Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Мая 2013 в 18:47, реферат
Для изучения космических лучей широко используются методы и приборы, разработанные ядерной физикой. При этом хорошо известные методы магнитного анализа импульсов частиц и метод определения проникающей способности излучений путем исследования их поглощения в различных веществах претерпевают очень интересную трансформацию. Магнитное поле Земли служит естественным анализатором импульсов космических частиц (так называемый метод «широтного эффекта»), а земная атмосфера – поглотителем. Явления, вызываемые какой-нибудь космической частицей очень высокой энергии в атмосфере иногда охватывают десятки квадратных километров, и для их регистрации приходится строить огромные установки.
Введение 1
Теоретические сведения 3
Важнейшие этапы в изучении космических лучей 3
Характеристики космических лучей 5
Теорема Лиувилля 7
Классификация космических лучей 8
Солнечные космические лучи 9
Галактические и метагалактические космические лучи 13
Происхождение 13
Состав и траектория 15
Энергетический спектр 17
Вторичные космические лучи 19
Взаимодействие первичных космических лучей с атмосферой 19
Частицы, составляющие вторичные космические лучи 22
Применение 24
Роль космических лучей в ядерной физике и астрофизике 24
Роль космических лучей в изучении дальнего и ближнего космоса 25
«Рентгеноскопия» 27
Радиоуглеродная датировка в археологии 29
Применение космических лучей для связи 30
Список литературы 34
Огромным преимуществом такой технологии «рентгеноскопии» является то, что космические лучи поступают на Землю постоянно, поэтому исследователям не нужно беспокоиться об источниках излучения.
Нейтроны космических
лучей, взаимодействуя с
Радиоуглерод содержится в воздухе в форме
углекислоты, как и обычный углерод 12С,
в пропорции 14С:12С»1:1012. Так как химические
свойства всех изотопов углерода очень
близки, такая же их пропорция сохраняется
и в растениях, усваивающих атмосферную
углекислоту, и в организме животных, питающихся
растениями. Таким образом, животные и
растения обладают крайне слабой, но поддающейся
измерению радиоактивностью.
После смерти животного или растения поглощение
углерода прекращается и активность 14С
в останках постепенно уменьшается (вдвое
за каждый период полураспада, т. е. за
каждые 5730 лет). Сравнивая радиоактивность
ископаемых органических остатков (отнесенную
к 1 г углерода) с радиоактивностью современных
растений или животных, можно определить
степень распада 14С, а, следовательно,
и возраст остатков.
Для проверки справедливости этой идеи
были проведены измерения с объектами
известного возраста, в частности с образцами
дерева из гробниц египетских фараонов
Джосера и Спофру. Измеренная активность
14С хорошо соответствовала известным
из рукописей датам смерти этих фараонов
(примерно 2700—2625 лет до нашей эры).
Результаты подобных опытов доказали,
что удельное содержание 14С в углекислоте
воздуха за последние 50— 100 тысяч лет оставалось
неизменным и что действительно после
смерти организма углеродный обмен не
происходит. Этим была заложена основа
так называемого радиоуглеродного метода
определения возраста (датировки), который
теперь довольно широко и с большой пользой
применяют в археологии.
Основная проблема для межзвёздной связи - это огромные расстояния и малость в масштабе космоса скорости радиолуча. Из-за этого сообщения из одной звёздной системы в другую шли бы годы и столетия. Ведь радиолуч движется в космосе со скоростью света. Согласно теории относительности ничто в мире и не может двигаться быстрее света. Но в последние десятилетия уверенность в этом ослабла.
Появились данные, говорящие о движении со скоростями большими скорости света. Расстояния до Венеры, определённые советскими и американскими радиолокационными станциями, систематически различались на величину большую погрешности измерений. Как показал Брайан Уоллес расхождения исчезают, если считать скорость радиолуча не постоянной, а вычислять её по классическому закону сложения скоростей источника и света, предложенному век назад Вальтером Ритцем в его баллистической теории.
В созданной ровно век назад, в 1908 г., баллистической теории Вальтер Ритц предположил, что источник передаёт свою скорость свету, подобно тому как в механике скорость орудия дополнительно сообщается выстрелянному снаряду. Это положение сразу объясняло отрицательный результат опыта Майкельсона и аберрацию звёздного света и приводило к возможности преодолеть световой барьер.
Определяемые из радиолокационных данных скорости и ускорения аппаратов «Пионер» не согласуются с расчётными на основе известного расстояния до них. Проблему решает учёт зависимости скорости радиосигнала от скорости источника.
О возможности превышения скорости света говорят и непосредственные измерения скорости частиц космического излучения и частиц в ускорителях. Так, если для измерения скорости частиц применять не релятивистские формулы, дающие на основании известной энергии частицы скорость всегда меньшую C, а непосредственно делить путь частицы L на время пути T, то порой находимая таким образом скорость V=L/T заметно превосходит скорость света C. Например, английские физики не раз фиксировали сигналы, заметно опережающие приход ливня вторичных частиц, движущихся с околосветовыми скоростями (Барашенков В.С. "Вселенная в электроне", М., 1988). Тот же результат давали и датчики, помещённые на разной высоте, если поделить расстояние L меж ними на время T между моментами регистрации ими одной и той же лавины частиц. Наконец, даже известные измерения продления времени жизни быстро движущихся мезонов в космических ливнях, проходящих неожиданно большие расстояния L, можно истолковать не релятивистским растяжением времени жизни мезонов из T в T'=L/V, где V - порядка скорости света C, а огромной скоростью V частицы, которая много больше световой, при неизменном времени жизни мезона T.
Даже в существующих наиболее мощных земных ускорителях-синхротронах, возможно, давно получены электроны, движущиеся со сверхсветовыми скоростями. В самом деле, если непосредственно поделить путь частицы, проходимый ею за один оборот и равный длине кольца ускорителя πD, на период изменения ускоряющего поля T, равный периоду обращения частицы, то при известных диаметрах синхротронов в сотни метров и применяемой частоте ускоряющего поля f=1/T в 3-30 МГц, получим скорости электронов V= πDf порядка двух-десяти скоростей света. Это согласуется и с оценками скорости частиц по их энергиям, если искать скорости по классической формуле E=MV2/2. В самом деле, уже для электронов с энергией в несколько MэВ, скорость должна многократно превышать световую, поскольку для электрона величина MС2=0,5 MэВ.
Радиосигнал, идущий со скоростью света, затрачивает на преодоление межзвёздных расстояний года и столетия. Частицы же космических лучей, вполне возможно, движутся со сверхсветовыми скоростями, что позволит с их помощью передавать в космосе сообщения с задержкой лишь на месяцы и часы.
Принцип лучевой связи можно представить следующим образом:
Передатчик космических лучей, по всей видимости, должен состоять из источника частиц, затем устройства, модулирующего их поток по плотности, дабы закодировать в нём полезный сигнал, и, наконец, мощного линейного ускорителя, разгоняющего частицы до сверхсветовых скоростей и выстреливающего их в космическое пространство. Передатчик должен быть точно нацелен на приёмник, который представляет собой детектор соответствующих частиц космического излучения.
По всей видимости, сверхэнергичные частицы космических лучей можно применять и в качестве рабочего вещества в звездолётах. Как известно, эффективность использования массы рабочего вещества в ракетах пропорциональна скорости выброса реактивной струи. Поэтому использование частиц, вылетающих из дюз корабля со скоростью, многократно превышающей световую, позволяло бы кораблям летать с минимальным запасом топлива и весьма большим эффективным грузом.
Космолучевой двигатель должен, по всей видимости, тоже представлять собой мощный ускоритель, питаемый электрической энергией от корабельного реактора. Прообразом таких двигателей являются уже существующие экспериментальные корабли с электрическими плазменными и ионными двигателями, а также ядерные ракетные двигатели. Однако их разработка во многом тормозится использованием химических ракетных двигателей и отсутствием достаточно мощных и компактных источников питания