Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 2)

22. Які методи використовуються для реєстрації нейтронів і визначення характеристики їх потоку?

23. Як побудований газовий лічильник нейтронів?

24. Що таке ударна іонізація і газове підсилення?

25. Нарисувати і пояснити вольт-амперну характеристику газового лічильника.

26. Як у пропорційному лічильнику розділяються імпульси від нейтронів і електронів?

27. В чому полягає закон “1/V”?

28. Як у даному лічильнику відбувається сповільнення нейтронів?

29. Що таке спонтанний поділ ядер? Для яких ядер він спостерігається?

 

Теоретичні відомості

 

Космічні промені розрізняють первинні і вторинні. Первинні космічні промені являють собою частинки високих енергій, найчастіше всього протони і інші ядра, які приходять на Землю з глибин космосу, утворюються в ще не встановлених областях Всесвіту. Особливістю первинного космічного випромінювання є його ізотропність в просторі і постійність в часі. Таке космічне випромінювання називають галактичним на відміну від сонячного космічного випромінювання, джерело якого відоме – Сонце. Надалі під первинним космічним випромінюванням будемо розуміти галактичне випромінювання, оскільки енергія частинок цього випромінювання значно більша, ніж сонячного.

Інтенсивність первинного космічного випромінювання в ближньому космосі складає   Ядра хімічних елементів, що входять в склад первинного космічного випромінювання прийнято ділити на групи:

  – групу складають протони, дейтони і тритони;

  – групу складають альфа-частинки і ядра  ;

L – групу (легкі ядра) – ядра літію, берилію і бору  ;

  – групу (середні ядра) – ядра вуглецю, кисню, азоту і фтору  ;

  – групу (тяжкі ядра) – ядра з  . Іноді вводять групу дуже тяжких ядер – групу, в яку входять ядра з  .

  – група складає 92,6%, а альфа-група – 6,7% всіх космічних частинок. Інших ядер в космічних променях мало.

В космічних променях виявлені також електрони (1,5%) і позитрони, яких приблизно в 5 разів менше, ніж електронів. В космічних променях є також гама-фотони (10 фотон/( ),  ) і, напевно, є нейтріно, які спостерігати дуже важко.

Енергія космічних протонів  . Розподіл протонів за енергіями описується кривою інтегрального спектру (мал.1). І(Е)– кількість протонів, що мають енергію, вищу Е.

Усереднення енергії по спектру дає величину 10 ГеВ, хоча зустрічаються протони дуже високих енергій ~  . Але кількість частинок з такими енергіями відносно мала. При енергіях   спектр протонів добре описується формулою

 

                                                      ,                                                 (1)

де А – деяка постійна величина.

Енергетичний розподіл інших ядер (не протонів) вивчений в меншій мірі. Однак дані, які існують, не суперечать формулі (1), якщо під Е розуміти енергію, яка припадає на 1 нуклон. На віддалях, не далеких від Землі, середня густина енергії космічних променів

                                                 ,                                                     (2)

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

Магнітне поле Землі і міжпланетного простору в ряді випадків має помітний вплив на первинне космічне випромінювання. Цей вплив зводиться до слідуючих моментів.

1. Воно перешкоджає входженню в атмосферу відносно малоенергетичних частинок. Мінімальний імпульс частинки з зарядом Z, що рухається на далекій віддалі у напрямку до центра Землі і може ввійти в атмосферу

                                                                 ,                         (3)

де   – геомагнітна широта. Мінімальний імпульс, при якому може ввійти 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 з 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,