§ 237. Космическое излучение (космические лучи)

Гл. XXV. Элементарные частицы

607

препаратов. Наличие этого тока доказывало, что какое-то из-

лучение постоянно создает в камере ионизацию, получившую

название

о с т а т о ч н о й и о н и з а ц и и. Вначале пытались

объяснить остаточную ионизацию примесями радиоактивных ве-

ществ в почве и атмосфере. В этом случае остаточная иони-

зация должна была бы уменьшаться при удалении ионизацион-

ной камеры от поверхности Земли. Однако опыты, в которых

ионизационные камеры поднимались на аэростатах на большую

высоту, показали обратный результат. На высоте 9 км остаточная

ионизация оказалась в 40 раз большей, чем на уровне Земли.

Этот результат становится понятным, если допустить, что из-

лучение, создающее остаточную ионизацию, приходит на Землю

извне и на своем пути через атмосферу постепенно поглощает-

ся в ней. Дальнейшие опыты п о д т в е р д и л и в н е з е м н о е

происхождение излучения и показали также, что его интенсив-

ность слабо зависит от положения на небе Солнца, Луны и

других светил. Отсюда следовало, что излучение испускается не

каким-либо отдельным небесным телом, а приходит равномерно

со всех направлений мирового пространства. Ввиду этого излуче-

нию, вызывающему остаточную ионизацию, было дано название

космического излучения или космических лучей.

Природа космического излучения оказалась весьма сложной.

Только в пятидесятых годах, опираясь на результаты многочис-

ленных исследований, среди которых видное место занимают

работы школы советского физика Д. В. Скобельцына, удалось

составить известное представление о картине этого явления в це-

лом. По современным представлениям п е р в и ч н о е к о с м и-

ч е с к о е излучение, т. е. излучение, приходящее из мировых

глубин в земную атмосферу, состоит из быстро движущихся

положительно заряженных частиц — протонов — и в меньшем

числе — α-частиц и других ядер. Энергия первичных частиц

космического излучения огромна — она измеряется миллиардами

электронвольт, а в некоторых случаях доходит даже до фантасти-

ческих значений 10

21

эВ; при этом чем больше энергия частицы,

тем меньше встречается таких частиц в первичной компоненте.

Относительно механизма ускорения, путем которого во Вселен-

ной образуются частицы такой огромной энергии, существует

ряд предположений, исследование которых продолжается.

Из первичного космического излучения только малая доля

доходит до поверхности Земли. Подавляющая часть первичных

частиц еще в верхних слоях атмосферы сталкивается с ядра-

ми атомов, входящих в состав воздуха. Ввиду громадной энер-

гии первичных частиц такие соударения приводят к расщепле-

608

Гл. XXV. Элементарные частицы

нию атомных ядер с испусканием быстрых нейтронов, протонов

и α-частиц. Кроме того, соударения частиц большой энергии

с ядрами сопровождаются образованием новых частиц — раз-

личных мезонов и гиперонов (см. § 234). В зависимости от вида

гипероны превращаются в мезон и нуклон (нейтрон или протон).

Мезоны превращаются в к о н е ч н о м с ч е т е в электроны,

позитроны или γ-кванты.

Итак, в результате соударения быстрой п е р в и ч н о й ча-

стицы с атомным ядром образуется значительное количество

в т о р и ч н ы х частиц меньшей энергии — протонов, нейтронов,

α-частиц, различных гиперонов и мезонов, электронов, позитро-

нов, γ-квантов. Пример такого процесса приведен на рис. 418.

Вторичные частицы, продвигаясь в атмосфере, в свою очередь

р а з м н о ж а ю т с я за счет ядерных расщеплений и других про-

цессов, примером которых служит образование электронно-по-

зитронных пар γ-квантами (см. § 223).

Наряду с размножением частиц в атмосфере происходит их

поглощение, аналогично тому, как происходит поглощение α-, β-

и γ-частиц при прохождении через вещество. В верхних слоях

атмосферы преобладающим процессом является размножение,

и число частиц космического излучения нарастает вплоть до

высоты

∼ 20 км над уровнем моря. Ниже этой границы главную

роль играет поглощение, и интенсивность излучения падает. Гра-

фик зависимости интенсивности космического излучения от вы-

соты приведен на рис. 421.

Рис. 421. Зависимость интенсив-

ности космического излучения

от высоты над уровнем моря.

На высотах выше 50 км присут-

ствует только первичная компо-

нента космического излучения,

приходящая из мирового про-

странства, и интенсивность из-

лучения не зависит от высо-

ты. Ниже 50 км интенсивность

вначале увеличивается за счет

образования вторичных частиц,

а затем падает за счет возраста-

ющего поглощения в атмосфере

Полная энергия, которую приносят космические лучи на Зем-

лю, весьма мала по сравнению с энергией, приносимой световым

излучением Солнца. Поэтому влияние космического излучения

жүктеу/скачать 6,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: