Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Космічні промені



План:


Введення

Диференціальний енергетичний спектр космічних променів носить статечної характер (в двічі логарифмічному масштабі - похила пряма) (мінімальні енергії - жовта зона, сонячна модуляція, середні енергії - синя зона, ГКЛ, максимальні енергії - пурпурна зона, позагалактичні КЛ)

Космічні промені - елементарні частинки і ядра атомів, що рухаються з високими енергіями в космічному просторі.


1. Основні відомості

Фізику космічних променів прийнято вважати частиною фізики високих енергій і фізики елементарних частинок.

Фізика космічних променів вивчає:

  • процеси, що призводять до виникнення і прискоренню космічних променів;
  • частинки космічних променів, їх природу і властивості;
  • явища, викликані частинками космічних променів в космічному просторі, атмосфері Землі і планет.

Вивчення потоків високоенергетичних заряджених і нейтральних космічних частинок, що потрапляють на кордон атмосфери Землі, є найважливішими експериментальними завданнями.

Класифікація за походженням космічних променів:

  • поза нашої Галактики
  • в Галактиці
  • на Сонце
  • в міжпланетному просторі

Первинними прийнято називати позагалактичні і галактичні промені. Вторинними прийнято називати потоки частинок, що проходять і трансформуються в атмосфері Землі.

Космічні промені є складовою природної радіації (фонової радіації) на поверхні грунту та в атмосфері.

До розвитку прискорювальної техніки космічні промені служили єдиним джерелом елементарних частинок високої енергії. Так, позитрон і мюон були вперше знайдені в космічних променях.

Хімічний спектр космічних променів в перерахунку енергії на нуклон більш ніж на 94% складається з протонів, ще на 4% - з ядер гелію (альфа-частинок). Є також ядра інших елементів, але їх частка значно менше. У перерахунку енергії на частку частка протонів складає близько 35%, частка важких ядер відповідно більше .

За кількістю частинок космічні промені на 90 відсотків складаються з протонів, на 7 відсотків - з ядер гелію, близько 1 відсотка складають більш важкі елементи, і близько 1 відсотка припадає на електрони. При вивченні джерел космічних променів поза Сонячної системи протонно-ядерна компонента в основному виявляється по створюваному нею потоку гамма-променів орбітальними гамма-телескопами, а електронна компонента - по породжуваному нею синхротронного випромінювання, що припадає на радіодіапазон (зокрема, на метрові хвилі - при випромінюванні в магнітному полі міжзоряного середовища), а при сильних магнітних полях в районі джерела космічних променів - і на більш високочастотні діапазони. Тому електронна компонента може виявлятися і наземними астрономічними інструментами [1] [2].

Традиційно частки, що спостерігаються в КЛ, ділять на наступні групи: L, M, H, VH (відповідно, легкі, середні, важкі і надважкі). Особливістю хімічного складу первинного космічного випромінювання є аномально висока (у кілька тисяч разів) утримання ядер групи L ( літій, берилій, бор) в порівнянні зі складом зірок і міжзоряного газу. Дане явище пояснюється тим, що частки КЛ під впливом галактичного магнітного поля хаотично блукають в просторі близько 7 млн років, перш ніж досягти Землі. За цей час ядра групи VH можуть непружно провзаємодіяти з протонами міжзоряного газу і розколотися на більш легкі фракції. Дане припущення підтверджується тим, що КЛ мають дуже високим ступенем Ізотропія.


2. Історія фізики космічних променів

Вперше вказівку на можливість існування іонізуючого випромінювання позаземного походження було отримано на початку XX століття в дослідах з вивчення провідності газів. Виявлений спонтанний електричний струм в газі не вдавалося пояснити іонізацією, що виникає від природної радіоактивності Землі. Спостережуване випромінювання виявилося настільки проникаючим, що в іонізаційних камерах, екранованих товстими шарами свинцю, все одно спостерігався залишковий струм. У 1911-1912 роках було проведено ряд експериментів з іонізаційними камерами на повітряних кулях. Гесс виявив, що випромінювання зростає з висотою, в той час як іонізація, викликана радіоактивністю Землі, повинна була б падати з висотою. У дослідах Кольхерстера було доведено, що це випромінювання направлено зверху вниз.

У 1921-1925 роках американський фізик Міллікен, вивчаючи поглинання космічного випромінювання в атмосфері Землі в залежності від висоти спостереження, виявив, що в свинці це випромінювання поглинається так само, як і гамма-випромінювання ядер. Міллікен першим і назвав це випромінювання космічними променями. У 1925 році радянські фізики Л. А. Тувім і Л. В. Мисовської провели вимірювання поглинання космічного випромінювання у воді: виявилося, що це випромінювання поглиналося в десять разів слабкіше, ніж гамма-випромінювання ядер. Мисовської і Тувім виявили також, що інтенсивність випромінювання залежить від барометричного тиску - відкрили "барометричний ефект". Досліди Д. В. Скобельцина з камерою Вільсона, вміщеній в постійне магнітне поле, дали можливість "побачити", за рахунок іонізації, сліди (треки) космічних частинок. Д. В. Скобельцина відкрив зливи космічних частинок. Експерименти в космічних променях дозволили зробити ряд принципових для фізики мікросвіту відкриттів.

У 1932 році Андерсон відкрив в космічних променях позитрон. У 1937 році Андерсоном і Неддермейер були відкриті мюони і зазначений тип їх розпаду. У 1947 році відкрили π-мезони. У 1955 році в космічних променях встановили наявність К-мезонів, а також і важких нейтральних частинок - гіперонів. Квантова характеристика " дивина "з'явилася в дослідах з космічними променями. Експерименти в космічних променях поставили питання про збереження парності, виявили процеси множинної генерації часток в нуклони взаємодіях, дозволили визначити величину ефективного перерізу взаємодії нуклонів високої енергії. Поява космічних ракет і супутників призвело до нових відкриттів - виявленню радіаційних поясів Землі (1958 р., ( С. Н. Вернов і А. Е. Чудаков) [3] і, незалежно від них у тому ж році, Ван Аллен), і дозволило створити нові методи дослідження галактичного і міжгалактичного просторів.


3. Потоки високоенергічних заряджених частинок в навколоземному космічному просторі

У навколоземному космічному просторі (ОКП) розрізняють декілька типів космічних променів. До стаціонарних прийнято відносити галактичні космічні промені (ГКЛ), частки альбедо і радіаційний пояс. До нестаціонарним - сонячні космічні промені (СКЛ).

3.1. Галактичні космічні промені (ГКЛ)

Галактичні космічні промені (ГКЛ) складаються з ядер різних хімічних елементів з кінетичної енергією Е більше декількох десятків МеВ / нуклон, а також електронів і позитронів з Е> 10 МеВ. Ці частинки приходять в міжпланетний простір з міжзоряного середовища. Джерелом цих частинок є наднові зірки нашої Галактики. Можливо, однак, що в області Е <100 МеВ / нуклон частинки утворюються за рахунок прискорення в міжпланетної середовищі часток сонячного вітру і міжзоряного газу. Диференціальний енергетичний спектр ГКЛ носить статечної характер.


3.2. Вторинні частки в магнітосфері Землі: радіаційний пояс, частки альбедо

Всередині магнітосфери, як і в будь-якому дипольному поле, є області, недоступні для частинок з кінетичної енергією E, менше критичної. Ті ж частинки з енергією E кр, які все-таки вже там перебувають, не можуть ці області покинути. Ці заборонені області магнітосфери називаються зонами захоплення. У зонах захоплення дипольного (квазідіпольного) поля Землі дійсно утримуються значні потоки захоплених часток (перш за все, протонів і електронів).

