Дослідження космічного випромінювання

Скачать

Відкриття і основні етапи дослідження космічних променів. Детальне вивчення зарядів і мас часток вторинних космічних променів. Природа космічного випромінювання. Процеси, що визначають поширення сонячних космічних променів, їх взаємодія з речовиною.

Размер: 571,6 K
Тип: реферат
Категория: Астрономия
Скачать

Другие файлы:

Дистанційний екологічний моніторинг
Типи космічних апаратів для дослідження землі і планет. Аерокосмічний моніторинг еколого-геологічного середовища. Фактори техногенного впливу космічно...

Когрентність другого порядку як об’єкт експериментального дослідження
Дослідження теоретичних методів когерентності і когерентності другого порядку. Вживання даних методів і алгоритмів для дослідження поширення частково...

Джерела випромінювання в оптичній спектроскопії
Природні джерела випромінювання, теплове випромінювання нагрітих тіл. Газорозрядні лампи високого тиску. Переваги і недоліки різних джерел випромінюва...

Методика вивчення методів практичного виявлення та вимірювання радіоактивного випромінювання
Аналіз програми в випускному класі при вивченні ядерної фізики. Основні поняття дозиметрії. Доза випромінювання, види поглинутої дози випромінювання....

Дія іонізуючого випромінення на організм людини
Визначення та природа іонізуючого випромінювання. Основні характеристики радіоактивного випромінювання. Дія іонізуючого випромінювання на організм люд...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Зміст

  • I. Відкриття і основні етапи дослідження космічних променів
  • II. Космічне випромінювання
  • ІI.1 Сонячні космічні промені
  • II.2 Основні процеси, що визначають поширення сонячних космічних променів
  • III. Взаємодія космічних променів з речовиною
  • Висновок
  • Література

I. Відкриття і основні етапи дослідження космічних променів

Космічні промені відкрив в 1912 році австрійський фізик Віктор Гесс. Він був співробітником Радієвого інституту Відня і проводив дослідження іонізованих газів. На той час вже знали, що всі гази (і атмосфера у тому числі) завжди злегка іонізовані, що свідчило про присутність радіоактивної речовини (подібного до радію) або у складі газу, або поблизу приладу, що вимірює іонізацію, найімовірніше - в земній корі. Досліди з підйомом детектора іонізації на повітряній кулі були задумані для перевірки цього припущення, оскільки з видаленням від поверхні землі іонізація газу повинна зменшуватися. Відповідь вийшла протилежний: Гесс виявив деяке випромінювання, інтенсивність якого зростала з висотою. Це наводило на думку, що воно приходить з космосу, але остаточно довести позаземне походження променів удалося лише після багаточисельних дослідів (Нобелівську премію В. Гессу присудили лише в 1936 році). Нагадаємо, що термін "випромінювання" не означає, що ці промені мають чисто електромагнітну природу (як сонячне світло, радіохвилі або рентгенівське випромінювання); його використовували при відкритті явища, природа якого ще не була відома. І хоча незабаром з'ясувалося, що основні компоненти космічних променів - прискорені заряджені частки, протони, термін зберігся. Вивчення нового явища швидко стало давати результати, які прийнято відносити до "передового краю науки".

За допомогою ядерних фотографічних емульсій, піднятих на висоту 30 км. (Б. Пітерс і ін., 1948), у складі первинних космічних променів були виявлені сліди ядер важчих елементів, ніж водень, аж до ядер заліза.

Детальне вивчення зарядів і мас часток вторинних космічних променів привело до відкриття багатьох нових елементарних часток, зокрема Позитрона, мюона, пі-мезона, К-мезона, Л-гиперона (1932-49). У 1932 П. Блекетт і Дж. Оккиаліні вперше виявили в камері Вільсона групи близьких по напряму генетично зв'язаних часток космічного випромінювання - т. з. зливи. У дослідах 1945-1949 на високогірних станціях космічних променів (В.І. Векслер, Н.А. Добротін і ін.) і в стратосфері (С.Н. Вернов і ін.) було встановлено, що вторинне космічне випромінювання утворюється в результаті взаємодії первинних космічних променів з ядрами атомів повітря. Пізніше Г.Т. Зацепін показав, що той же механізм, але при вищих енергіях (1014 эв) пояснює розвиток відкритих раніше в космічних променях (П. Оже, 1938) широких атмосферних злив - потоків з багатьох мільйонів часток, що покривають на рівні моря площі близько 1 км2 і більш.

Для правильного підходу до проблеми походження космічних променів велику роль зіграли успіхи радіоастрономії. Пов'язане з космічними променями нетеплове космічне радіовипромінювання дозволило виявити їх можливі джерела. У 1955 В.Л. Гинзбург і І.С. Шкловський на основі астрономічних для радіо спостережень і енергетичних оцінок вперше кількісно обгрунтували гіпотезу про найновіші зірки як одному з основних галактичних джерел космічних променів.

Базою для космофізичного напряму досліджень з'явилася створена в 50-60-і рр. обширна світова мережа станцій космічних променів (понад 150), на яких проводиться безперервна реєстрація космічного випромінювання. Багато станцій знаходяться високо в горах, на деяких станціях проводяться підземні спостереження, регулярно посилаються в стратосферу балони з приладами автоматичної реєстрації космічних променів.

Нові можливості прямого вивчення первинних космічних променів в дуже широкому діапазоні енергій відкрилися у зв'язку з підйомом реєструючої апаратури на штучних супутниках Землі і міжпланетних автоматичних станціях. Зокрема, за допомогою калориметра іонізаційного на супутниках серії "Протон" був вперше безпосередньо виміряний енергетичний спектр первинних космічних променів до енергії 1015 эв (радянський фізик Н.Л. Грігоров і ін., 1965 - 1969). Пізніше за допомогою штучних супутників Луни і Марса, а також на радянському "Луноходе-1" (1970-1971) були проведені тривалі виміри варіацій складу і інтенсивності космічних променів, за межами магнітосфери Землі.

II. Космічне випромінювання

Вже при перших дослідженнях радіоактивності було відмічено, що в іонізаційній камері спостерігається деякий незначний струм навіть у відсутність радіоактивних препаратів. Наявність цього струму доводила, що якесь випромінювання постійно створює в камері іонізацію, що отримала назву залишкової іонізації. Спочатку намагалися пояснити залишкову іонізацію домішками радіоактивних речовин в грунті і атмосфері. В цьому випадку залишкова іонізація повинна була б зменшуватися при видаленні іонізаційної камери від поверхні Землі. Проте досліди, в яких іонізаційні камери піднімалися на аеростатах на велику висоту, показали зворотний результат. На висоті 9 км. залишкова іонізація виявилася в 40 разів більшою, ніж на рівні Землі. Цей результат стає зрозумілим, якщо допустити, що випромінювання, що створює залишкову іонізацію, приходить на Землю ззовні і на своїй дорозі через атмосферу поступово поглинається в ній. Подальші досліди підтвердили позаземне походження випромінювання і показали також, що його інтенсивність слабо залежить від положення на піднебінні Сонця, Місяця і інших світил. Звідси витікало, що випромінювання випускається не яким-небудь окремим небесним тілом, а приходить рівномірно зі всіх напрямів світового простору. Зважаючи на це випромінюванню, що викликає залишкову іонізацію, було дано назву космічного випромінювання або космічних променів.

Природа космічного випромінювання виявилася вельми складною. Лише у п'ятдесятих роках, спираючись на результати багаточисельних досліджень, серед яких видне місце займають роботи школи радянського фізика Д.В. Ськобельцина, удалося скласти відоме уявлення про картину цього явища в цілому. По сучасних виставах первинне космічне випромінювання, тобто випромінювання, що приходить зі світових глибин в земну атмосферу, складається з швидко рухомих позитивно заряджених часток - протонів - і в меншому числі - б-часток і інших ядер. Енергія первинних часток космічного випромінювання величезна - вона вимірюється мільярдами еВ, а в деяких випадках доходить навіть до фантастичних значень 1021 еВ; при цьому чим: більше енергія частки, тим менше зустрічається таких часток в первинній компоненті. Відносно механізму прискорення, шляхом якого у Всесвіті утворюються частки такої величезної енергії, існує ряд припущень, дослідження яких продовжується.

З первинного космічного випромінювання лише мала доля доходить до поверхні Землі. Переважна частина первинних часток ще у верхніх шарах атмосфери стикається з ядрами атомів, що входять до складу повітря. Зважаючи на величезну енергію первинних часток такі зіткнення наводять до розщеплювання атомних ядер з випусканням швидких нейтронів, протонів і б-часток. Крім того, зіткнення часток великої енергії з ядрами супроводяться утворенням нових часток - різних мезонів і гіперонів. Залежно від вигляду гіперони перетворюються на мезон і нуклон (нейтрон або протон). Мезони перетворюються кінець кінцем на електрони, позитрони або г - кванти.

Отже, в результаті зіткнення швидкої первинної, частки з атомним ядром утворюється значна кількість вторинних часток меншої енергії - протонів, нейтронів, б-часток, різних гіперонів і мезонів, електронів, позитронів, г-квантов. Вторинні частки, просуваючись, в атмосфері, у свою чергу розмножуються за рахунок ядерних розщеплювань і інших процесів, прикладом яких служить утворення електронно-позитронних пар г-квантами.

Разом з розмноженням часток в атмосфері відбувається їх поглинання, аналогічно тому, як відбувається поглинання б-, в - і г - частиц при проходженні через речовину. У верхніх шарах атмосфери переважаючим процесом є розмноження, і число часток космічного випромінювання наростає аж до висоти ~20 км. над рівнем морить. Нижче за цей кордон головну роль грає поглинання, і інтенсивність випромінювання падає. Графік залежності інтенсивності космічного випромінювання від висоти приведена на рис.1.

Мал. 1. Залежність інтенсивності космічного випромінювання від висоти над рівнем моря.

На висотах вище 50 км. присутня лише первинна компонента космічного випромінювання, що приходить зі світового простору, і інтенсивність випромінювання не залежить від висоти. Нижче 50 км. інтенсивність спочатку збільшується за рахунок утворення вторинних часток, а потім падає за рахунок зростаючого поглинання в атмосфері.

По своєму походженню космічні промені можна розділити на декілька груп.

1) космічні промені галактичного походження. Джерелом галактичних космічних променів є наша Галактика, в якій відбувається прискорення часток до енергій ~1018 еВ.

2) космічні промені походження метагалактики, вони мають найбільші енергії, E>1018 еВ, утворюються в інших галактиках.

3) сонячні космічні промені, що генеруються на Сонці під час сонячних спалахів.

4) аномальні космічні промені, що утворюються в Сонячній системі на периферії геліомагнитосфери.

ІI.1 Сонячні космічні промені<...