Черенковын цацраг гэж юу вэ?

Павел Черенковын мэндэлсний ойг тохиолдуулан, цэнэгтэй бөөмс тодорхой орчинд гэрлийн хурдаас илүү хурдтай хөдөлж байх үед үүсдэг цэнхэр туяа болох Черенковын цацрагийн нээлтийг эргэн сөхье.

Энэхүү шинжлэх ухааны чухал нээлтийнхээ төлөө Павел Черенков 1958 онд Физикийн салбарын Нобелийн шагналыг хамтран хүртсэн бөгөөд өнөөдөр энэхүү үзэгдлийг цөмийн материалд шинжилгээ хийхэд ОУАЭА-ийн цөмийн баталгааны байцаагчид ашиглаж байна. Энэ талаар дэлгэрүүлэн авч үзье.

Черенковын цацраг (Cherenkov radiation) гэдэг нь атомыг бүрдүүлэгч цахилгаан цэнэгтэй бөөмс, тухайлбал электрон болон протон тодорхой орчин дахь гэрлийн тархалтын хурдаас илүү хурдтай хөдөлж байх үед ялгарч, бидэнд цэнхэр туяа хэлбэрээр харагддаг энергийн нэг хэлбэр юм.

Черенковын цацрагийг 1958 оны Физикийн салбарын Нобелийн шагналт Павел Черенковын нэрээр нэрлэсэн. Тэрээр энэхүү туяаг анх туршилтаар харуулж, тайлбарласан судалгааныхаа төлөө Илья Франк, Игорь Тамм нарын хамт Нобелийн шагнал хүртсэн юм.

Ямар нэгэн зүйл яаж гэрлээс хурдан хөдөлж чаддаг вэ?

Вакуум орчинд юу ч гэрлийн хурдаас илүү хурдтай хөдөлж чадахгүй. Харин ус, шил зэрэг бодисын орчинд гэрлийн тархалтын хурд вакуум дахь хурдаасаа багасдаг. Иймээс өндөр энергитэй зарим цэнэгтэй бөөм тухайн орчин дахь гэрлийн тархалтын хурдаас давж хөдөлж чадна.

Тухайлбал, гэрэл усанд тархахдаа вакуум дахь хурдныхаа ойролцоогоор 75 хувьтай тэнцэх хурдтай болдог. Харин зарим өндөр энергитэй бөөм усанд орохдоо хурдаа гэрэлтэй адил хэмжээгээр алддаггүй. Ингэснээр тухайн бөөм усан дахь гэрлийн тархалтын хурдаас илүү хурдтай хөдөлж, Черенковын цацраг үүсгэнэ. Энэ үед бидний нүдэнд цэнхэр, зарим тохиолдолд нил ягаавтар туяа харагддаг.

Яагаад цэнхэр өнгөтэй харагддаг вэ?

Өндөр хурдтай цэнэгтэй бөөм ус зэрэг орчноор дамжин өнгөрөхдөө замдаа таарах атомууд болон молекулуудын цахилгаан орныг түр хугацаанд туйлшуулж, энергийн тэнцвэрт байдлыг нь алдагдуулдаг. Тэдгээр атом, молекул анхны тэнцвэрт төлөвтөө эргэн орох үедээ фотон буюу гэрлийн энерги ялгаруулна. Эдгээр фотон тодорхой нөхцөлд давхцан тархсанаар гэрлийн нэгэн төрлийн “цохилтын долгион” болох Черенковын цацраг үүсдэг.

Энэ үзэгдлийг дууны хурдаас давсан биетийн хөдөлгөөнөөс үүсдэг дууны цохилтын долгион (sonic boom)-той зүйрлэж болно. Ялгаа нь нэг нь дууны долгионтой, нөгөө нь цахилгаан соронзон цацраг буюу гэрэлтэй холбоотой үзэгдэл юм.

Хүний нүдэнд харагдах өнгө бүр өөр өөр долгионы урт, давтамжтай гэрэлд харгалздаг. Черенковын цацрагийн эрчим нь богино долгионы урт буюу өндөр давтамжийн мужид илүү байдаг тул ялгарч буй гэрэл хөх, нил ягаан болон хэт ягаан туяаны мужид давамгайлдаг.

Давтамж өндөрсөж, долгионы урт богиносох тусам үзэгдэх гэрэл хүний нүдэнд хөхөөс нил ягаан өнгө рүү шилжин харагдана. Харин үүнээс богино долгионы урттай хэт ягаан туяа (ultraviolet) нь хүний нүдэнд үл үзэгдэх боловч Черенковын цацрагийг хэмжих зориулалттай тусгай төхөөрөмжөөр бүртгэх боломжтой.

Черенковын цацрагийг ямар зорилгоор ашигладаг вэ?

Черенковын цацраг нь өндөр энергитэй цэнэгтэй бөөмс ус зэрэг тунгалаг орчноор дамжин өнгөрөх үед үүсдэг тул усан орчинд хадгалж буй цацраг идэвхт материал, ялангуяа ашигласан цөмийн түлштэй холбоотойгоор түгээмэл ажиглагддаг.

Цөмийн материалыг эрчим хүч үйлдвэрлэх зэрэг энхийн зорилгоор ашиглаж болох боловч тодорхой төрлийн цөмийн материалыг цөмийн зэвсэг үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжтой. Иймээс цөмийн материалыг энхийн зориулалтаас өөр зорилгоор ашиглаагүй гэдгийг баталгаажуулах нь олон улсын цөмийн үл дэлгэрүүлэх тогтолцооны үндсэн зорилтуудын нэг юм.

ОУАЭА-ийн бүрэн эрхийн хүрээнд хэрэгжүүлдэг гол чиг үүргийн нэг нь цөмийн материал болон холбогдох байгууламжийг энхийн зорилгоор ашиглаж байгаа эсэхийг хараат бусаар шалган баталгаажуулах явдал юм.

Улс орнууд ОУАЭА-тай байгуулсан баталгааны хэлэлцээрийн дагуу өөрийн нутаг дэвсгэр дэх цөмийн материалын байршил, тоо хэмжээ, химийн найрлага, физик хэлбэр болон ашиглалтын зориулалтын талаарх мэдээллийг ОУАЭА-д мэдүүлдэг. ОУАЭА нь тухайн улсаас ирүүлсэн мэдээлэл бүрэн бөгөөд үнэн зөв эсэхийг хараат бусаар шалган баталгаажуулдаг.

Энэ зорилгоор ОУАЭА-ийн цөмийн баталгааны байцаагчид Черенковын цацрагийг бүртгэх зориулалттай тусгай төхөөрөмжүүдийг ашигладаг. Тухайлбал:

• Шинэ үеийн Черенковын ажиглалтын төхөөрөмж (neXt generation Cherenkov Viewing Device — XCVD);
• Тоон Черенковын ажиглалтын төхөөрөмж (Digital Cherenkov Viewing Device — DCVD).

Эдгээр төхөөрөмж нь цөмийн материалаас үүдэн усанд үүсэж буй Черенковын туяаг бүртгэн шинжлэх боломж олгодог. Байцаагчид хэмжилтийн үр дүнг тухайн улсаас ОУАЭА-д мэдүүлсэн мэдээлэлтэй харьцуулан шалгадаг.

Тухайлбал, цөмийн реактороос гарсан ашигласан түлшийг хадгалах усан сан дахь Черенковын цацрагийг хэмжих замаар тухайн усан санд байгаа ашигласан цөмийн түлшний мэдүүлсэн тоо хэмжээ бодит байдалтай нийцэж байгаа эсэхийг шалгаж болно.

Ийнхүү Черенковын цацрагийг хэмжих арга нь ашигласан цөмийн түлш болон түүнд агуулагдах цөмийн материалыг энхийн зориулалтаас өөр зорилгоор шилжүүлсэн эсэхийг илрүүлэх, баталгаажуулахад чухал ач холбогдолтой.

Цөмийн баталгаанд ашигладаг арга техник болон тоног төхөөрөмжийн талаар ОУАЭА-ийн “Serving Nuclear Non-Proliferation” материалаас дэлгэрүүлэн танилцах боломжтой.

ОУАЭА ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

• ОУАЭА нь баталгааны арга хэмжээ (safeguards) хэмээх техникийн цогц арга хэмжээг хэрэгжүүлэх замаар улс орнууд цөмийн материал болон цөмийн технологийг зөвхөн энхийн зорилгоор ашиглахтай холбоотой олон улсын эрх зүйгээр хүлээсэн үүргээ биелүүлж байгаа эсэхийг хараат бусаар шалган баталгаажуулдаг. ОУАЭА-ийн энэхүү хараат бус баталгаажуулалтын үйл ажиллагаа нь цөмийн зэвсгийн тархалтаас урьдчилан сэргийлэхэд нэн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

• ОУАЭА-ийн баталгааны тогтолцоо нь олон улсын цөмийн үл дэлгэрүүлэх дэглэмийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Цөмийн зэвсгийг үл дэлгэрүүлэх тухай гэрээ (Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons — NPT) нь цөмийн зэвсгийн тархалтаас урьдчилан сэргийлэх дэлхий нийтийн хүчин чармайлтын тулгуур баримт бичиг билээ. Тус гэрээний III дугаар зүйлд заасны дагуу цөмийн зэвсэггүй улс бүр ОУАЭА-тай баталгааны иж бүрэн хэлэлцээр (Comprehensive Safeguards Agreement — CSA) байгуулах үүрэг хүлээдэг.

• Цөмийн технологийн салбар тасралтгүй хөгжихийн хэрээр ОУАЭА-ийн баталгааны хяналтад хамрагдах цөмийн материалын хэмжээ болон цөмийн байгууламжийн тоо тогтмол нэмэгдэж байна. ОУАЭА-ийн баталгааны үйл ажиллагааны талаарх үндсэн тоон мэдээлэл, гол баримтуудыг тус Агентлагийн “Safeguards in Practice” мэдээллээс дэлгэрүүлэн үзэх боломжтой.