Радиация в космосе реферат

Обновлено: 01.07.2024

Космические лучи – галактические и солнечные – создают радиационную среду в космосе. Её параметры, как мы видели, зависят не только от расстояния до Земли, от местоположения космического аппарата, но и от солнечной активности. Изменения радиационной обстановки, связанные с космическими лучами, нельзя не учитывать при конструировании спутников межпланетных аппаратов и орбитальных станций.

Файлы: 1 файл

Радиационная безопасность.docx

Читатель хорошо знает о космической одиссее американских астронавтов на Луну. Земляне в течение нескольких экспедиций путешествовали на Луну на космических аппаратах “Apollo”. Несколько дней астронавты находились в космическом пространстве, в том числе длительный промежуток времени – вне пределов земной магнитосферы.

Нил Армстронг (первый астронавт, вступивший на Луну) сообщил на Землю о своих необычных ощущениях во время полёта: порой он наблюдал яркие вспышки в глазах. Иногда их частота достигала около сотни в день (рис. 16.5). Учёные стали разбираться в этом явлении и быстро пришли к выводу, что ответственны за это… галактические космические лучи. Именно эти частицы высокой энергии, проникая в глазное яблоко, вызывают черенковское свечение при взаимодействии с веществом, из которого состоит глаз. В результате астронавт и видит яркую вспышку. Наиболее эффективно с веществом взаимодействуют не протоны, которых в составе космических лучей больше всех остальных частиц, а тяжёлые частицы – углерод, кислород, железо. Эти частицы, обладая большой массой, теряют значительно больше своей энергии на единицу пройденного пути, чем их более лёгкие собратья. Именно они и ответственны за генерацию черенковского свечения и возбуждение ретины – чувствительной оболочки глаза. Теперь это явление широко известно. Оно, вероятно, наблюдалось и до Н. Армстронга, только не все космические пилоты об этом сообщали на Землю.
Сейчас на борту Международной космической станции проводится специальный эксперимент по более глубокому изучению этого явления. Выглядит он так: на голову космонавта одевается шлем, начинённый детекторами для регистрации заряжённых частиц. Космонавт должен фиксировать момент прохождения частицы по наблюдаемым им вспышкам, а детекторы делают независимую “экспертизу” их пролёта через глаз и детектор. Световые вспышки в глазах космонавтов и астронавтов - пример того, как орган зрения человека – глаз – может служить детектором космических частиц.
Однако на этом неприятные последствия присутствия в космосе космических лучей высокой энергии не заканчиваются…

Где-то лет двадцать назад было замечено, что работа бортовых компьютеров спутников может нарушаться. Эти нарушения могут быть двух типов: компьютер может “ зависнуть”, а через некоторое время восстановиться, но иногда и выйти из строя. Опять-таки, изучая это явление, учёные пришли к выводу, что ответственны за него тяжёлые частицы ГКЛ. Так же, как и в с случае глазным яблоком, они проникают внутрь чипа и вызывают локальные, микроскопические нарушения в его “сердце” – чувствительной области полупроводникового материала, из которого он изготовлен. Механизм этого эффекта показан на рис. 16.6. В результате довольно сложных процессов, связанных с нарушением движения носителей электрических токов в материале чипа и происходит сбой в его работе (их называют “одиночными сбоями”). Это – неприятное явление для бортовой аппаратуры современных спутников, напичканных компьютерными системами, управляющими его работой. Как результат – спутник может потерять ориентацию или не выполнить необходимую команду оператора с Земли. В худшем случае, если нет на борту необходимой дублирующей компьютерной системы, можно спутник и потерять.

Обратите внимание на рис. 16.7. На нём изображена частота сбоев, наблюдающаяся на одном из спутников в течение ряда лет. Здесь также нанесена кривая солнечной активности. Налицо высокая корреляция обоих явлений. В годы минимума солнечной активности, когда поток ГКЛ максимален (вспомните явление модуляции), частота сбоев нарастает, и она падает в максимуме, когда поток ГКЛ минимален. Невозможно бороться с этим неприятным явлением. Никакая защита не спасает спутник от этих частиц. Уж слишком велика проникающая способность этих частиц с их громадными энергиями.
Даже наоборот, увеличение толщины обшивки космического корабля приводит к обратному эффекту. Нейтроны, образуясь в результате ядерных реакций ГКЛ с веществом, создают сильный радиационный фон внутри корабля. Эти вторичные нейтроны, взаимодействуя с материалом расположенным вблизи чипа, генерируют, в свою очередь, тяжёлые частицы, которые, проникая внутрь чипов, создают сбои.

