Избранное
ЭБ Нефть
и Газ
Главная
Оглавление
Поиск +
Еще книги ...
Энциклопедия
Помощь
Для просмотра
необходимо:


Книга: Главная » Введенский Б.А. Большая советская энциклопедия Том 23
 
djvu / html
 

100
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ
числа частиц с поперечными размерами в сотни метров. Наконец, за счёт распада заряженных ти-мезо-нов в широких ливнях появляется и жёсткая компонента, состоящая из ц-мезонов с исключительно большой проникающей способностью (подробнее см. Ливни частиц в космическом излучении).
Основные элементарные процессы, к-рые определяют собой превращения первичного и вторичного излучений по мере их прохождения сквозь атмосферу и плотные вещества (подробней об этом см. Элементарные частицы), можно разбить на 3 группы: ядерные взаимодействия, электромагнитные взаимодействия и спонтанный распад.
Основной количественной характеристикой ядерных и электромагнитных взаимодействий является величина среднего свободного пробега X, выражаемая обычно в г/c.vt2 и равная толщине того слоя, в к-ром данная частица испытывает, в среднем, одно столкновение того или иного типа. Помимо природы налетающей частицы, величина ), зависит, вообще говоря, как от энергии (или скорости) этой частицы, так и от свойств среды, точнее от атомного номера Z или атомного веса А вещества. Зависимость от энергии часто имеет такой вид, что, начиная с нек-рой критич. энергии, вероятность взаимодействия данного типа резко возрастает и начинает преобладать над вероятностями всех остальных элементарных процессов, а при дальнейшем увеличении энергии изменяется уже сравнительно мало.
Основными типами процессов, происходящих при столкновениях ядерно-активных частиц (протоны, нейтроны и IT-мезоны, а также тяжёлые ядра), являются: а) образование электронно-ядерного ливня и б) ядерное расщепление («звезда»), не сопровождающееся рождением новых частиц (мезонов). Средний свободный пробег зависит от атомного веса А
(примерно пропорционально А ') и составляет (если его выражать в массе вещества, через к-рую проходит частица) ок. 160 г/см2 в свинце (для нуклонов и, повидимому, также тг-мезонов). Критич. энергия для электронно-ядерных ливней составляет 3—5 Езв.
Для частиц мягкой компоненты К. л. (электронов, позитронов и фотонов) наиболее важные превращения связаны с электромагнитными взаимодействиями и происходят, в основном, при прохождении сквозь кулоново поле атомного ядра. К этим процессам относятся: а) тормозное излучение, б) образование электрошю-позитронных пар фотонами. Средние свободные пробеги равны соответственно 5,2 г/см3 и 6,7 е/см? (для свинца) и в обоих случаях пропорциональны ?. Критическая энергия составляет 6,5 Мае для свинца и также пропорциональна -^.
Для частиц жёсткой компоненты, точнее только для (А-мезонов, основные потери энергии связаны с ионизацией атомов вещества, в частности с выбрасыванием из атомов т. н. дельта-электронов. Ионизационные потери для любых заряженных частиц лишь очень слабо зависят от свойств вещества (если относить их на равное количество атомарных электронов) и составляют ок. 2 Мае на 1 г/си*2 воздуха и ок. 1,2 Мэв на 1 г/см2 свинца для релятивистских частиц, т. е. при скорости v =к с. Зато имеет место очень резкая зависимость от скорости v (примерно
как —) и от заряда е ионизующей частицы (пропорционально е2).
<: Процессы распадного типа характеризуются средним временем жиани покоящейся частицы т„, Для
частицы с полной энергией Е время жизни t меняется в соответствии с формулой т = т0 • — , где (^0 —
масса покоя, с — скорость света; величина L = VT играет ту же роль, что и средний свободный пробег для процессов столкновения. Наиболее распространёнными и сравнительно хорошо изученными в К. л. являются следующие 3 распадных процесса: а) распад заряженного т:-мезона на ц-мезон и нейтрино (по схеме тг±-» |j.± + v) со временем жизни т„ == 2,5 • • 10~8 сек.; б) распад [^-мезона на электрон и, по-видимому, 2 нейтрино (ц± — е±+ 2ч), причём т„ = = 2,2-10~6 сек.; в) распад нейтрального тс°-мезона на 2 фотона (it0 —> 2у), причём т„ =в 10~14 сек. (оценка по порядку величины).
Кроме перечисленных основных процессов, при изучении различных явлений в К. л. следует учитывать и другие процессы, в частности: а) ядерный захват остановившихся в веществе отрицательных т:- или [х-мезонов, сопровождающийся выделением соответствующей энергии покоя е„ = (J.0c2 ((J-0 — масса покоя); б) отклонение заряженных частиц при прохождении их вблизи атомных ядер (рассеяние), к-рое сильно возрастает по мере уменьшения импульса частицы; в) рассеяние фотонов на электронах вещества (комптон-эффект), сопровождающееся потерей значительной энергии и существенное при энергиях порядка десятка Мае и ниже, где это явление становится более вероятным, чем образование пар; г) ядерные расщепления под действием ^-мезонов достаточно большой энергии (=*= 1010 ив и выше).
Все компоненты вторичного излучения создаются (см. выше) в результате процессов ядерного взаимодействия первичного излучения в стратосфере (а также последующего распада образовавшихся частиц или взаимодействий их с атомами вещества); эти процессы происходят, в основном, на высотах 20—25 км над ур. м., поэтому ниже 25 км вторичное излучение составляет уже главную часть потока заряженных частиц и, вместе с тем, включает в себя весь поток нейтральных частиц. В свою очередь, подавляющая часть вторичного излучения здесь состоит из электронно-фотонной компоненты, что объясняется наиболее интенсивным каскадным её «размножением». Благодаря интенсивным каскадным взаимодействиям (тормозное излучение и образование пар) энергия этой части вторичного излучения падает ещё быстрей, чем энергия ядерно-активной компоненты. Как только средняя энергия электронов упадёт ниже критич. энергии для воздуха (=«70 Мае), ионизационное торможение начинает преобладать над процессами тормозного излучения, после чего общая интенсивность электронно-фотонной компоненты быстро убывает. Уже на высотах порядка 4 кие около половины всей этой компоненты обусловлена распадом ^-мезонов и образованием ими о-электронов (при ионизации атомов). Примерно на той же высоте (4 км) интенсивность мезонной компоненты уравнивается с электронно-фотонной, а на меньших высотах ц-мезоны составляют уже главную часть вторичного излучения. Это связано с тем, что они расходуют свою энергию «экономней» всех остальных частиц (за исключением нейтрино) — в основном только на ионизационные потери и распад «на лету». Значительная часть ^.-мезонов поэтому доходит до уровня моря и проникает вглубь земли, причём в земле (или воде) потери за счёт распада ничтожны. Процесс образования 6-электронов'(иони-вация) становится здесь почти единственной причиной торможения (во всяком случае, при энергиях до 1010 эв, выше K-jpbix уже сильно сказывается тормоз-

 

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630


Большая Советская Энциклопедия Второе издание