149767 (Солнечные космические лучи)

2016-08-01СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Солнечные космические лучи", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "физика" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "149767"

Текст из документа "149767"

Солнечные космические лучи связаны с деятельностью солнца и появляются в межпланетном пространстве в виде интенсивных потоков заряженных частиц после хромосферных вспышек.Состав СКЛ в основном соответствует распространенности элементов на солнце: около 80% - ядра водорода (протоны), до 15% - альфа частицы. Остальное- более тяжелые ядра. В период максимума солнечной активности, который повторяется через 11 лет ( последний был в 1992-1993 годах), происходит около 10 крупных вспышек в год; в период минимума - не более одной. Все они, возникнув, развиваются в каждом случае своеобразно, различаясь мощностью, длительностью, а также составом и формой энергетического спектра СКЛ. Слабые солнечные вспышки проходят в среднем один раз в день.

Энергия частиц СКЛ не превышает 1010 эВ, что значительно ниже, чем в ГКЛ. Например , после сильной вспышки 4 августа 1972 года она составила 7*104 см-2с-1ср-1 для Е >= 107 эВ. На рисунке для сравнения показаны спектры нескольких крупных вспышек. Значительные потоки СКЛ вызывают дополнительную ионизацию в ионосфере Земли, создавая радиопомехи и затрудняя связь в диапазоне коротких волн. СКЛ представляет основную опасность для межпланетных полетов.



Радиационные пояса Земли. Магнитное поле Земли, взаимодействуя с потоками заряженных частиц первичных КЛ, захватывает некоторую их часть и удерживает в ограниченных областях, называемых радиационными поясами. Захваченные частицы под действием силы Лоренца движутся по спиральным траекториям вдоль силовых линий магнитного поля ( рис. 2).

Рассмотрим подробнее характер этого движения. Сила Лоренца , как известно, обусловлена поперечной (перпендикулярной к силовой линии) составляющей скорости частицы Vперп и является центростремительной силой: Fл = q*Vперп*B= m*Vперп2 / Rперп, откуда

V перп= q*R*B/m (1)

Здесь q и m - заряд и масса частицы; B= м0*H - магнитная индукция. Радиус спирали R выразим из условия постоянства момента импульса: L = m*Vперп*R

R= L/(m*Vперп) (2)

Из (1) и (2) можно легко видеть, что

Vперп2 /B = q*L/m= const (3)

По мере приближения частиц к Земле и увеличения В поперечная скорость Vперп , как следует из (3), возрастает. Это происходит из-за уменьшения продольной составляющей скорости Vпрод, поскольку кинетическая энергия частицы, равная m*(Vперп2 + Vпрод2 )/2 в силу законов сохранения энергии в стационарном магнитном поле не меняется. Отсюда следует существование некоторой точки, называемой зеркальной, где Vпрод обращается в нуль и меняет направление. В этой точке частица "отражается", т.е. начинает двигаться обратно, к противоположному магнитному полюсу. Там есть другая зеркальная точка, где снова происходит отражение, и т.д. Период таких колебаний составляет несколько десятых долей секунды.

Форма РПЗ определяется магнитным полем Земли. Различают внутренний и внешний РПЗ. В экваториальной области внутренний РПЗ расположен на высоте примерно от 600 км до 6...7 тысяч км, внешний-от 9...10 до 40...50 тыс. Км. Чем выше энергия частицы, тем более сильное поле требуется для ее удержания. Поэтому частицы со сравнительно высокой энергией сосредоточены во внутреннем РПЗ (протоны с энергией до 109 эВ, электроны - до 106 эВ). Внешний РПЗ состоит из протонов и электронов меньшей энергии (соответственно - до 107 и до 105 эВ).

Интенсивность потока протонов в РПЗ соизмерима с интенсивностью потока СКЛ сильных вспышек, а электронов еще выше. Потоки протонов РПЗ представляют серьезную опасность как для живых организмов, так и для аппаратуры. Магнитное поле в значительной степени экранирует Землю от первичных КЛ. До плотных слоев атмосферы доходят лишь те частицы, энергия которых превышает определенный порог. Данный эффект называют "геомагнитным обрезанием". Он объясняется тем, что у частиц высокой энергии радиус кривизны траектории слишком велик для того, чтобы они удержались в РПЗ. Пороговая энергия максимальна для экваториальных областей (1,5*1010 эВ) и уменьшается до нуля у магнитных полюсов, где частицы движутся вдоль силовых линий и сила Лоренца на них не действует. На широте Москвы пороговая энергия равна 2,5*109 эВ. Вследствие геомагнитного обрезания поток КЛ у границы атмосферы максимален вблизи полюсов.

Взаимодействие космических лучей в атмосфере

Летящие частицы КЛ, взаимодействуя с атомами атмосферы, вызывают процессы образования и распада практически всех известных элементарных частиц. Мы кратко рассмотрим наиболее часто происходящие процессы.

Во-первых, все энергичные заряженные частицы способны выбивать из атомов быстрые электроны (б-электроны).
Во-вторых, первичные протоны и ядра могут разрушать атомные ядра, выбивать из них нуклоны (протоны, нейтроны) и рождать пионы.

В верхних слоях атмосферы преобладает образование пионов: П0, П+, П- в результате взаимодействия протонов КЛ с нуклонами ядер. Интенсивность потока первичных протонов падает, и на высоте 10 км образование пионов практически прекращается. Образовавшиеся пионы быстро распадаются. Нейтральный пион П0 примерно через 10-16 с распадается на два гамма-кванта. Из гамма-квантов в поле ядер рождаются электронно-позитронные пары.



Рождение пар происходит в соответствии с законом Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии: Е = m*c2. Пара "частица - античастица" может возникнуть, если энергия исходного гамма-кванта превышает общую энергию покоя образующихся частиц. Электроны и позитроны при резком ускорении в электрическом поле ядер, в свою очередь, испускают гамма - кванты, из которых рождаются пары, и т.д. Образуется электронно - позитронный ливень.

Развитие ливня продолжается до тех пор, пока энергия гамма-квантов не снизится настолько, что образование пар станет невозможным. Заряженные пионы через 2,6*10-8 с распадаются на мюоны и нейтрино (либо антинейтрино):

П+ ---> м+ + V ; П- ---> м- + V~.

Собственное время жизни мюона составляет T0 = 2*10-6 с, а скорость B = v/c близка к 1. Свет проходит за это время лишь 600 м, и, однако, в силу релятивистской зависимости времени от скорости : T=T0/(1-B2)1/2, мюоны, рожденные в верхних слоях атмосферы, успевают пролететь десятки километров и достигают земной поверхности. В конце жизни мюоны распадаются по схеме: м+---->е+-+V+V~.

Рассмотренные процессы меняют состав КЛ. На рис. показано изменение интенсивности потока протонов , мюонов и электронов в зависимости от толщины пройденного слоя воздуха. Здесь под толщиной слоя G понимается произведение расстояния x на плотность пронизываемого вещества: G=x*p. Величина G измеряется в кг*м-2. Толщина всего слоя атмосферы эквивалентна примерно 10 м воды.

Частицы КЛ принято разделять по их проникающей способности на две компоненты - "жесткую" и "мягкую". Мюоны, а также протоны и нейтроны высокой энергии слабо поглощаются веществом и составляют так называемую жесткую компоненту. Электроны, позитроны и фотоны поглощаются намного сильнее и относятся к мягкой компоненте.

Проникающая способность частиц зависит от характера их взаимодействия с веществом: с электронами, с электрическим полем ядер и непосредственно с ядрами . Для частиц КЛ, регистрируемых в условиях лаборатории, основное различие в проникающей способности обусловлено взаимодействием с электрическим полем ядер. Заряженная частица движется вблизи ядер с ускорением под влиянием кулоновской силы. Ускоренное движение заряда всегда сопровождается излучением электромагнитных волн, называемым тормозным излучением, причем интенсивность этого излучения обратно пропорциональна квадрату массы частицы. Электроны, которые при одинаковой величине заряда в 207 раз легче мюонов и в 1840 раз легче протонов, теряют энергию на тормозное излучение намного быстрее, чем мюоны или протоны, и поэтому быстрее останавливаются в веществе.

Взаимодействие частиц с электронами атомов ведет к возбуждению атомов ( переходу электронов на более высокие энергетические уровни) или к ионизации атомов. Энергия, теряемая частицей на ионизацию и возбуждение, зависит прежде всего от заряда частицы и примерно одинакова для всех быстрых однозарядных частиц.
Некоторые частицы при попадании в ядро могут вызывать ядерные реакции, однако ни мюоны, ни электроны в ядерных реакциях не участвуют. К тому же такие события относительно редки:протон или нейтрон, например, взаимодействует в среднем на толщине слоя около 103 кг*м-2 (примерно 1 м в воде).

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5137
Авторов
на СтудИзбе
440
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее