Некоторые характеристики космического излучения на уровне моря

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу «Физика атомного ядра и частиц» для студентов III курса,
обучающихся на бакалавров по направлениям 011200 «Физика» и 22320 «Техническая физика»

 

 

Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии

С качеством предоставленного оригинал-макета

 

 

Подписано к печати 05.11.2012. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл.печ.л. 9,01. Уч.-изд.л. 8,16. Заказ. Тираж 100 экз.
	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Издательства Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: [phone], www.tpu.ru

 

Оглавление

Предисловие ……………………………………………………

Введение …………………………………………………………

1. Первичное космическое излучение ………………………………

1.1. Состав первичного космического излучения ………………

1.2. Энергетический спектр первичного космического излучения

1.3. Источники космических лучей ……………………………………

Прохождение космических лучей через атмосферу Земли.

3. Лабораторная работа «Измерение углового распределения заряженной компоненты космического излучения» ……………………

3.1. Описание лабораторной установки ……………

3.2. Порядок выполнения работы ……………………………………..

3.3. Настройка аппаратуры ………………………………………

4.4. Проведение измерений ……………………………………………

3.5 Обработка и анализ результатов измерений …………………….

Лабораторная работа «Состав и интенсивность

различных компонент космических лучей» ……………………

4.1. Описание лабораторной установки …………………

4.2. Настройка аппаратуры ………………………………………

4.3. Проведение измерений ……………………………………………

4.4 Обработка и анализ результатов измерений …………………….

Список литературы ……………………………………………….

 

 

 

Предисловие

В предлагаемой для студентов физических специальностей лабораторных работах изучаются состав, интенсивность и угловое распределение заряженной компоненты космического излучения на уровне моря. Космические лучи - это потоки атомных ядер высоких энергий, приходящих на Землю из просторов Вселенной. Кроме того, к космическим лучам принято относить и вторичное излучение, возникшее в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов атмосферы Земли.

Другой целью этой работы является освоение некоторых средств и методов, используемых в экспериментальной ядерной физике для регистрации элементарных частиц.

 

 

 

Введение

Космические лучи это потоки быстрых заряженных частиц — протонов, электронов, ядер различных химических элементов, летящих в различных направлениях в космическом пространстве с релятивистской скоростью. Попадая в земную атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с ядрами атомов воздуха. В результате возникают потоки новых элементарных частиц.

Впервые указание на существование ионизирующего излучения внеземного происхождения было получено в начале XX века в опытах по изучению проводимости газов. Обнаруженный спонтанный электрический ток в газе не удавалось объяснить ионизацией, возникающей от естественной радиоактивности Земли. Наблюдаемое излучение оказалось настолько проникающим, что в ионизационных камерах, экранированных толстыми слоями свинца, все равно наблюдался остаточный ток. В 1911–1912 годах был проведен ряд экспериментов с ионизационными камерами на воздушных шарах. Австрийский физик В. Гесс обнаружил, что излучение растет с высотой, в то время как ионизация, вызванная радиоактивностью Земли, должна была бы падать с высотой. В опытах немецкого физика В. Кольхерстера было доказано, что это излучение направлено сверху вниз. В 1921–1925 годах американский физик Р. Милликен, изучая поглощение космического излучения в атмосфере Земли в зависимости от высоты наблюдения, обнаружил, что в свинце это излучение поглощается так же, как и гамма-излучение ядер. Милликен первым и назвал это излучение космическими лучами. В 1925 году советские физики Л.А. Тувим и Л.В. Мысовский провели измерение поглощения космического излучения в воде: оказалось, что это излучение поглощалось в десять раз слабее, чем гамма-излучение ядер. Л.В. Мысовский и Л.А. Тувим обнаружили также, что интенсивность излучения зависит от барометрического давления – открыли барометрический эффект. Опыты Д.В. Скобельцына с камерой Вильсона, помещенной в постоянное магнитное поле, дали возможность «увидеть», за счет ионизации, следы (треки) космических частиц. Д.В. Скобельцын открыл также ливни космических частиц. Л.В. Мысовский предложил использовать толстые фотоэмульсии для регистрации ядерного излучения. В ряде экспериментов было обнаружено, что в космических лучах есть как бы две различные по своей проникающей способности компоненты. Оказалось, что есть частицы, которые полностью поглощаются в 10 см свинца - их назвали мягкими. Остальные частицы, интенсивность которых после прохождения 10 см свинца оставалась практически постоянной, назвали жесткими. Впоследствии было установлено, что мягкую компоненту составляют электроны, а жесткую - мюоны. Дальнейшие опыты по изучению зависимости интенсивности излучения от высоты показали, что имеется максимум интенсивности космических частиц на высоте 20 км над уровнем моря. На больших высотах интенсивность космических лучей несколько уменьшается, а затем, начиная с высоты 60 км, становится постоянной.

Эксперименты в космических лучах позволили сделать ряд принципиальных для физики микромира открытий. В 1932 году американский физик К. Андерсон открыл в космических лучах позитрон, а в 1937 году были открыты мюоны и указан тип их распада. В 1947 году открыли - мезоны. В 1955 году в космических лучах установили наличие К-мезонов, а также и тяжелых нейтральных частиц - гиперонов. Квантовая характеристика «странность» появилась в опытах с космическими лучами. Эксперименты в космических лучах поставили вопрос о сохранении четности, обнаружили процессы множественной генерации частиц в нуклонных взаимодействиях, позволили определить величину эффективного сечения взаимодействия нуклонов высокой энергии. Появление космических ракет и спутников привело к обнаружению радиационных поясов Земли (1958 г., С.Н. Вернововым, А.Е. Чудаковым и, независимо от них в том же году, Д. Ван-Алленом) и позволило создать новые методы исследования галактического и межгалактического пространств.

Физика космических лучей изучает широкий спектр вопросов:

1. проблемы собственно ядерной физики и физики элементарных частиц уже в области сверхвысоких энергий (> 10³ ГэВ), поскольку появились ускорители с энергией в тысячи ГэВ;

2. явления, связанные с взаимодействием космических лучей с космическими объектами, планетами, их атмосферой и магнитными полями;

3. процессы рождения космических лучей и их ускорения в космическом пространстве.