Космическое радиоизлучение

Космические лучи – поток частиц высокой энергии, преимущественно p и α-частиц, изо­тропно падающих на границу земной атмо­сферы из мирового пространства (первичное излучение), а также рожденный или путем воздействия с атомными ядрами атмосферы поток вторичных частиц высокой энергии слож­ного состава. Главным образом квантов и нейт­рино. Среди первичных космических лучей различают высокоэнергетические (до 10²¹эВ) галактические космические лучи, приходящие к Земле из вне солнечной системы, и солнечные космические лучи(10²¹эВ), связанные с активностью солнца.1912г Гесс установил существование космических лучей по проводимой им ионизации воздуха. Космические лучи в сновном состоят из р (90%) и α-частиц (7%) Кособеностям химического состава космических лучей следует отнести то, что в них в 10⁵ раз больше ядер Li, Be, Br, чем в среднем во вселенной.

Название элемента, атому которого принадлежит ядро.

Масса. В единицах массы электрона: m_p = 1836,1m_e; m_n = 1838,6 m_e. В энергетических единицах m_p = 938,3 Мэв; m_n = 939,6 Мэв.

Электрический заряд, q — параметр, характеризующий взаимодействие частицы с электрическим полем, выражается в единицах заряда электрона q=-е, где е = 1,6 *10^-19 кулона.

Все элементарные частицы несут количество электричества, равное либо 0, либо ±е. Заряд протона q_p = +1e Заряд нейтрона равен нулю.

Масса нейтрона больше массы протона на 0,14%, или на 2,5 массы электрона, m_n>m_p+m_e.

В свободном состоянии нейтрон распадается на n->p+e^-+. Среднее время жизни его 17 мин.

Протон — частица стабильная. Однако внутри ядра он может превращаться в нейтрон по схеме: p->n+e⁺+v.

Протон и нейтрон имеют одинаковые спины, почти одинаковые массы и могут превращаться друг в друга.

Оба зеркальных ядра имеют почти одинаковые энергии связи, сходное строение спектра возбужденных уровней энергии, одинаковые спины и пр. Это указывает на сходство сил, действующих между двумя протонами и двумя нейтронами.

Ядра с четным числом протонов или нейтронов называются магическими, а ядра с четным числом протонов и нейтронов называются дважды магическими.

 

………………………………………………..

Процессы, вызываемые сильными взаимодействиями, совершаются за времена порядка 10^-23 с, электромагнитными — за времена порядка 10²⁰ с, слабыми — за времена порядка 10⁹ с.

Длина свободного пробега частицы: Сильновзаимодействующие частицы при энергии около 1 гэв можно задержать железной плитой толщиной в несколько десятков сантиметров. Нейтрино же с энергией 10 мэв, - слой железа толщиной не менее 10⁹ км.

Сильные и слабые взаимодействия проявляются только на коротких расстояниях. Электромагнитные силы, напротив, являются далънодействующими они убывают обратно пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими частицами. По тому же закону убывают с расстоянием и гравитационные силы.

 

В конце 1932 г. В космических лучах Андерсоном и Милликеном был открыт позитрон — частица с массой электрона, но положительно заряженная (е+). (античастица)

По мере изучения β-распада атомных ядер выяснились странности и нарушения в балансе энергии. Было показано, что спектр излучаемых электронов имеет непрерывный характер, а их средняя энергия значительно меньше энергии, теряемой ядром при распаде. Выход был найден Паули, предложившим гипотезу о существовании еще одной нейтральной частицы с высокой проникающей способностью — нейтрино.

В 1934 г. Советский физик И. Е. Тамм развил 1 теоретическую модель о причинах возникновения β-взаимодействия, которое предполагает существование некоторого потенциала сил между нейтроном и протоном.

В 1935 г. Японский физик Юкава, развивая эти идеи, показал, что ядерные силы могут иметь в своей основе обмен какими-то другими частицами — квантами поля ядерных сил.

В 1938 г. Подобные частицы были открыты в космических лучах и получили название µ-мезонов. Однако изучение их свойств показало, что и они не могут быть переносчиками ядерного взаимодействия, так как сами слабо взаимодействуют с ядерными частицами.

В 1939 г. Ган и Штрассман, облучая уран нейтронами, наблюдали образование нескольких более легких элементов. Мейтнер и Фриш предложили что тяжелое ядро под действием нейтронов может разделиться на две примерно равные части.

1942 г. - в США Ферми был построен первый ядерный реактор, в котором получалась энергия за счет деления ядер.

1944 г. - в СССР начаты работы по созданию ускорителей элементарных частиц до энергий 30 гэв.

1968 г. - введен в эксплуатацию ускоритель на 76 гэв.

Модель Томсона, согласно которой атом рассматривался как положительно заряженный сплошной шар со взвешенными внутри него электронами

 

 

Капельная модель.

Она была предложена в 1936 г. Нильсом Бором и независимо от него Я.И. Френкелем (1894-1952). В капельной модели принимается, что ядро ведет себя подобно капле несжимаемой заряженной жидкости.

Несжимаемость «ядерной жидкости» и отражает тот факт, что между нуклонами ядра существует очень сильное взаимодействие, а потому капельная модель и относится к числу коллективных. С точки зрения капельной модели ядро в невозбужденном состоянии должно было бы иметь сферическую форму. И до 1950 г. В ядерной физике господствовало представление о сферической симметрии равновесной формы ядра. Однако позднее от этого представления пришлось отказаться. По оболочечным соображениям многие ядра уже в невозбужденном состоянии должны иметь не сферическую форму, а форму эллипсоида вращения. Такие ядра стали называть деформированными.

Радиоактивные ряды.

Все α- и β-радиоактивные элементы можно разделить на четыре радиоактивных ряда. В каждом ряду массовое число А выражается формулой А = 4n + С, где С — постоянная для рассматриваемого ряда величина, а n — переменное целое число. Каждый элемент ряда получается из предыдущего путем α- или β-превращения. Поэтому в каждом ряду два соседних элемента имеют либо одинаковые массовые числа, либо они отличаются на четыре. Значению С = 0 (n ≤ 59) соответствует ряд тория, С = 1 (n ≤ 60) — ряд нептуния, С = 2 (n ≤ 60) — ряд урана, С = 3 (n ≤ 59) — ряд актиноурана. Ряд нептуния состоит из изотопов, не встречающихся в природе, но получающихся

Искусственно.

Ряд тория; Нептуния; Урана; Актиноурана

 

…………………………………………….

Оболочечная модель ядра

Ядра обладают известной периодичностью, аналогичной периодичности атомов, нашедшей свое отражение в периодической системе Менделеева. Ядра, содержащие магическое число нейтронов или протонов (2, 8, 20, 50, 82 и 126 для нейтронов), и в особенности дважды магические ядра, выделяются среди остальных ядер особой прочностью. Кроме того, для ядер, содержащих магическое число протонов, характерна сферическая симметрия распределения зарядов в невозбужденных состояниях.

Магические свойства ядер проявляются прежде всего в том, что энергия присоединения последнего нуклона (равная энергии его отделения) при образовании магического ядра аномально велика по сравнению с энергией присоединения последнего нуклона для предыдущих и последующих соседних нуклонов.