Предыдущая страница реферата | 1  2  3

Рис. 5 Солнечная гамма-вспышка. Спектр гамма-излучения, полученный одновременно аппаратурой с космических кораблей "Венера - 13"(1) и "Венера - 14" (2). Хорошо видно, что в районе энергий квантов 0,4 - 0,6 МэВ нарушается обычный (степенной) вид спектра гамма-излучения. Это связанно с "включением " другого механизма генерации гамма-квантов.

Естественно, что величина потока гамма-квантов и его временные характеристики зависят от целого ряда параметров, определяющих саму солнечную вспышку. Таких, например, как энергетический спектр СКЛ и его временная эволюция, распределение плотности вещества солнечной атмосферы в области ядерного взаимодействия, полная длина пути, которую проходят энергичные частицы до выхода в межпланетное пространство.

Наблюдение гамма вспышек позволяет определить все эти параметры. При этом важно то, что гамма-квант ы несут нам информацию о плотных вспышечных слоях солнечной атмосферы, куда нельзя заглянуть другим способом. Анализ солнечного гамма-излучения позволил независимо подтвердить относительность понятия спокойное Солнце, ибо даже в этом состоянии в атмосфере Солнца имеется достаточно возможностей для ускорения частиц до энергий в несколько миллионов электрон-вольт. Этого хватает для осуществления ядерных реакций синтеза элементов. Образованные при этом ядра являются источником квазинепрерывного спектра гамма-излучения Солнца в интервале энергий квантов от ~ 400 КэВ до 3 МэВ.

Солнечное гамма-излучение представлено в широком спектральном диапазоне. Это и непрерывное излучение в диапазоне энергий квантов от сотен КэВ до сотен МэВ. В основном такой непрерывный спектр гамма-излучения возникает как тормозное излучение ускоренных электронов при их распространении в атмосфере Солнца и как результат распада нейтральных пи-мезонов, которые образуются в результате ядерных взаимодействий ускоренных протонов и более тяжелых частиц СКЛ с ядрами элементов солнечной атмосферы.

Кроме непрерывного гамма-спектра от солнечных вспышек хорошо наблюдается дискретный спектр гамма-излучения. Он формируется за счет гамма-излучения возбужденных ядер элементов, составляющих солнечную атмосферу и за счет аннигиляционного излучения. Это один из самых мощных источников солнечного гамма-излучения в дискретном диапазоне энергий. И в теоретическом и в экспериментальном аспекте здесь давно и успешно работают ученые ряда ведущих российских институтов - таких как Институт космических исследований РАН, Московский инженерно - физический институт, Санкт - Петербургский Физико-технический институт РАН, Институт ядерной физики МГУ.

При взаимодействии СКЛ с веществом солнечной атмосферы в возбужденное состояние переходят не только ядра элементов, составляющих саму солнечную атмосферу, но и ядра, находящиеся в составе СКЛ, то есть частицы, движущиеся с огромными скоростями. Их возбужденное состояние также снимается гамма-излучением. Однако, поскольку, эти энергичные ядра имеют значительные скорости, то происходит "уширение" энергетического диапазона излучение. Это явление хорошо известно в волновых процессах любой природы как Доплер-эффект. На осуществление доплеровского уширения гамма-линий от солнечной вспышки впервые было указано сотрудниками отдела астрофизики Санкт-Петербургского Физико-технического института РАН. Из-за такого уширения происходит частичное перекрывание энергетического диапазона гамма-излучения от отдельных скоренных ядер. В силу этого, гамма-излучение, испускаемое такими, быстро движущимися ядрами, также образует как бы квазинепрерывный спектр.

Как следует из экспериментальной ядерной физики, реакции синтеза элементов могут протекать при относительно малых энергиях взаимодействующих частиц. Такие энергетические возможности, как уже неоднократно указывалось, очень часто, осуществляются в солнечной атмосфере. Исходя из результатов анализа, впервые осуществленного сотрудниками Института ядерной физики МГУ, можно даже утверждать, что процесс синтеза элементов в атмосфере Солнца фактически протекает непрерывно. При этом в солнечной атмосфере имеется практически весь известный в природе спектр исходных элементов.

Синтезированное ядро, как правило, "заявляет" о себе испусканием характерного гамма-кванта. Однако наблюдать при современных возможностях гамма-астрономии можно лишь такие синтезированные ядра, которые возникли при столкновении, достаточно обильных в атмосфере Солнца исходных элементов. Это, водород, гелий, углерод, азот, кислород, неон, железо. Существенно при процессе синтеза элементов в атмосфере Солнца то, что в узком энергетическом диапазоне возникает огромное количество гамма-квантов со столь малой разницей в их энергии, что требуются специальная, дорогостоящая аппаратура для их раздельного наблюдения.

Например, при взаимодействии ядер углерода и кислорода синтезированные изотопы (кремний, алюминий, неон, магний, натрий и.т.д. ) излучают в диапазоне энергий от 0,4 МэВ до 3 МэВ около 100 различных по энергии квантов. Плотность "заполнения" квантами этого энергетического диапазона при этом столь велика, что вполне уместно говорить о генерации квазинепрерывного гамма-спектра в процессе синтеза элементов.

Один из самых распространенных элементов в солнечной атмосфере - водород также не обойден как участник процесса синтеза элементов ещё и по другому ядерному "каналу". Хорошо известно, что среди продуктов ядерных реакций довольно часто присутствуют нейтроны. Возникая в атмосфере Солнца во время различных, указанных выше, активных процессах, нейтроны быстро достигают теплового равновесия с окружающей средой. После чего они эффективно захватываются, в основном водородом. В результате синтезируется тяжелый водород - дейтерий. В одной солнечной вспышке синтезируется в среднем около тонны дейтерия. Родившееся ядро дейтерия "успокаивается", испустив гамма-квант с энергией 2,223 МэВ, процесс этот получил название радиационный захват нейтрона.

Синтез дейтерия на Солнце и состояние солнечной плазмы в период вспышки

Особый интерес к регистрации гамма-квантов, излучаемых при радиационном захвате нейтрона ядром водорода, вызван тем, что происходит он на больших глубинах солнечной атмосферы-фотосфера и подфотосферные слои Солнца, куда проникают нейтроны и где они вступают в тепловое равновесие со средой. Поэтому гамма-кванты с энергией 2,223 МэВ содержат уникальную информацию о состоянии солнечной плазмы на этих глубинах. Кроме того, временной ход гамма-излучения от радиационного захвата нейтрона ядром водорода солнечной плазмы несет в себе информацию об энергетических спектрах как генерированных нейтронов так и ускоренных во вспышке частиц. Найти возможность разделить эти каналы информации - означает получить новый источник сведений об активных процессах на Солнце. Данное направление исследований сейчас активно разрабатывается в России, Китае, Японии и в США.

В настоящее время гамма-излучение, генерированное при радиационном захвате нейтрона водородом, хорошо регистрируется аппаратурой, устанавливаемой на космических кораблях и спутниках. Используя его, уже удалось в ряде случаев установить распределение плотности солнечной плазмы по глубине. Стало ясно, что во время солнечной вспышки распределение солнечной плазмы по глубине отличается от так называемой стандартной модели Солнца. В плазме возникают локальные уплотнения. При этом они возникают как под фотосферой так и над ней. Конечно, радиационный захват нейтрона может происходить не только на ядрах водорода. На ядрах более тяжелых элементов этот процесс идет даже более эффективно. Экспериментальные трудности здесь связаны с меньшими чем водород концентрациями этих элементов на Солнце.

В дальнейшем, с развитием экспериментальной гамма-астрономии, регистрация характеристического гамма-излучения от радиационного захвата нейтрона ядрами элементов более тяжелых, чем водород позволит определять концентрацию этих элементов на больших глубинах солнечной атмосферы.

Нейтроны, возникающие при ядерных взаимодействиях во время различных по мощности активных процессах на Солнце, распространяются не только вглубь солнечной атмосферы, но и выходят в межпланетное пространство, покидая Солнце, если энергия нейтрона к тому моменту превышает 2 КэВ (вторая космическая скорость для Солнца). При этом у Солнца возникает как бы постоянное окружение из нейтронов.

Нейтронная корона Солнца

Итак, ядерные процессы в атмосфере Солнца должны привести к возникновению нейтронной короны у Солнца. Нейтроны, составляющие корону, будут обладать различной энергией. От 2 КэВ до нескольких МэВ. Максимальный поток нейтронов в нейтронной короне будет при энергии в несколько сот КэВ.

Поскольку нейтрон - частица не стабильная (он живет около15 минут) то наблюдать нейтронную корону Солнца на орбите Земли в настоящее время не представляется возможным. Надо приблизится к Солнцу, чтобы обнаружить нейтронную корону. Очень вероятно, что при подлете к Меркурию солнечная корона будет обнаружена. Расстояние между Солнцем и Землёй без особых потерь для их полного числа будут преодолевать нейтроны с энергией более 100 МэВ. Такие нейтроны возникают во время мощных солнечных вспышек и при взаимодействии высокоэнергичных галактических космических лучей с солнечной атмосферой.

Регистрация высокоэнергичных нейтронов от взаимодействия галактических космических лучей с солнечной атмосферой открывает нам уникальную возможность зондировать пространство буквально вблизи самого Солнца, то есть тех мест, куда никакой космический корабль никогда приблизиться не сможет. Что мы могли бы узнать, регистрируя высокоэнергичные нейтроны от спокойного Солнца?

Дело в том, что поток таких нейтронов определяется интенсивностью галактических космических лучей вблизи солнечной поверхности. Величина её нам совершенно не известна. Между тем ясно, что магнитное поле Солнца будет существенно уменьшать интенсивность галактических космических лучей, способных проникнуть к её поверхности, по сравнению с их интенсивностью в межзвездном пространстве. Кроме того, длительная регистрация релятивистских нейтронов от спокойного Солнца позволит определить величину модуляции интенсивности галактических космических лучей в центральной области гелиосферы.

Скачали данный реферат: Turbin, Якубовский, Fenenko, Эмский, Chapaev, Должиков.
Последние просмотренные рефераты на тему: решебник 6 класс, договор дипломная работа, доклад по обж, реферат на тему русские.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3