У навколоземному просторі можна виділити дві торообразние області, розташовані в екваторіальній площині приблизно на відстані від 300 км (в зоні БМА) до 6000 км (внутрішній РПЗ) і від 12 000 км до 40000 км (зовнішній РПЗ). Основним наповненням внутрішнього поясу є протони з високими енергіями від 1 до 1000 МеВ, а зовнішнього - електрони.

Максимум інтенсивності протонів низьких енергій розташований на відстанях L ~ 3 радіусів Землі від її центру. Малоенергічние електрони заповнюють всю область захоплення. Для них немає поділу на внутрішній і зовнішній пояса. Потік протонів у внутрішньому поясі досить стійкий у часі. Процес взаємодії ядер первинного космічного випромінювання з атмосферою супроводжується виникненням нейтронів. Потік нейтронів, що йде від Землі ( нейтрони альбедо), безперешкодно проходить крізь магнітне поле Землі. Оскільки нейтрони нестабільні (середній час розпаду ~ 900 с), частина з них розпадається в зонах, недоступних для заряджених частинок малих енергій. Таким чином, продукти розпаду нейтронів ( протони і електрони) народжуються прямо в зонах захоплення. В залежності від енергії і пітч-кутів ці протони і електрони можуть або опинитися захопленими, або покинути цю область.

Частинки альбедо - це вторинні частинки, відбиті від атмосфери Землі. Нейтрони альбедо забезпечують радіаційний пояс протонами з енергією до 10 М еВ і електронами з енергією до декількох М еВ.


3.3. Сонячні космічні промені

Сонячними космічними променями (СКЛ) називаються енергійні заряджені частинки - електрони, протони і ядра, - інжектовані Сонцем в міжпланетний простір. Енергія СКЛ простирається від декількох кеВ до декількох ГеВ. У нижній частині цього діапазону СКЛ межують з протонами високошвидкісних потоків сонячного вітру. Частинки СКЛ з'являються внаслідок сонячних спалахів.

4. Космічні промені ультрависоких енергій

Енергія деяких частинок перевищує Межа Грайзена-Зацепіна-Кузьміна - теоретичну межу енергії для космічних променів 6 19 жовтня еВ. Кілька десятків таких частинок за рік було зареєстровано обсерваторією AGASA (Англ.) рос. . Ці спостереження ще не мають достатньо обгрунтованого наукового пояснення.


5. Реєстрація космічних променів

Довгий час після відкриття космічних променів, методи їх реєстрації не відрізнялися від методів реєстрації частинок в прискорювачах, найчастіше - газорозрядні лічильники або ядерні фотографічні емульсії, що піднімаються в стратосферу, або в космічний простір. Але даний метод не дозволяє вести систематичні спостереження часток з високою енергією, так як вони з'являються досить рідко, а простір, в якому такий лічильник може вести спостереження, обмежено його розмірами.
Сучасні обсерваторії працюють на інших принципах. Коли високоенергетичних частка входить в атмосферу вона, взаємодіючи з атомами повітря на перших 100 г / см , народжує цілий шквал частинок, в основному півоній і мюонів, які в свою чергу породжують інші частинки, і так далі. Утворюється конус з частинок який називають зливою. Такі частинки рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в повітрі, завдяки чому виникає Черенковськоє світіння, реєстроване телескопами. Така методика дозволяє стежити за областями неба площею в сотні квадратних кілометрів.


6. Значення для космічних польотів

Космонавти МКС, коли закривають очі, не частіше, ніж раз на 3 хвилини, бачать спалахи світла [4], можливо, це явище пов'язане з впливом частинок високих енергій, що потрапляють в сітківку ока. Проте експериментально це не підтверджено, можливо, що цей ефект має під собою винятково психологічні основи.

Тривала дія космічної радіації здатна дуже негативно позначитися на здоров'ї людини. Для подальшої експансії людства до інших планет Сонячної системи слід розробити надійний захист від подібних небезпек - вчені з Росії та США вже шукають способи вирішення цієї проблеми.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Космічні війська
Космічні далекобійники
Космічні яйця
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru