Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 17 стр.

                                 60                                                                       17
       Излучение, приходящее непосредственно из космоса, называют        где En , Em – энергии стационарных состояний, между которыми про-
первичным космическим излучением. Исследование его состава показа-       изошел переход.
ло, что первичное излучение представляет собой поток протонов (бо-             Данные постулаты эксперимен-
лее 90%), ядер атомов гелия (около 7%) и атомов более тяжелых            тально были подтверждены опытами              С1        С2 A
элементов с Z>20 (около 1%), движущихся со скоростями, близки-           немецких       физиков Дж.Франка и
ми к скорости света. Энергия большинства частиц лежит в пределах         Г.Герца. В трубке, заполненной парами К       1     2     3    G
от 109 до 1012 эВ. При h>50 км интенсивность космического излу-          ртути при малом давлении (давление
чения постоянна; на этих высотах наблюдается лишь первичное излу-        приблизительно равно 13 Па) содер-             Рис.7.1.
чение.                                                                   жатся катод (К), две сетки (С1 и С2),
       Вторичное космическое излучение образуется в результате взаи-     анод (А). Исследовалась зависимость силы тока I от ускоряющего по-
модействия первичного космического излучения с ядрами атомов зем-        тенциала U между катодом и сеткой С1. Электроны, вылетающие из
ной атмосферы. Во вторичном космическом излучении встречаются            катода за счет термоэлектронной эмиссии, разгонялись в электриче-
практически все известные элементарные частицы. На высотах ниже 20       ском поле между катодом и сеткой С1, приобретая энергию mυ
                                                                                                                                      2
                                                                                                                                          .
                                                                                                                                         = eU
км космическое излучение является вторичным; с уменьшением h его                                                                     2
интенсивность понижается вследствие поглощения.                          Между сеткой С2 и анодом приложен небольшой (примерно 0,5 В)
       В околоземном пространстве существуют области, в которых ин-      задерживающий потенциал. Электроны, ускоренные в области 1, по-
тенсивность потока заряженных частиц, захваченных магнитным полем        падают в область 2 между сетками, где испытывают соударения с
Земли, превышает интенсивность первичного потока космического излу-      атомами паров ртути. Электроны, которые после соударений имеют
чения в сотни миллионов раз. Эти области названы радиационными поя-      достаточную энергию для преодоления задерживающего потенциала в
сами. Установлено, что радиационный пояс Земли представляет собой        области 3, достигают анода.
единое образование. Внутренняя граница радиационного пояса в плоско-           При увеличении ускоряющего потенциала от 0 до 4,9 В гальва-
сти экватора находится на расстоянии 600 км от поверхности Земли в за-   нометр показал монотонный рост анодного тока. При значениях
падном полушарии и около 1600 км в восточном. Внешняя граница пояса      U≥4,9 В ( и кратных ему значениях U≥ 9,8 В; 14,7 В;…) на кривой I(U)
в плоскости экватора находится на расстоянии 8–10 радиусов Земли. Не-    появляются спады (рис.7.2). Это объясняется тем, что атомы ртути
симметричное расположение радиационного пояса Земли объясняется          могут находиться только в состоянии с энергиями E1, Е2, Е3, и т.д., а
тем, что движение заряженных частиц определяется структурой магнит-      воспринимают энергию ΔЕ= Е2– Е1. В данном случае ΔЕ=4,9 эВ (элек-
ного поля Земли.
                                                                         тронвольт). Пока энергия электрона mυ 2 / 2 < ΔE , соударения элек-
                     В составе вторичного космического излучения
               можно выделить два компонента: мягкий (сильно по-         тронов с атомами упругие, т.е. электрон при соударении не теряет
               глощается свинцом) и жесткий (обладает в свинце           энергию. Поэтому он преодолевает тормозящее поле в области 3 и
               большой проникающей способностью).                        долетает до анода (ток растет). При mυ 2 / 2 = ΔE =4,9 эВ соударение
                     Мягкая компонента состоит из каскадов, или лив-                             электрона с атомом ртути неупругое. Элек-
                                                                         I                       трон отдает энергию атому и не может пре-
               ней электронно-позитронных пар. Образовавшийся при
               ядерном взаимодействии или торможении быстрого                                    одолеть тормозящее поле. Ток падает.
               электрона γ-фотон, пролетая вблизи атомного ядра, со-                                   Таким образом, опыты Франка и Герца
               здает пару электрон-позитрон с высокой кинетической                               показали, что электроны при столкновении с
               энергией (рис.27.1). Торможение этих частиц приводит к                            атомами ртути передают атомам только оп-
                                                                                                 ределенные порции энергии, причем 4,9 эВ –
               появлению новых γ-фотонов, которые образуют новые
                                                                                                 наименьшая возможная порция энергии (наи-
               пары и т. д. Процессы рождения пар и возникновения γ-
                                                                         0    4,9 9,8 14,7 U, В  меньший    квант энергии), которая может
               квантов чередуются друг с другом до тех пор, пока энер-
                                                                                 Рис.7.2.        быть поглощена атомом ртути в основном