Երկիրն անընդհատ ռմբակոծվում է խոր տիեզերքից ընկնող բարձր էներգետիկ մասնիկների կողմից: Այդ մասնիկները հիմնականում բարձր էներգիայի պրոտոններ են՝ հելիումի միջուկների ավելի ծանր միջուկների և էլեկտրոնների փոքրաքանակ տարրերի հետ միասին: Էներգետիկ տիրույթը հսկայական է, և որոշ մասնիկներ ունեն 1020 էՎ-ից բարձր էներգիաներ:

Այս առաջնային տիեզերական ճառագայթները հասնում են Երկիր մոտավորապես սանտիմետր քառակուսուն վարկյանում մեկ մասնիկ ինտենսիվությամբ: Դրանք բախվում են ատոմների հետ մթնոլորտում և առաջացնում են նորաստեղծ երկրորդային մասնիկների հեղեղներ, որոնց արգասիքները հասնում են Երկիր: Մթնոլորտի վերին շերտերում տեղի ունեցող սկզբնական փոխազդեցությունների արդյունքում առաջանում են լիցքավորված և չեզոք պիոններ: Լիցքավորված մասնիկները քայքայման արդյունքում վերածվում են մյուոնների և մյուոնային նեյտրինոների, մինչդեռ չլիցքավորված պիոնները վերածվում են բարձր էներգիայի պրոտոնների զույգերի, որոնք դառնում են էլեկտրոնների, պոզիտրոնների և գամմա ճառագայթների լայն հեղեղների առաջացման աղբյուր: Երկրի մակերեսին առաջացրած մասնիկների հոսքը բաղկացած է հիմնականում այս մյուոններից և էլեկտրոններից/ պոզիտրոններ մոտավորապես՝ 75-ից մինչև 25 տոկոս հարաբերությամբ:

Մյուոններն իրենց էներգիան կորցնում են աստիճանաբար՝ իոնացնելով այն նյութը, որի միջով անցնում են: Քանի որ դրանք մեկնարկում են բարձր էներգիաներով,մինչև իրենց էներգիայի սպառվելը կարող են իոնացնել բազում իոններ: Ինչպես նաև, քանի որ դրանք շարժվում են գրեթե լույսի արագությամբ, շատ արագ իոնացվելու հակում չունեն և հետևաբար կարող են շարժվել մի քանի մետր կապարի միջով մինչև կանգ առնելը:

Պրոցեսն էլեկտրոնների դեպքում փոքր ինչ տարբեր է: Տեսությունը ցույց է տալիս, որ նյութի իոնացումը ռելատիվիստիկ էլեկտրոնների էներգիայի կորստի հիմնական մեխանիզմը չէ, բարձր էներգիայի էլեկտրոններն ավելի հեշտ են էներգիա կորցնում էլեկտրամագնիսական ռադիացիա առաջացնելու միջոցով, քանի որ դրանք դանդաղում են նյութի առկայության դեպքում: Եթե իոնացումը էլեկտրոնները դանդաղեցնելու հիմնական մեխանիզմը հանդիսանար, ապա դրանք կարող էին մյուոնների համեմատական ներթափանցելու հատկություններ ունենալ, սակայն էներգիայի ռադիոակտիվ կորստի մեխանիզմը հաստատում է, որ մոտ 15 սմ կապարը բավական է դրանք կանգնեցնելու համար:

Էներգիայի կորստի հատուկ մեխանիզմը թույլ է տալիս մասնիկների հոսքը ծովի մակերեսին բաժանել երկու հիմնական բաղադրիչների: Վերգետնյա հոսքի ներթափանցող մյուոնային հատվածը կոչվում է «կոշտ» բաղադրիչ , իսկ հեշտությամբ կլանվող էլեկտրոնային մասը՝ «փափուկ» բաղադրիչ:

Էլեկտրոմագնիսական հեղեղներ

Չեզոք պիոնի բաժանումը մեկ զույգ բարձր էներգիայի գամմա ճառագայթների հանդիսանում է էլեկտրոնների, պոզիտրոնների, և այլ գամմա ճառագայթների հեղեղի առաջացման սկզբնաղբյուրը: Այս հեղեղը հայտնի է էլեկտրամագնիսական հեղեղ անվամբ: Պրոցեսը մեկնարկում է, երբ գամմա ճառագայթներից մեկն անցնում է ատոմի միջուկի մոտով: Չնայած գամմա ճառագայթն էլեկտրական լիցք չունի, դրա էլեկտրամագնիսական դաշտը թույլ է տալիս փոխազդել միջուկի հզոր էլեկտրամագնիսական դաշտի հետ՝ էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի առաջացման համար: Զույգի առաջացման համար պահանջվող էներգիան մոտ 1 ՄէՎ է, գամմա ճառագայթները կարող են ունենալ այդ էներգիայի հազարապատիկը և հետևաբար առաջացած էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգը կարող է շարունակել կիսել ստեղծվող գամմա ճառագայթի գրեթե ողջ էներգիան: Եթե այս արագ շարժվող էլեկտրոնները և պոզիտրոնները շարունակեն անցնել այլ միջուկների մոտով, դրանք կարագացվեն՝ պայմանավորված պրոտոնների դրական լիցքով: Արագացված լիցքավորված մասնիկը կառաջացնի էլեկտրամագնիսական ճառագայթում: Ինտենսիվ արագացումը կարող է առաջացնել այլ գամմա ճառագայթներ՝ ընդունակ առաջացնելու ավելի շատ էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգեր: Զույգերի առաջացման ցիկլը և գամմա ճառագայթների առաջացումը շարունակվում է՝ սկզբնական գամմա ճառագայթի էներգիան վերջնականում վերածելով բազում մասնիկների:

Պրոցեսի սխեման ներկայացված է նկար 1-ում:

Նկ 1. Էլեկտրոնների առաջացրած էլեկտրամագնիսական հեղեղի սխեման

Հեղեղների առաջացումը դադարում է, երբ էներգիայի բաժինները բավականին փոքրանում են, այնքան, որ էլեկտրոններն այլևս արդյունավետ ճառագայթման ընդունակ չեն. համեմատաբար դանդաղ շարժվող էլեկտրոններն այնուհետև կանգ են առնում ստանդարտ իոնացման պրոցեսների միջոցով: Էլեկտրոնի այն էներգիան, որի դեպքում էներգիայի կորստի հիմնական մեխանիզմը փոխվում է ճառագայթման կորուստներից իոնացման կորուստների, հայտնի է որպես Ec կրիտիկական էներգիա: Կապարի մեջ էլեկտրոնների կրիտիկական էներգիան մոտ 7.6 ՄէՎ է:

Մինչդեռ էլեկտրամագնիսական հեղեղն օդում կարող է տարածվել մեծ տարածությունների վրա, պինդ մարմինների մեջ , որտեղ ատոմների քանակը մեկ սանտիմետր մակերեսում ավելի մեծ է, այն շատ ավելի փոքր մակերես է զբաղեցնում: Եթե նյութը կազմված է բարձր ատոմային համարով ատոմներից, ապա ավելի մեծ միջուկային լիցքերը կարող են հանգեցնել ավելի շատ արագացումների և այսպիսով հեղեղի պրոցեսը կարող է ավելի հեշտությամբ առաջանալ, քան կառաջանար ավելի ցածր ատոմային համարով նյութի մեջ:

Էլեկտրամագնիսական հեղեղները կապարում

1964թ-ի տիեզերական ճառագայթման զարգացման պատմական ընկալման իր հայտնի աշխատության մեջ Բրունո Ռոսսին բնութագրում է այն կարևորագույն փորձերը, որոնք հանգեցրեցին այսօրվա պատկերին: Նա մանրամասն ներկայացնում է, թե ինչպես 1930թ-ին 30 տարեկանում նա կառուցեց իր սեփական Գեյգեր-Մյուլլեր հաշվիչները և մշակեց վակուումային խողովակների համընկման էլեկտրոնիկան՝ հնարավորություն ստանալու համար օգտագործել ԳՄ խողովակները տիեզերական ճառագայթների՝ խիտ նյութերի մեջ ներթափանցելու փորձերի մեջ: Նա հայտնաբերեց, որ ծովի մակարդակին գրանցվող ճառագայթման մեծ մասը կարող է անցնել 1 մ կապարի միջով:

Գրեթե միևնույն ժամանակ, Վիլսոնի խցիկներ կիրառող հետազոտողները զեկուցեցին խցիկի պատերին մոտ ակնհայտորեն երկրորդական մասնիկների առաջացման բազմաթիվ հետքերի բացահայտումների մասին: Ռոսսին հասավ դրան կապարե կաղապարի մեջ 3 ԳՄ խողովակների համընկման համակարգի եռանկյունաձև դասավորվածությամբ ՝ մասնիկների խմբերի առաջացումը գրանցելու համար: Համակարգը ներկայացված է նկար 2-ում:

Նկ 2. Ռոսիի սարքը՝ կապարի մեջ տիեզերական ճառագայթների հեղեղների հայտնաբերման համար

Եռանկյունաձև դասավորվածությունը կիրառվեց բացառելու համար մեկ մասնիկի միաժամանակյա գրանցումը բոլոր հաշվիչների կողմից: Նրան զարմացրեց համընկնումների մեծ քանակը, որը որոշ դեպքերում հասնում էր ժամում 35-ի: Երբ կապարի կաղապարի վերին մասը հեռացվեց, համընկնումների քանակը հասավ ժամում 2-ի: Նույնիսկ համընկնումների այս ավելի ցածր քանակն էր զարմանալի, քանի որ հաշվիչների պատահական համընկնումների վիճակագրությունը շատ ավելի փոքր արժեք էր նախատեսում(տես հավելված 1): Համընկման հիմնական քանակն այժմ կարելի է մեկնաբանել որպես հավիչներից վերև օդում առաջացած մասնիկների հեղեղներ:

Հետազոտություններ են կատարվել տեսնելու համար, թե ինչպես է համընկման մակարդակը փոփոխվում՝ կախված հաշվիչներից վերև տեղադրված կապարի խտությունից: Պարզ դարձավ, որ ինտենսիվությունը կայունորեն աճեց կապարի խտությանը համընթաց, հասնելով իր մաքսիմումին՝ 1-2 սմ միջև, այնուհետև կայունորեն ընկավ մինչև մաքսիմում արժեքի կեսը, երբ կապարի խտությունը աճեց մինչև 5 սմ(նկ3):

Նկ 3. Ռոսսիի ստացած հեղեղի կորը՝ ԳՄ խողովակների եռանկյունաձև դասավորվածության միջոցով
Համընկման ինտենսիվության կտրուկ նվազումը հեղեղի կորի գագաթակետից ներքև պարզ դարձրեց, որ մասնիկների խմբեր առաջացնող մասնիկները նույնը չէին, ինչ այն մասնիկները, որոնք կարող էին հեշտությամբ անցնել 1 մ կապարի միջով:

Էլեկտրամագնիսական հեղեղներում տեղի ունեցող գործընթացների նկարագրությունը մշակվեց հետագա տարիների ընթացքում: Դիրակն արդեն կանխագուշակել էր պոզիտրոնների գոյությունը և Կառլ Անդերսոնը ներկայացրել էր դրական էլեկտրոնների կոնդենսացիոն խոռոչների գոյության ապացույցը: 1934թ-ին Հանս Բեթեն և Վ. Հաիթլերը մանրամասն ուսումնասիրեցին թե ինչ կատարվեց, երբ լիցքավորված մասնիկն անցավ ատոմային միջուկի ուժեղ էլեկտրական դաշտի միջով: Նրանք հայտնաբերեցին, որ բարձր էներգիաներում, մասնիկը հավանաբար իր էներգիայի մի մեծ զանգված կարձակի ֆոտոնի տեսքով: Սկսվեց մշակվել դանդաղեցումից առաջացող բարձր էներգիայի գամմա ճառագայթների արտանետում (արգելակային ճառագայթում) և էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի հետագա նյութականացում: Տեսությունը ֆիզիկոսներին հնարավորություն տվեց հաշվարկել այն էլեկտրոնների և պոզիտրոնների բնութագրական թիվը, որոնք հավանաբար կառաջանան կապարի տվյալ խտության շերտի տակ, երբ ռելատիվիստիկ լիցքավորված մասնիկը կամ բարձր էներգիայի գամմա ճառագայթները մուտք գործեն դրա մեջ վերևից: Կապարի շերտի մեջ հեղեղի էլեկտրոնների քանակի գրաֆիկներն ունեին հատկանիշներ, որոնք համանման էին կլանիչի շերտի մեջ գրանցված համընկնումների քանակի հատկանիշներին (նկ. 4):

Նկ 4. Կապարե կլանիչի տակ հեղեղի մասնիկների քանակի տատանումների տեսական կանխագուշակման օրինակ, որպես կապարի խտության ֆունկցիա (Ռոսսի (1-ից)):

Երկու կորերը կարող են համանման ձև ունենան, քանի որ 3 ԳՄ խողովակների միջոցով համընկնում գրանցելու հավանականույթունը անմիջապես պայմանավորված է սալերի տակ հայտնվող էլեկտրոնների քանակից:

Փորձարարական բազմաթիվ տվյալների վերլուծությունը ցույց տվեց, որ հեղեղի տեսությունը բավականաչափ բացատրում է հեղեղների բնույթը:

Ռոսսիի հեղեղի փորձի վերարտադրումը

Համապատասխան կապարե կլանիչներ կարելի է պատրաստել շենքերի կառուցման մեջ կիրառվող կապարե ջրատարերից: Սա աշխատում է բավարար, երբ ստանդարտ ԳՄ հաշվիչները միացված են համընկման համակարգում «Եվ» տրամաբանական էլեմենտի միջոցով: Համընկման հաճախականություններն ավելի փոքր են, քան Ռոսսիի մոտ, սակայն հեղեղի կորը լավ է զարգանում՝ ավելի մեծ ժամանակային ինտերվալների դեպում:

Մեր փորձնական հետազոտություններն առաջին իսկ անգամից տվեցին բավարար արդյունքներ:

Մենք քոլեջի շինարարական բաժնից ձեռք բերեցինք կապարե ջրատարի 24 20սմ x 20սմ թիթեղներ՝ յուրաքանչյուրը 1.8 մմ հաստությամբ:

Երեք MX168 ԳՄ խողովակները սկզբում դասավորված էին եռանկյունաձևև այնուհետև խաչաձև: (նկ 5):

Նկ 5. Հեղեղի կորի վերարտադրման փորձնական դասավորվածություն

Կոնֆիգուրացիաներն այնպիսին էին, որ շատ փոքր էր հավանականությունը, որ մեկ մասնիկը կաշխատեցնի բոլոր 3 ԳՄ խողովակները: Խողովակների եռանկյունաձև դասավորվածությունը պայմանավորված էր ԳՄ խողովակի տակդիրների չափսով, խաչաձև դասավորվածությունը թույլ էր տալիս խողովակներն իրար ավելի մոտ տեղադրել և առաջացնում էր համընկման ավելի մեծ հաճախականություն: Երկու դասավորվածությունների դեպքում էլ առաջանում էր համեմատական համընկման հաճախականություն՝ հեղեղ արտադրող կլանիչների բացակայության դեպքում:

Կապարե կլանիչները տեղադրված էին ստանդարտ լաբորատորային Բունսենյան այրիչի շտատիվի վրա:

ԳՄ խողովակները գործարկվում էին Unilab ԳՄ խողովակների EHT բլոկներով, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի 4Վ իմպուլսային ելակետային ազդանշան և 30 մ.ս ստանդարտ լայնություն: Երեք իմպուլսային ելակետային ազդանշանները կապված էին 3 մուտքային տրամաբանական «Եվ» էլեմենտներին, 7410 չիպերի 2 տրամաբանական էլեմենտ «Եվ-ՈՉ-ի» -ի կիրառմամբ: «Եվ» տրամաբանական էլեմենտի ելակետը այնուհետև առաջացրեց Unilab թվային դրսևորում:

Հաշվարկը ցույց տվեց, որ «պատահականների» սպասված քանակը` 3 առանձին ԳՄ խողովակների իմպուլսների համաժամանակյա դրսևորումներով պայմանավորված կեղծ համընկնումները, կկազմեն ժամում 5 x 10-7 , այսինքն պատահական դրսևորումները կլինեն չնչին (տես հավելված 1):

Քանի որ Ռոսսին հաշվի առավելագույն արագությունը ստացավ 1 և 2 սմ կապարի միջև, մենք ջրատարի 10 թերթեր տեղադրեցինք շտատիվի վրա և ստացանք մոտավորապես ժամում 4համընկմնան հաճախականություն: Այնուհետև մենք հեռացրեցինք 10 թերթերը և առանց կլանիչների կատարեցինք համակարգում ողջ օրվա համար: Մենք ստացանք 8 համընկնումներ 24 ժամում ՝ առանց կապարի: Մենք հասկացանք, որ պարզապես մեր սարքավորումն այնքան զգայուն չէ, որքան Ռոսիինը, սակայն որոշեցինք շարունակել: Սկզբում մենք որոշեցինք յուրաքանչյուր ցուցիչի համար կատարել 24 ժամյա հաշվարկ և մեծացնել կապարի հաստությունը օրը երկու թերթիկով: Շուտով պարզ դարձավ, որ քանի դեռ ընդհանուր հաշվարկի արագությունը ցածր է, մեր հապճեպ փորձը առաջացրեց հեղեղի կոր միևնույն հատկանիշներով, ինչպիսին Ռոսիի հաշվարկի մեջ են: Մենք հայտնաբերեցինք, որ ԳՄ խողովակները մոտ 3 սմ կապարի տակ տեղադրելով ավելի բարձր հաշվարկի արագություն ստացանք, որը մեզ թույլ տվեց հաշվել 12 ժամ ժամանակահատվածի համար: Տիպիկ գրաֆիկ է ներկայացված նկար 6-ում:

Նկ 6. Փորձարարական հեղեղի կորի օրինակ, որը ստացվել է նկար 5-ում ներկայացված սարքավորման կիրառմամբ

Ստացված գրաֆիկների պիկերը տեղի ունեցան մոտ 10 թերթերի վրա (18 մմ), գրաֆիկի վրա միևնույն տեղերում ինչպես Ռոսսի մոտ: Հավելված 2-ում գործընթացի պարզեցված բացատրության մեջ առաջարկվում է, որ գրաֆիկի պիկը պետք է հայտնվի խտությունmax-ի վրա՝ ըստ հետևյալ հավասարման՝

Որտեղ t-ն չափվում է LR ռադիացիոն երկարություններով, E0 մտնող մասնիկի էներգիան է և Ec –ն կրիտիկակական էներգիան է այն նյութի համար, որից նեևքև էլեկտրոնները առավել հակված են էներգիա կորցնել սովորական իոնացման, քան արգելակման գործընթացների միջոցով: Հավասարումը ձևափոխվում է.

Կապարի էլեկտրոնների համար կիրառելով LR = 0.56 սմ և Ec = 7.6 ՄէՎ հաստատուն արժեքները գրաֆիկի պիկը 1.8 սմ-ի վրա համապատասխանում է 3.21 ռադիացիոն երկարություններին: Վերևում բերված հավասարման արդյունքում ստանում ենք մոտավորապես 70ՄէՎ արժեք ընկնող էլեկտրոնների միջին էներգիայի համար:Սա զգալի արժեք է, նկատի առնելով, որ դպրոցներում և քոլեջներում կիրառվող ստանդարտ ռադիոակտիվ աղբյուրներն ունեն ընդամենը մի քանի ՄէՎ էներգիա:

Ռոսսիի մոտ պիկի համընկման հաճախականությունը մերինից 4 անգամ մեծ էր: Մենք ենթադրում ենք, որ նա ուներ գրանցման ավելի մեծ տարածություն և/կամ ԳՄ խողովակներ, որոնք ավելի զգայուն էին ռադիացիայի նկատմամբ: Մեր MX168 խողովակներն ունեին մոտ 4 սմ զգայունության երկարություն և մոտ 2 սմ տրամագիծ, որը տալիս է գրանցման արդյունավետ մակերես՝ մոտավորապես 8 սմ2 մեկ խողովակին: Իր 1952թ-ին գրված գրքում՝ Բարձր Էներգիաների Մասնիկներ (4), Ռոսսին նկարագրում է տիպիկ ԳՄ խողովակներ, որոնք կիրառվում են տիեզերական ճառագայթների վաղ աշխատանքների մեջ, մոտ 30 սմ երկարությամբ և 2 սմ տրամագծով, որոնք տալիս են արդյունավետ գրանցման մակերես՝ մերինից մոտ 7 անգամ մեծ. հնարավոր է, որ հաշվի արագության մեջ տարբերությունը կարող է պայմանավորված լինել ԳՄ խողովակի չափսի տարբերություններով և դետեկտորների զգայունությամբ:

Հավելված 1. «Պատահականների» հաճախականության հաշվարկը համընկնումների համակարգերում
«Պատահական համընկնումներ տեղի են ունենում, երբ դետեկտորներից առանձին իմպուլսները պատահականորեն համընկնում են: Պարզ հավանականության փաստարկները կարող են կիրառվել՝ ստանալու համար համընկման հաճախականության սպասվող արժեքը:

(1) Երկու հաշվիչներ

Մենք ենթադրում ենք, որ յուրաքանչյուր հաշվիչ ունի dt տևողության ելքային իմպուլսներ: Դիտարկենք հաշվիչները որպես A և B: Եկեք ենթադրենք, որ իմպուլսը հասնում է հաշվիչ A-ին: Եթե հաշվիչ B-ն իմպուլս է արտադրում 2 dt ժամանակահատվածում, իմպուլս A-ից հետո, ապա կգրանցվի համընկնում, իրավիճակը ներկայացված է նկար 7-ում:

Figure 7. dt տևողության իմպուլսների համընկման ինտերվալները

Եթե A հաշվիչը առաջացնում է nA իմպուլսներ մեկ վարկյանում, ապա B-ի համար համընկնում առաջացնելու համար պահանջվող ընդհանուր ժամանակը կլինի վարկյանի 2nAdt մասը: Եթե B-ն առաջացնում է իմպուլսներ վարկյանում nB հաճախականությամբ , ապա երկար ժամանակահատվածի ընթացքում պատահական համընկնումների քանակը կարող է լինել.

(2) Պարամետրերի ընդլայնումը 3 A,B,C հաշվիչների վրա

Մենք ընդունում ենք, որ A հաշվիչն առաջինն է իմպուլս առաջացնում: Հավանականությունը, որ B-ի իմպուլսը կհամընկնի A-ի հետ, կստացվի հետևյալ հավասարմամբ.

Վերևում ներկայացված պարամետրի նման, հավանականությունը, որ երորդ C հաշվիչից եկող իմպուլսը կառաջանա A իմպուլսի սկզբի 2dt ժամանակահատվածի ընթացքում, կստացվեն հետևյալ հավասարմամբ.

Հավանականությունը, որ B և C-ն կառաջանան A –ի 2dt –ի ընթացքում, հետևաբար երկու հավանականությունների արդյունքն է.

Պատահականների սպասվելիք քանակը 3 հաշվիչներում, որոնք գործում են համաչափ հետևաբար կլինի.

Ինչևիցե, սա կլինի չափից դուրս պարզեցման մի մաս. այն անտեսել է այն իրավիճակները, երբ հաշվիչներից երկուսը կարող են գործարկվել միաժամանակ՝ մեկ մասնիկի երկուսի միջով անցնելու դեպքում և այնուհետև առաջացնել պատահական համընկնում երրորդի մեջ: Նմանատիպ իրավիճակները փաստորեն փոխում են թվային բազմապատկիչ գործոնը 4-ից ավելի մեծ արժեքի, սակայն ամբողջական dt2 գործոնը թողնում են անփոփոխ: Լիարժեք մաթեմատիկական մոտեցումը, որն ընդգրկում է Պուասոնի դասակարգման միջիմպուլսային ժամանակահատվածները, առաջացնում է միևնույն հավասարումը, սակայն 4-ի փոխարեն 3-ի բազմապատկման գործոնով:

Վերևում ներկայացված փորձի մեջ իմպուլսի dt լայնությունն ուներ 30 մվ. արժեքը: Յուրաքանչյուր հաշվիչում միջին հաշվարկի արագությունը րոպեում 20-ն էր: Վերևում ստացված հավասարման կիրառմամբ, մենք ստանում ենք հետևյալ պատահական հաճախականությունը՝

n(A.B.C) = 4.(20/60)3.(30 x 10-6)2 վարկյանում

=1.3 x 10-10 վարկյանում

n(A.B.C) = 4.(20/60)3.(30 x 10-6)2 վարկյանում

=1.3 x 10-10 վարկյանում

Սա դառնում է հետևյալ սպասումը. ժամում մոտ 5 x 10-7 պատահականներ

Հավելված 2. Էլեկտրամագնիսական հեղեղների տեսությունը

Էլեկտրամագնիսական հեղեղների պարզ մոդելը ներկայացված այստեղ մանրամասն նկարագրված է Մարտին և Շոույի հեղինակած Մասնիկների Ֆիզիկայի մեջ (3) և Ռոսսիի (4) Բարձր էներգիաների Մասնիկների մեջ:

1. Ռադիացիոն երկարություն

Կարելի է ցույց տալ, որ ռելատիվիստիկ էլեկտրոնների համար արգելակային ճառագայթմամբ պայմանավորված էներգիայի կորուստը մեկ սմ հետագծում ուղիղ համեմատական է մասնիկի էներգիային: Հարաբերությունը տրված է հետևյալ հավասարմամբ.

(1)

Որտեղ LR –ը կոչվում է նյութի ռադիացիոն երկարություն

m զանգվածի էլեկտրոնների ռադիացիոն երկարությունը, որոնք անցնում են1 սմ3-ով na ատոմային խտությամբ և Z ատոմային զանգվածով նյութով, տրված է հետևյալ հավասարման մեջ.

(2)

որտեղ a (=1/137) նուրբ կառուցվածքի հաստատունն է.

Հավասարում (1)-ից երևում է, որ սկզբնական կլանիչ մտնող E0 էներգիայով մասնիկը կունենա էներգիա տրված հետևյալ հավասարմամբ՝

կլանիչի միջով x սմ անցնելուց հետո:

Ռադիացիոն երկարությունը կարող է ընդունվել որպես այն նյութի միջին խտություն, որը իջեցնում է լիցքավորված մասնիկի միջին էներգիան e գործոնի միջոցով: LR-ի արժեքը կապարի մեջ էլեկտրոնների համար 0.56 սմ է, երկաթի համար՝ 1.8 սմ, իսկ ալյումինի՝ 8.9 սմ:

(2) հավասարումից երևում է, որ LR –ը համեմատական է զանգվածի քառակուսուն: Քանի որ մյուոնի զանգվածը էլեկտրոններից 200 անգամ մեծ է, դրա ռադիացիոն երկարությունը, հավանական է, որ պետք է էլեկտրոնի ռադացիոն երկարությունից բավականին մեծ լինի. սա բացատրում է, թե ինչու մյուոնի էներգիայի կորուստը արգելակման ճառագայթման միջոցով չնչին է համեմատած էլեկտրոնների հետ, հետևաբար մյուոնները կարող են շատ ավելի մեծ քանակի կլանիչ նյութի միջով անցնել մինչև կանգ առնելը:

Բարձր էներգիայի պրոտոնների կլանումը զույգերի առաջացման միջոցով ևս էքսպոնենտալ բնույթ ունի: I ֆոտոնների կոլիմացված փնջի թուլացման աստիճանը մեկ վարկյանում, ներկայացված է հետևյալ հավասարումներով.

Որտեղ l-ն է կլանիչի մեջ ֆոտոնի համար:

Ազատ վազքի երկարությունը ֆոտոնի զույգերի առաջացման միջոցով կլանման համար , կապված է էլեկտրոնների արգելակային ճառագայթման ռադիացիոն երկարությանը, հետևյալ հավասարմամբ.

Կարելի է նկատել, որ երկու բնորոշ երկարությունները արժեքներով համեմատական են:

Էլեկտրամագնիսական հեղեղների ընդհանուր հատկանիշները կարող են պայմանավորված լինել ֆոտոնների և էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգերի հաջորդական առաջացման պարզեցված մոդելով:

2. Հեղեղի պարզեցված մոդելը

Մոդելը հիմնված է հետևյալ սահմանափակումների վրա.

(i) մտնող լիցքավորված մասնիկներն ունեն E0 սկզբնական էներգիա, որը շատ ավելի բարձր է քան Ec կրիտիկական էներգիան, որից ներքև իոնիզացման կորուստները գերակայում են զույգերի առաջացման նկամամբ՝ E0 >> Ec

(ii) մենք ենթադրում ենք, որ E0 > Ec էներգիայով յուրաքանչյուր էլեկտրոն անցնում է մեկ ռադիացիոն երկարություն և այնուհետ տալիս է իր էներգիայի կեսը արգելակային ֆոտոնին

(iii) մենք ենթադրում ենք, որ Eg > Ec էներգիայով առաջացած յուրաքանչյուր ֆոտոն անցնում է մեկ ռադիացիոն երկարություն և այնուհետ ստեղծում է էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգ, որի յուրաքանչյուր մասնիկը խլում է բուն ֆոտոնի էներգիայի կեսը:

(iv) E < Ec էներգիայով էլեկտրոնները դադարում են ռադիացումը և այնուհետ իրենց էներգիայի մնացած մասը կորցնում են բախումների արդյունքում:

Պրոցեսը ներկայացված է նկար 8-ում.

Նկ 8. Պարզեցված էլեկտրամագնիսական հեղեղի մոդելը: t-ի արժեքները ներկայացնում են հաջորդական ռադիացիոն երկարությունները

Ճյուղավորման գործընթացի այս պարզ մոդելը ցուցադրում է, որ t ռադիոցիոն երկարություններից հետո, հեղեղը կընդգրկի 2t մասնիկներ: Այնտեղ կլինեն մոտավորապես հավասարաչափ էլեկտրոններ, պոզիտրոններ և ֆոտոններ, յուրաքանչյուրը միջին էներգիայով, ստացված հետևյալ հավասարմամբ՝

Հեղեղային պրոցեսը կտրուկ կանգ կառնի, երբ E(t) = Ec .

Կլանիչի հաստությունը, որի մեջ հեղեղային գործընթացը դադարում է , tmax, կարող է ներկայացվել սկզբնական և կրիտիկական էներգիաների հիման վրա, այսինքն՝

հետևաբար

և

Մոդելը ցույց է տալիս, որ հեղեղի առավելագույն խորությունը փոփոխվում է սկզբնական էներգիայի լոգարիթմին հակառակ, հատկանիշ, որը ստացվել է պրոցեսի ավելի բարդ մոդելներից և փորձարկման է ենթարկվել: Այն նաև կանխագուշակում է, որ հեղեղի կորը պետք է արագ հասնի առավելագույն արժեքին և այնուհետ իջնի մինչև զրո: Փորձարարական կորի լղոզված պիկը կարող է ներկայացվել մտնող մասնիկների էներգիաների տարածմամբ: Փորձը նաև ցույց տվեց, որ կորը վերջնականում զրոի չի հասնում, այլ ունի երկար պոչ: Երկար պոչը կարող է ներկայացվել որպես մյուոնների փոխազդեցության հետևանք, որոնք առաջացնում են դելտա էլեկտրոններ՝ նպաստող հեղեղային գործընթացին: