gegenseitig aus. Die Kugelwellen fliegen mit Wasser-Lichtgeschwindigkeit auch hinter dem Elektron in dessen Flugrichtung hinterher, können dieses aber nicht einholen, weil diese im Medium Wasser langsamer sind als das flüchtende Elektron, welches mit Vakuum-Lichtgeschwindigkeit (Faktencheck!?) unterwegs ist. Dadurch bildet sich eine bläulich sichtbare Licht-Wellenfront (Tscherenkow-Strahlung) hinter dem von Kugelwellen verfolgten Elektron. In der Wellenfront entsteht hinter dem Fluchtteilchen eine negative und vor dem Teilchen in Fluchtrichtung eine positive Ladung.
Vergleichen kann man das in etwa mit einem Überschallknall, wo erst einem der Jet über den Kopf hinweg fliegt und dann erst, nachdem dieser schon wieder weg ist, der Überschallknall zu hören ist.