Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 184
Текст из файла (страница 184)
Отметим, что начиная с 1924 г. Д.В. Скобельцын (р. 1892) провел длинный ряд важных исследований с камерой Вильсона, помещенной в сильное магнитное поле Н. Траектория заряженной частицы в магнитном поле искривляется, но если поле постоянно, то ее кинегическая энергия, а с ней и релятивистская масса остаются постоянными.
Если частица движется перпендикулярно к магнитному полю, то, приравнивая центробежную силу ри/ й лоренцевой силе (Хе!с) и Н, получаем ср = ХеНЙ, (103.1) где Хе — заряд частицы, р — ее импульс, а Л вЂ” радиус кривизны ее траектории. Произведение НН называется магниптой жесткостью частицы. Для ультрарелятивистской частицы кинетическая энергия й = рс. Поэтому с помощью формулы (103.1) можно определить энергию и знак заряда ультрарелятивисткой частицы. Этим методом в 1929 г. Скобельцын нашел в космических лучах отрицательные частицы, энергия которых оказалась значительно больше энергии обычных 1»-частиц.
Отметим еще идею схемы совпаде«~ий на электронных лампах, предложенную Росси (р. 1905) и широко использованную им и другими исследователями космических лучей. Эзв схема позволяет судить, в каком направлении прошла ионизующая частица, если только она заряжена. Схема совпадений содержит два или больше расположенных вдоль одной прямой счетчиков !"ейгера-Мюллера См Саз Се,...., которые соединены с электронными лампами Вы Ьз, Ьз,..., как показано на рис.
175. Пока в счетчиках не произошел разряд, ток от положительного полюса батареи В, питающей лампы., через сопротивление Н и электронные лампы проходит в землю. Если сопротивление Л очень велико, то на нем происходит большое падение напряжения, так что потенциал в точке А будет близок к потенциалу земли. Когда в один из счетчиков й 199) Космические лучи 719 попадает ионизующая частица, она вызывает в нем электрический заряд, на сетку лампы, соединенной с этим счетчиком, поступает отрицательный импульс напряжения, так что эта лампа перестает пропускать ток. Однако лампы, соединенные с остальными счетчиками, в которых разряд не произошел, продолжают пропускать ток. При достаточно большом сопротивлении 77 ток на землю изменится очень мало. То же самое будет происходить, если частица пройдет через несколько, но не через все счетчики.
Но положение изменится, если она пройдет одновременно через все счетчики. Тогда все лампы окажутся запертыми, и гок на землю прекратится. В результате потенциал в точке А резко возрастет до потенциала на положительном полюсе батареи. Это скачкообразное изменение потенциала в точке А можно измерить вольтметром или зафиксировать каким-либо другим прибором. Срабатывание этого прибора свидетельствует о том, что ионизующая частица прошла через все счетчики установки.
После срабатывания схемы заряды в счетчиках Гейгера — Мюллера затухают, положительные заряды с сеток электронных ламп сгекают в землю, и схема вновь готова для регистрации частиц. В схеме Росси лампы можно заменить транзисторами. Рис. 179 Конечно, схема Росси и аналогичные ей схемы могут регистрировагь не только сабы гия, вызываемые одной частицей, проходящей через все счетчики, но и такие события, которые вызываются частицами, проходящими друг за другом через слишком короткие промежутки времени. Чтобы этого не произошло, эти промежутки должны быгь больше.
разрешающего времени схемы, определяющегося главным образом временем зажигания разряда в счетчиках Гейгера — Мюллера. Разрешающее время схемы Росси порядка микросекунды. Разработаны схемы совпадений, аналогичные схеме Росси, характеризующиеся меньшими разрешающими временами. )Г.Х1 Некоторые вопросы астрофигики 720 3. Космические лучи разделяются на первичные и вторичные.
Первичные космические лучи падают на Землю из космоса. Проходя через толстый слой земной атмосферы (около 1000 г/ем~), они претерпевают сложную цепь превращений, в результате чего возникает новое излучение, которое и называется вторичными космическими лучами. По своему составу вторичные космические лучи не имеют ничего общего с первичными.
В околоземном космическом пространстве первичное космическое излучение состоит из галактического кослеического излучения и солнечного космического иглрпени . Первое приходит из удаленных об ьектов нашей звездной системы — Галактики — и других галактик, второе— от Солнца. Рассмотрим сначала первичное галактическое излучение. Природа первичного космического излучения длительное время оставалась неясной. Только начиная с 40-х годов окончательно было установлено, что первичные космические лучи состоят из ядер тех же химических элементов, которые входят и в состав Земли, главным образом из ядер водорода.
Частицы космических лучей обладают громадными кинетическими энергиями по сравнению с частицами обычного вещества, даже нагретого до миллиардов кельвинов. Энергии самых быстрых частиц космических лучей столь велики, что они в этом отношении долго будут оставаться вне конкуренции с самыми быстрыми частицами, ускоряемыми на современных ускорителях.
Основная масса первичных космических лучей имеет энергии от 10 эВ (1 ГэВ) и выше, что в десятки тысяч раз превышает тепловую энергию частиц в самых горячих частях Вселенной. Отсюда следует, что энергия частиц космического излучения имеет нетепловое происхождение. 4. 'Го, что первичное космическое излучение, по крайней мере частично, состоит из заряженных частиц, подтверждается геомагнигпньэли явлениями.
К ним относится, во-первых, широтный эффект— зависимость интенсивности 1 космических лучей от геомагнитной широты места. Отвлечемся ради простоты от действия магнитного поля Солнца (оно будет учтено в п.й) и примем во внимание только магнитное поле Земли Н. Сила Лоренца (е/с))иН) перпендикулярна к магнитному полю и к скорости частицы.
Если космическая частица приближается к геомагнитному полюсу, двигаясь вдоль Н, то сила Лоренца обращается в нуль. В этом случае Земли могут достигнуть частицы любой энергии. Если же частица приближается к Земле в плоскости геомагнитного экватора, то сила Лоренца максимальна. Она изгибает траекторию частицы. Земли могут достигнуть только частицы, энергии которых больше некоторой определенной величины. Если же энергия меньше, то частица не достигнет Земли, а отразится ее магнитным полем. Достаточно медленные частицы будут отражаться и на других геомагнитных широчах.
Количественно широтный эффект характеризуется величиной (1эв — 1в.)/1эв . Измерения показали, что эта величина на уровне моря составляет около 10%, а на высоте 10 км —- около 36 о%о. Во-вторых, к геомагнитным явлениям относится долготиый эффекгп. Так называют изменение интенсивности космических лучей при й 102) Космические лучи 721 смещении вдоль одной и той же параллели. Магнитное поле Земли в первом приближении можно моделировать с помощью магнитного диполя с магнитным моментом 8,1 10зб Гс смз, наклоненным под углом 11,5' к земной оси.
Однако такой диполь надо поместить не в центре Земли, а сместить от него перпендикулярно к земной оси приблизительно на 342 км. Вследствие этого, а также небольшого отличия магнитного поля Земли от поля диполя это поле немного меняется вдоль параллели. С этим и связан долготный эффект. На уровне моря интенсивность космических лучей на одной и той же параллели отклоняется от среднего значения на несколько процентов.
Наконец, в-третьих, наблюдается асимметрия в направлении космических лучей, приходящих на Землю. Она проявляется в зависимости интенсивности космических лучей от ориентации регистрирующего прибора относительно стран света. С запада приходит больше космических частиц, чем с востока. Количественно восгочно-западная асимметрия характеризуется величиной 2(7, — 7,)!(1, + 1„), т.е, отношением разности интенсивностей космических лучей, приходящих соответственно с запада и востока, к их полусумме. На больших высотах эта величина составляет около 0,5. Опуская строгое и сложное рассмотрение вопроса, для уяснения причины восточно-западной асимметрии ограничимся частным случаем, когда заряженная космическая часгица движется к Земле в плоскости ее геомагнитного экватора. На рис.
176 представлен это г случай для положительно (а) и отрицательно (б) заряженных частиц. Предполагается, что магнитное поле перпендикулярно к плоскосги рисунка и направлено к читателю. Траектория положительной частицы загибается магнитным полем к востоку, т. е. к скорости такой частицы добавляется слагающая, направленная на восток. Если, как это установлено, вдали от Солнечной системы интенсивность космических лучей изотропна в пространстве, то большая часть первичных положительных частиц, достигающих Земли, будет двигаться в направлении с запада на восток, а нс в противоположном направлении.
Для отрицательных частиц положение будет обратным. Из фактически наблюдаемой восточно- западной асимметрии был сделан вывод, что в первичных космических лучах больш я 'юсть частиц зар эсена пололсительно. Восток Восток Запад Запад б Рис. 176 ) 1"л. ХЧ Непота~ ые вопросы астре«разики 722 Существуют и другие геомагнитные явления, о которых будет сказано ниже.
5. Исследования космических лучей производились с разнообразными детекторами в сочетании с фильтрами (из свинца, железа, углерода, парафина и пр.). Они производились на поверхности и в грунте Земли (от поверхности моря до глубин около 3 км), в ворхних слоях атмосферы, в космическом пространстве около Земли и далеко за ее пределами. Наиболее подробные данные о составе первичных космических лучей получены для частиц с энергией, большей 2,5 ГэВ на нуклон. Они получены главным образом из измерений в ядерных эмульсиях, поднимавшихся на шарах-зондах в верхние слои атмосферы. Эти данные приведены в табл.
22. В ней указаны интенсивности первичных космических лучей для различных частиц с энергией, большей 2,5 ГэВ на нуклон, т.е. число частиц заданных энергий, проходящих через единичную площадку нормально к ней, отнесенное к единице телесного угла. Если космические лучи распределены изотропно в пространстве, то для получения полного потока первичных космических частиц указанных энергий через единичную площадку приведенные данные надо умножить на и. Таким путем находим, что поток частиц около Земли у границы атмосферы равен 0,45 с г . см з. Если учесть также все частицы с меньшими энергиями, то для полного потока первичных частиц в том же месте получится 1 с см Из табл. 22 видно, что в первичных космических лучах представлено больше всего протонов (92%«), затем идут о-частицы (6,6%).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
