Детектори іонізуючих випромінювань, дозиметричні і радіометричні прилади

 

З таблиці 1 видно, що космічні промені, як і вся речовина Всесвіту, складається в основному з протонів і альфа-частинок. Однак, на відмінність від поширеності елементів всередньому по Всесвіту, в космічних променях спостерігається підвищена поширеність тяжких елементів і аномально велика поширеність ядер групи L.

Ядра ізотопів берилію, літію і бору зустрічаються у Всесвіті дуже рідко. Тому малоімовірно, щоб в джерелах космічних променів ці ядра мались в аномально великих кількостях. Більш імовірно, що ядра групи L утворюються при зіткненях важких космічних частинок з міжзірковим газом (реакції фрагментації).

Важливою характеристикою космічних променів являється розподіл космічних частинок за енергіями. Енергетичний розподіл космічних частинок характеризують числом частинок   з енергією, що перевищує  . Цю залежність називають кривою інтегрального спектру. Крива інтегрального спектру первинних космічних протонів зображена на рис.1. При енергіях   спектр добре описується формулою

 ,                                                 (7.1.)

де  ,   – деяка постійна величина.

Енергетичний розподіл інших ядер (не протонів) вивчений в меншій мірі, однак дані, які маються, не протирічать формулі (1), якщо під   розуміти енергію, що припадає на один нуклон. З рис.1 видно, що що енергетичний спектр космічних променів простягається до дуже високих енергій. Однак число частинок з надвисокими енергіями ( ) дуже мале.

Усереднення енергій по спектру рис.1 дає для середньої енергії космічної частинки (протона) величину 10 ГеВ. На віддалях, не далеких від Землі, середня густина енергії космічних променів

 ,                                (7.2.)

що дуже близько до середньої густини світлової, магнітної і кінетичної енергії руху міжзіркового газу.

Особливістю енергетичного спектру космічного випромінювання являється відсутність частинок з енергією, меншою 1 ГеВ. Ця особливість спектру носить назву високоширотного обрізання і можливо пояснюється впливом магнітних полів Сонячної системи.

Особливого розгляду заслуговує питання про наявність в первинних космічних променях легких частинок-електронів і позитронів. Виходячи із загальних міркувань, можна чекати, що в первинних космічних променях повинна бути деяка кількість електронів і позитронів. В результаті зіткнень космічних частинок з ядрами міжзіркового газу будуть народжуватись позитивні і негативні піони, при розпаді яких появляються електрони і позитрони

 ,                                            (7.3.)

(  і  - електронні нейтріно або антинейтріно). Крім того, в джерелах космічних променів поряд з атомними ядрами можуть прискорюватись також електрони і позитрони.

Експериментально електрони в космічних променях були знайдені в 1961 році. Виявилось, що потік електронів складає біля 1,5% потоку всіх космічних частинок. Енергія потоку електронів складає 1% повної енергії космічних променів. Прямі вимірювання числа позитронів в космічних променях показали, що їх приблизно в 5 раз менше, ніж електронів. Звідси випливає, що основна частина космічних електронів не пов’язана з процесами (3), а випускається безпосередньо джерелами космічного випромінювання.

В космічних променях в невеликій кількості виявлені також гама-фотони ( ,  ) і, напевно, є нейтріно, які спостерігати дуже важко.

Магнітне поле Землі і міжпланетного простору оказує помітний вплив на первинне космічне випромінювання. Цей вплив зводиться до наступних моментів.

1. Магнітне поле Землі і міжпланетного простору перешкоджає входженню в атмосферу малоенергетичних частинок. Мінімальний імпульс частинки із зарядом Z, що рухається на далекій віддалі до центра Землі і може ввійти в атмосферу

 ,                         (7.4.)

де  -геомагнітна широта. Мінімальний імпульс, при якому може ввійти в атмосферу протон на екваторі ( )  , на полюсі – ( )  .

2. Існування мінімального імпульсу приводить до залежності інтенсивності первинного космічного випромінювання від геомагнітної широти. Ця залежність має назву широтного ефекту. Він проявляється в тому, що на полюсі інтенсивність космічного випромінювання вища, ніж на екваторі.

3. Східно-західної асиметрії космічних променів. Вона проявляється в тому, що інтенсивність космічних променів із заходу більша, ніж зі сходу. Крім того, у напрямку зі сходу існує деякий заборонений кут входу позитивно заряджених частинок по відношенню до горизонту. Існування східно-західної асиметрії є доказом того, що первинне космічне випромінювання являє собою потік позитивно заряджених частинок.

4. В магнітному полі Землі існують пастки, тобто області простору, в які заряджені частинки з енергією, не вищою декількох ГеВ, не можуть ні влетіти із зовні, ні вилитіти з них. Ці магнітні пастки мають форму тороїдів, які охоплюють Землю в широтному напрямку (майже вздовж меридіанів). Ці пастки називаються радіаційними поясами. Їх віддаленість від Землі визначається енергією частинок: чим вища енергія, тим нижче повинна бути розміщена пастка. Існує три радіаційні пояси на різних віддалях від Землі.

 

 

Час від часу Сонцем випускаються високоенергетичні частинки, головним чином протони, альфа-частинки, нейтрони – сонячні космічні промені. В періоди максимуму сонячної активності за рік відбувається 5