Здесь необходимо напомнить читателю, что тяжёлые заряженные частицы встречаются не только в космических лучах. Они присутствуют и в составе радиационных поясов, особенно много их во внутренней, ближней к Земле, части. Здесь, есть и протоны и более тяжёлые частицы. И энергия их может превышать сотни МэВ. Теперь вспомним про Южно-Атлантическую аномалию, которая “провисает” над Землёй. Нетрудно представить, что электроника космического корабля, летающего на высоте километров в 500 должна “чувствовать” эти частицы. Так оно и есть. Взгляните на рис 16.8: вы можете на нём увидеть, что наибольшая частота сбоев наблюдается как раз в районе аномалии.

Аналогичное явление происходит и при мощных солнечных вспышках. Протоны и тяжёлые ядра в составе СКЛ могут вызвать в чипах такие же одиночные сбои. И они действительно наблюдаются. Один из таких примеров показан на рис.16.9: во время мощной солнечной бури 14 июля 2000г. (ввиду того, что она произошла 14 июля в день взятия Бастилии, ей присвоили имя “День Бастилии”) на магнитосферу Земли “обрушились” интенсивные потоки солнечных протонов, вызвавших сбои в работе спутников. Единственное спасение от ГКЛ – киллеров чипов – это технические средства, связанные с дублированием особо важных электронных элементов бортовой аппаратуры.
Не только инженеры, создатели бортовой электронной аппаратуры, обеспокоены присутствием в космосе высокоэнергичных космических лучей. Биологи также изучают механизмы воздействия этих частиц. Вкратце они выглядят следующим образом.
Вода, основное вещество биологических тканей, под действием радиации ионизируются, образуются свободные радикалы, которые могут разрушить молекулярные связи ДНК. Не исключён и сценарий прямого повреждения молекулы ДНК при торможении тяжёлой заряженной частицы (рис. 16.10).

Результат? Неприятные генетические последствия, в том числе канцерогенные. На рис 16.11 наглядно демонстрируется эффект воздействия тяжёлых частиц на биологическую ткань: число повреждённых клеток в случае воздействия частиц, более тяжёлых, чем протоны, резко возрастает.
Безусловно, нельзя считать, что тяжёлые элементы в составе космических лучей – единственный агент, способный вызвать рак. Биологи, напротив, полагают, что среди всех прочих факторов внешней среды, способных воздействовать на ДНК, - радиации принадлежит отнюдь не лидирующая роль. Скажем, некоторые химические соединения способны вызвать куда более чувствительные нарушения, чем радиация. Однако в условиях длительного космического полёта, вне магнитного поля Земли, человек оказывается наедине, в основном, именно с радиацией. Причём это не совсем обычная, привычная для человека радиация. Это – галактические космические лучи, в составе которых, как мы теперь знаем, есть тяжёлые заряженные частицы. Они, действительно, вызывают нарушения ДНК. Это – очевидно. Не вполне очевидны последствия этого взаимодействия. Что значит утверждение о возможных, например, канцерогенных последствиях такого взаимодействия?
Здесь надо отметить, что на сегодняшний день специалисты по космической медицине и биологии не способны дать исчерпывающий ответ. Есть проблемы, которые надо решать в будущих исследованиях. Например, само по себе нарушение ДНК не обязательно должно привести к раку. Более того, молекулы ДНК, получив сигнал опасности о нарушении своей структуры, стараются включить “программу ремонта” самостоятельно. И это происходит, порой, небезуспешно. Любая физическая травма, тот же удар молотком по телу, вызывает гораздо больше нарушений на молекулярном уровне, чем радиация. Но клетки восстанавливают ДНК, и организм “забывает” об этом событии.
Стабильность ДНК чрезвычайно велика: вероятность мутации не превышает 1 на 10 миллионов вне зависимости от локальных условий. Это – фантастическая надёжность биологической структуры, ответственной за воспроизводство жизни. Даже сверхсильные радиационные поля не могут её нарушить. Есть ряд бактерий, которые не мутируют в огромных по мощности радиационных полях, достигающих многих тысяч Гр. Такую дозовую нагрузку не выдерживает даже кристаллический кремний и многие конструкционные материалы.
Проблема здесь, как это представляется биологам, состоит в том, что может быть сбой в программе ремонта: например, хромосома в результате может оказаться в совсем ненужном месте в структуре ДНК. Вот эта ситуация становится уже опасной. Однако и здесь возможна многовариантность последовательности событий.
Во-первых, надо учесть, что процесс мутации – размножении “неправильных клеток” занимает большой промежуток времени. Биологи полагают, что могут пройти десятилетия между первичным неблагоприятным воздействием и негативной реализацией этого эффекта. Это время необходимо, чтобы сформировать новообразование клеток, подвергнутых мутациям, состоящее из многих миллиардов. Поэтому прогноз развития неблагоприятных последствий – дело очень проблематичное.
Другая сторона проблемы воздействия радиации на биологические структуры, состоит в том, что недостаточно изучен процесс воздействия малых доз. Не существует прямой связи между величиной дозы – количеством радиации – и радиационными повреждениями. Как полагают биологи, разные типы хромосом, различным образом реагируют на радиацию. Одним из них для проявления эффекта “требуются” значительные дозы радиации, а другим достаточно и сверхмалых. В чём здесь причина? Ответа на это пока нет. Более того, не вполне ясны последствия воздействия на биологические структуры одновременно двух или нескольких видов радиации: скажем, ГКЛ и СКЛ, или ГКЛ, СКЛ и радиационных поясов. Состав этих видов космического излучения разный, и каждый из них может приводить к своим последствиям. Но не ясен эффект их совместного воздействия. Окончательный ответ на эти вопросы – лишь в результатах будущих экспериментов.

Так писал К. Циолковский. Человек уже побывал на Луне. Недалеко время, когда вновь возобновятся полёты на нашу спутницу, а затем, вероятно, и на Марс.
При дальних космических полётах возрастает роль галактических и солнечных космических лучей как радиационно-опасных факторов. Подсчитано, что при полёте на Марс именно ГКЛ становятся основной радиационной опасностью. Полёт на Марс длится порядка 6 месяцев, и интегральная – суммарная - доза радиации от ГКЛ и СКЛ за этот период в несколько раз выше дозы радиации на МКС за то же время. Поэтому риск радиационных последствий, связанных с выполнением дальних космических миссий значительно возрастает. Так, за год полёта на Марс, поглощённая доза, связанная с ГКЛ, составит 0.2-0.3 Зв (без защиты). Её можно сравнить с дозой от одной из самых мощных вспышек прошлого столетия – августа 1972 г. Во время этого события она была в несколько раз меньше: ~0.05 Зв.
Радиационную опасность, создаваемую ГКЛ, можно оценить и предсказать. Сейчас накоплен богатый материал по временным вариациям ГКЛ, связанным с солнечным циклом. Это позволило создать модель, на основе которой удаётся предсказать поток ГКЛ на любой заданный вперёд период времени.
Гораздо сложнее обстоят дела с СКЛ. Солнечные вспышки возникают случайным образом и даже не очевидно, что мощные солнечные события возникают в годы, обязательно близкие к максимуму активности. По крайней мере, опыт последних лет показывает, что они происходят и во времена затихшего светила.
Протоны солнечных вспышек несут реальную угрозу космическим экипажам дальних миссий. Взяв вновь в качестве примера вспышку августа 1972 г., можно показать, пересчитав потоки солнечных протонов в дозу радиации, что через 10 часов после начала события, она превысила летальное значение для экипажа космического корабля, если бы он оказался вне корабля на Марсе или, скажем, на Луне.
Но человек был на Луне и полетит туда вновь. Как защититься от воздействия солнечных протонов, которые, в отличие от Земли, бомбардируют нашу спутницу, не испытывая никаких преград.
Здесь уместно вспомнить полёты американскго “Apollo” к Луне в конце 60-х – начале 70-х. В 1972 г., в августе, была такая же по мощности вспышка на Солнце, как и в октябре 1989 г. “Apollo-16” приземлился после своего лунного путешествия в апреле 1972 г., а следующий – “Apollo-17” стартовал в декабре. Повезло экипажу “Apollo-16”? Безусловно, да. Расчёты показывают, будь астронавты “Apollo” в августе 1972 г. на Луне, они бы подверглись облучению с дозой радиации в ~4 Зв. Это – очень много, чтобы спастись. Если… если быстро не возвратиться на Землю для экстренного лечения. Другой вариант – перейти в кабину лунного модуля “Apollo”. Здесь доза радиации уменьшилась бы в 10 раз. Для сравнения скажем, что защита МКС в 3 раза толще, чем лунного модуля “Apollo”. Обычно, толщину защиты оценивают в единицах, представляющих собой произведение плотности вещества r (г/см3) на его геометрическую толщину в см, т.е. в г/см2. Таким образом, удобно сравнивать длину пробега частицы, зависящей от , для разных веществ. В таблице 16.2 приводятся типичные величины защиты для разных космических аппаратов и скафандров.

Таблица 16.2. Толщины защит космических аппаратов и скафандра космонавта

Возможный сценарий неприятных последствий сверхмощной вспышки типа августа 1972 г. показан на рис. 16.12. Только убежище на Луне или жилой отсек на орбитальной станции может спасти космонавтов от губительного воздействия радиации такой вспышки.

Будущие исследователи Марса (ведь эта планета практически без магнитного поля и атмосферы) также должны заблаговременно позаботиться об укрытии в убежищах от космической радиации, обусловленной солнечными вспышками.
Из того, что сказано выше, следует, что свести риск радиационного поражения к нулю в течение такого длительного космического полёта, каким является путешествие на Марс, нельзя. Но можно его минимизировать. Каким образом это можно сделать? Во-первых, необходимо правильно спланировать полёт на Марс. Как известно, что во время максимума цикла солнечной активности поток ГКЛ будет меньше из-за солнечной модуляции (см. главу 12 ). Поэтому старт надо выбирать именно в это время. Во-вторых, необходимо обеспечить надежную защиту корабля. Правильно выбранная защита, безусловно, значительно снизит радиационные дозы от СКЛ, даже во время сильных вспышек. Ну, а если конструкторы космического корабля предусмотрят специальный отсек-укрытие с более мощной защитой, это ещё больше снизит риск радиационного поражения. Но, в основном, только от относительно низкоэнергичной компоненты космических лучей – солнечной.
Из какого материала может быть создана защита корабля? Наиболее распространённый в космических кораблях материал – алюминий в силу своего малого удельного веса и прочности. Расчёты показывают, что можно создать межпланетный корабль с разумным весом и достаточно эффективной защитой от СКЛ. Разрабатываются новые виды защитных материалов, которые вкачестве защиты будут более эффективны, чем алюминий. К ним относятся, например, водородосодержащие пластики (например, типа полиэтилена). С помощью таких материалов можно создать защиту, которая при толщине 7 см будет уменьшать дозу радиации на 30-35%. Но и этого мало и следует либо увеличивать толщину защиты, либо уменьшать длительность полёта. И первое, и второе – нереально. Есть ещё один способ борьбы с этой проблемой. Это – медикоментозный. Вполне вероятно, что будущие марсианские пилоты будут снабжены эффективными противорадиационными препаратами.
И всё же: как уменьшить риск радиационного поражения при длительном космическом полёте от ГКЛ? Неужели нет никаких вариантов? На самом деле, ещё на заре космических полётов учёные и инженеры думали о технических средствах борьбы с радиацией. И в этом плане изучение возможности использования искусственных магнитных и электрических полей играло первостепенную роль

Вспомните нашу планету с её магнитным полем. Именно магнитное поле не позволяет большой доле космических лучей достигнуть Земли. Ну, а если вокруг космического корабля создать искусственное магнитное поле?
Такие проекты есть. Посмотрите на рис. 16.13. На нём изображён магнит с максимальной напряжённостью поля 70000 Гс. Внутри и вне этого магнита поле приближается к нулю (это обеспечивается специально разработанной конструкцией магнита). Поле такого магнита “отметёт” большую долю ГКЛ – как протонов, так и ядер. Расчёты показывают, что применение такого магнита позволит снизить в 3-4 раза дозу радиационного облучения за 2,5-летнюю экспедицию на Марс. Это немало. Аналогичное снижение дозы возможно, конечно, и с использованием алюминиевой защиты. Но такая защита будет весить 800 тонн! Корабль с магнитной защитой – 30 тонн. Но… как создать такое мощное магнитное поле? Это можно сделать только с использованием сверхпроводящих магнитов. Вы скажите – фантастика? Нет. Прообраз такого магнита уже создан, и он будет использован в эксперименте АMS - 02 (см. рис. 10.3) для исследования космических лучей на борту Международной космической станции. Так что, казалось бы, от фантастической идеи до её реализации, путь не такой уж и большой.

Солнечные вспышечные протоны могут создать проблемы не только для космонавтов и самих спутников.

Если бы мы полетели от поверхности Земли с дозиметром – прибором для измерения доз радиации – вверх (помните? – впервые это сделал В. Гесс, но только с электрометром в руках в 1912 г.), то увидели бы увеличение количества радиации: дозы будут возрастать примерно вдвое каждые 2.2 км. Вначале, до высот в 20-30 км, это в основном связано с частицами ШАЛ (см. рис. 16.14) и даже до больших высот, если нет высыпаний релятивистских электронов из радиационных поясов и СКЛ от солнечных вспышек. На высотах орбитальных станций (~400 км) дозы радиации превышают величины, наблюдающиеся на поверхности Земли, в ~200 раз! В основном за счёт частиц радиационных поясов.
Известно, что некоторые трассы межконтинентальных самолётов проходят вблизи северной полярной области. Эта область наименее защищена от вторжения энергичных частиц и поэтому во время солнечных вспышек опасность радиационного облучения экипажа и пассажиров возрастает. Солнечные вспышки увеличивают дозы радиации на высотах полётов самолётов в 20-30 раз.
В последнее время экипажи некоторых авиалиний информируются о начале наступления вторжения солнечных частиц. Одно из недавних мощных солнечных извержений, случившеееся в ноябре 2003 г., заставило экипаж “Дельты” рейса Чикаго - Гонг-Конг свернуть с пути: лететь к пункту назначения более низкоширотным маршрутом. В результате было сожжено много лишнего горячего. А это немалые деньги. Это нельзя не принимать во внимание. Сейчас Европейский Союз принял даже новый закон для беременных женщин – пилотов самолётов – им запрещается налёт часов с суммарной дозой радиации более, чем 1-6 мЗв в год. А ряд исследовательских групп приступил к разработке моделей, которые позволят делать прогноз возрастания доз радиации на высотах полётов самолётов во время солнечных вспышек.

4. Воздействие космического излучения на человека и окружающую среду.

5. Средства защиты от космического излучения.

6. Образование Вселенной.

1. ВСТУПЛЕНИЕ

Человек не останется вечно на земле,

но в погоне за светом и пространством,

сначала робко проникнет за пределы

атмосферы, а затем завоюет себе всё

Попробуем остановиться и задуматься…

Психологи утверждают, что человек может бесконечно долго смотреть на три вещи: огонь, воду и звездное небо. Действительно, небо всегда привлекало человека. Оно удивительно красиво на восходе и закате солнца, оно кажется безгранично голубым и глубоким днем. И, глядя на пролетающие невесомые облака, наблюдая за полетами птиц, хочется оторваться от повседневной суеты, подняться в небо и почувствовать свободу полета. А звездное небо темной ночью… как оно загадочно и необъяснимо прекрасно! И как хочется приоткрыть завесу таинственности. В такие минуты ты ощущаешь себя маленькой частицей огромного, пугающего и все же непреодолимо манящего тебя пространства, которое носит название Вселенной.

Вопросы возникают нескончаемым потоком.

Меня заинтересовал такой вопрос: что такое космическое излучение и каково его влияние на человека?

Я учусь в школе-интернате с первоначальной летной подготовкой. К нам приходят мальчишки, которые мечтают покорить небо. И первый шаг к осуществлению своей мечты они уже сделали, оставив стены родного дома и решившись прийти в эту школу, где изучаются основы полетов, конструкции летательных аппаратов, где у них есть возможность каждый день общаться с людьми, неоднократно поднимавшимися в небо. И пусть это пока только самолеты, которые не могут в полной мере преодолеть земное притяжение. Но ведь это только первый шаг. Судьба и жизненный путь любого человека начинается с маленького, робкого, неуверенного шажка ребенка. Кто знает, может быть, кто-то из них сделает второй шаг, третий… и будет осваивать космические летательные аппараты и поднимется к звездам в безграничные просторы Вселенной.

Поэтому для нас этот вопрос достаточно актуален и интересен.

2. ЧТО ТАКОЕ КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ?

Существование космических лучей было обнаружено в начале ХХ века. В 1912 г. австралийский физик В. Гесс, поднимаясь на воздушном шаре, заметил, что разрядка электроскопа на больших высотах происходит значительно быстрее, чем на уровне моря. Стало ясным, что ионизация воздуха, которая снимала разряд с электроскопа, имеет внеземное происхождение. Первым высказал это предположение Милликен, и именно он дал этому явлению современное название – космическое излучение.

В настоящее время установлено, что первичное космическое излучение состоит из стабильных частиц высоких энергий, летящих в самых различных направлениях. Интенсивность космического излучения в районе Солнечной системы составляет в среднем 2-4 частицы на 1см 2 за 1с. Оно состоит из:

протонов – 91%
α-частиц – 6,6%
ядер других более тяжелых элементов – менее 1%
электронов – 1,5%
рентгеновских и гамма–лучей космического происхождения
солнечного излучения.

Первичные комические частицы, летящие из мирового пространства, взаимодействуют с ядрами атомов верхних слоев атмосферы и образуют так называемые вторичные космические лучи. Интенсивность космических лучей вблизи магнитных полюсов Земли приблизительно в 1,5 раза больше, чем на экваторе.

Среднее значение энергии космических частиц около 10 4 МэВ, а энергия отдельных частиц – 10 12 МэВ и более.

3. КАК ВОЗНИКАЕТ КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ?

движется наружу, в межзвездный газ, а вторая –

внутрь, к центру бывшей звезды. Можно также

утверждать, что значительная доля энергии

Частицы высоких энергий приходят к нам из других Галактик. Таких энергий они могут достигнуть, ускоряясь в неоднородных магнитных полях Вселенной.

Естественно, что источником космического излучения является и ближайшая к нам звезда – Солнце. Солнце периодически (во время вспышек) испускает солнечные космические лучи, которые состоят в основном из протонов и α-частиц, имеющих небольшую энергию.

4. ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Результаты исследования, проведенного сотрудниками университета Софии Антиполис в Ницце, показывают, что космическое излучение сыграло важнейшую роль в зарождении биологической жизни на Земле. Давно известно, что аминокислоты способны существовать в двух формах – левосторонней и правосторонней. Однако на Земле в основе всех биологических организмов, развившихся естественным образом, находятся только левосторонние аминокислоты. По мнению сотрудников университета, причину следует искать в космосе. Так называемое циркулярно-поляризованное космическое излучение разрушило правосторонние аминокислоты. Циркулярно-поляризованный свет – это форма излучения, поляризуемая космическими электромагнитными полями. Такое излучение образуется, когда частицы межзвездной пыли выстраиваются вдоль линий магнитных полей, пронизывающих всё окружающее пространство. На циркулярно-поляризованный свет приходится 17% всего космического излучения в любой точке космоса. В зависимости от стороны поляризации такой свет избирательно расщепляет один из типов аминокислот, что подтверждается экспериментом и результатами исследования двух метеоритов.

Космическое излучение является одним из источников ионизирующего излучения на Земле.

Природный радиационный фон за счет космического излучения на уровне моря составляет 0,32 мЗв в год (3,4 мкР в час). Космическое излучение составляет лишь 1/6 часть годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением. Уровни радиационного излучения неодинаковы для различных областей. Так Северный и Южный полюсы более, чем экваториальная зона, подвержены воздействию космических лучей, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы. Кроме того, чем выше от поверхности земли, тем интенсивнее космическое излучение. Так, проживая в горных районах и постоянно пользуясь воздушным транспортом, мы подвергаемся дополнительному риску облучения. Люди, живущие выше 2000 м над уровнем моря, получают из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу в несколько раз больше, чем те, кто живет на уровне моря. При подъеме с высоты 4000 м (максимальная высота проживания людей) до 12000 м (максимальная высота полета пассажирского транспорта) уровень облучения возрастает в 25 раз. А за 7,5 часа полета на обычном турбовинтовом самолете полученная доза облучения составляет примерно 50 мкЗв. Всего за счет использования воздушного транспорта население Земли получает в год дозу облучения около 10000 чел-Зв, что составляет на душу населения в мире в среднем около 1 мкЗв в год, а в Северной Америке примерно 10 мкЗв.

Ионизирующее излучение отрицательно воздействует на здоровье человека, оно нарушает жизнедеятельность живых организмов:

· обладая большой проникающей способностью, разрушает наиболее интенсивно делящиеся клетки организма: костного мозга, пищеварительного тракта и т. д.

· вызывает изменения на генном уровне, что приводит в последствии к мутациям и возникновению наследственных заболеваний.

· вызывает интенсивное деление клеток злокачественных новообразований, что приводит к возникновению раковых заболеваний.

· приводит к изменениям в нервной системе и работе сердца.

· угнетается половая функция.

· вызывает нарушение зрения.

Радиация из космоса влияет даже на зрение авиапилотов. Были изучены состояния зрения 445 мужчин в возрасте около 50 лет, из которых 79 были пилотами авиалайнеров. Статистика показала, что для профессиональных пилотов риск развития катаракты ядра хрусталика втрое выше, чем для представителей иных профессий, а тем более для космонавтов.

Космическое излучение является одним из неблагоприятных факторов для организма космонавтов, значимость которого постоянно возрастает по мере увеличения дальности и продолжительности полетов. Когда человек оказывается за пределами атмосферы Земли, где бомбардировка галактическими лучами, а также солнечными космическими лучами намного сильнее: сквозь его тело за секунду может пронестись около 5 тысяч ионов, способных разрушить химические связи в организме и вызвать каскад вторичных частиц. Опасность радиационного воздействия ионизирующего излучения в низких дозах обусловлена увеличением рисков возникновения онкологических и наследственных заболеваний. Наибольшую опасность межгалактических лучей представляют тяжелые заряженные частицы.

На основании медико-биологических исследований и предполагаемых уровней радиации, существующих в космосе, были определены предельно допустимые дозы радиации для космонавтов. Они составляют 980 бэр для ступней ног, голеностопных суставов и кистей рук, 700 бэр для кожного покрова, 200 бэр для кроветворных органов и 200 бэр для глаз. Результаты экспериментов показали, что в условиях невесомости влияние радиации усиливается. Если эти данные подтвердятся, то опасность космической радиации для человека, вероятно, окажется большей, чем предполагалось первоначально.

По исследованиям Института солнечно-земной физики в настоящее время наблюдается аномальный всплеск солнечной активности, причины которого неизвестны. Солнечная вспышка – это выброс энергии, сравнимый с взрывом нескольких тысяч водородных бомб. При особо сильных вспышках электромагнитное излучение, достигая Земли, изменяет магнитное поле планеты – словно встряхивает его, что сказывается на самочувствии метеочувствительных людей. Таких, по данным Всемирной организации здравоохранения, 15% населения планеты. Также при высокой солнечной активности интенсивнее начинает размножаться микрофлора и увеличивается предрасположенность человека ко многим инфекционным заболеваниям. Так, эпидемии гриппа начинаются за 2,3 года до максимума солнечной активности или спустя 2,3 года – после.

Таким образом, мы видим, что даже небольшая часть космического излучения, которая доходит до нас сквозь атмосферу, может оказать заметное влияние на организм и здоровье человека, на процессы, протекающие в атмосфере. Одна из гипотез зарождения жизни на Земле, говорит о том, что космические частицы играют значительную роль в биологических и химических процессах на нашей планете.

5. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Проблемы, связанные с проникновением

человека в космос, - своего рода пробный

камень зрелости нашей науки.

Академик Н. Сисакян.

Несмотря на то, что излучение Вселенной, возможно, и привело к зарождению жизни и появлению человека, для самого человека в чистом виде оно губительно.

Жизненное пространство человека ограничено совсем незначительными

Но, поскольку человек не оставляет попыток проникнуть в просторы Вселенной, а все более интенсивно их осваивает, то возникла необходимость создания определенных средств защиты от негативного влияния космоса. Особое значение это имеет для космонавтов.

Вопреки распространенному мнению, от атаки космических лучей нас защищает не магнитное поле Земли, а толстый слой атмосферы, где на каждый см 2 поверхности приходится килограмм воздуха. Поэтому, влетев в атмосферу, космический протон в среднем преодолевает лишь 1/14 ее высоты. Космонавты же лишены такой защитной оболочки.

Как показывают расчеты, свести риск радиационного поражения к нулю во время космического полета нельзя . Но можно его минимизировать. И здесь самое главное – пассивная защита космического корабля, т. е. его стенки.

С защитой от галактических космических лучей , обладающих гигантскими энергиями, все гораздо сложнее. Предлагается несколько способов защиты от них космонавтов. Можно создать вокруг корабля слой защитного вещества подобного земной атмосфере. Например, если использовать воду, которая в любом случае необходима, то потребуется слой толщиной 5 м. При этом масса водного резервуара приблизится к 500 т, что очень много. Можно также использовать этилен – твердое вещество, для которого не нужны резервуары. Но даже тогда необходимая масса составила бы не менее 400 т. Можно использовать жидкий водород. Он блокирует космические лучи в 2,5 раза лучше, чем алюминий. Правда, ёмкости для топлива оказались бы громоздкими и тяжелыми.

Была предложена другая схема защиты человека на орбите , которую можно назвать магнитной схемой . На заряженную частицу, движущуюся поперек магнитного поля, действует сила, направленная перпендикулярно направлению движения (сила Лоренца). В зависимости от конфигурации линий поля частица может отклониться почти в любую сторону или выйти на круговую орбиту, где она будет вращаться бесконечно. Для создания такого поля потребуются магниты на основе сверхпроводимости. Такая система будет иметь массу 9 т, она гораздо более легкая, чем защита веществом, но всё равно тяжела.

Приверженцы еще одной идеи предлагают зарядить космический корабль электричеством , если напряжение внешней обшивки составит 2•10 9 В, то корабль сможет отразить все протоны космических лучей с энергиями до 2 ГэВ. Но электрическое поле при этом будет простираться до расстояния в десятки тысяч километров, и космический корабль будет стягивать к себе электроны из этого огромного объема. Они станут врезаться в обшивку с энергией 2 ГэВ и вести себя так же, как космические лучи.

· должна создавать необходимую атмосферу для дыхания и поддержания давления;

· должна обеспечивать отвод тепла, выделяемого телом человека;

· она должна защищать от перегрева, если человек находится на солнечной стороне, и от охлаждения – если в тени; разница между ними составляет более 100 0 С;

· защищать от ослепления солнечной радиацией;

· защищать от метеорного вещества;

· должна позволять свободно перемещаться.

Разработка космического скафандра началась в 1959 году. Существует несколько модификаций скафандров, они постоянно изменяются и усовершенствуются, в основном за счет использования новых, более совершенных материалов.

Разработка теоретических моделей эволюции Вселенной. Особенность обнаружения реликтового излучения. Основная характеристика точного измерения радиоизлучения Галактики. Микроволновый фон как "новый эфир". Главный анализ шкалы внегалактических расстояний.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.07.2016
Размер файла	47,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно черного тела при температуре около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует -270° С). При такой температуре основная доля излучения приходится на радиоволны сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

Открытие в 1965 реликтового излучения имело огромное значение для космологии; оно стало одним из важнейших достижений естествознания 20 в. и, безусловно, самым важным для космологии после открытия красного смещения в спектрах галактик. Слабое реликтовое излучение несет нам сведения о первых мгновениях существования нашей Вселенной, о той далекой эпохе, когда вся Вселенная была горячей и в ней еще не существовало ни планет, ни звезд, ни галактик. Проведенные в последние годы детальные измерения этого излучения с помощью наземных, стратосферных и космических обсерваторий приоткрывают завесу над тайной самого рождения Вселенной.

Развитие ядерной физики в 1940-е годы позволило начать разработку теоретических моделей эволюции Вселенной в прошлом, когда ее вещество, как предполагалось, было сжато до высокой плотности, при которой были возможны ядерные реакции. Эти модели, прежде всего, должны были объяснить состав вещества Вселенной, который к тому времени уже был достаточно надежно измерен по наблюдениям спектров звезд: в среднем они состоят на 2/3 из водорода и на 1/3 из гелия, а все остальные химические элементы вместе взятые составляют не более 2%. Знание свойств внутриядерных частиц - протонов и нейтронов - позволяло рассчитывать варианты начала расширения Вселенной, различающиеся исходным содержанием этих частиц и температурой вещества и находящегося с ним в термодинамическом равновесии излучения. Каждый из вариантов давал свой состав исходного вещества Вселенной.

существуют две принципиально разные возможности для условий, в которых протекало начало расширения Вселенной: ее вещество могло быть либо холодным, либо горячим. Следствия ядерных реакций при этом в корне отличаются друг от друга. Хотя идею о возможности горячего прошлого Вселенной высказывал еще в своих ранних работах Леметр, исторически первой в 1930-е годы была рассмотрена возможность холодного начала.

В первых предположениях считалось, что все вещество Вселенной существовало сначала в виде холодных нейтронов. Позже выяснилось, что такое предположение противоречит наблюдениям. Дело в том, что нейтрон в свободном состоянии распадается в среднем за 15 минут после возникновения, превращаясь в протон, электрон и антинейтрино. В расширяющейся Вселенной возникшие протоны стали бы соединяться с еще оставшимися нейтронами, образуя ядра атомов дейтерия. Дальше цепочка ядерных реакций привела бы к образованию ядер атомов гелия. Более сложные атомные ядра, как показывают расчеты, при этом практически не возникают. В результате все вещество превратилось бы в гелий. Такой вывод находится в резком противоречии с наблюдениями звезд и межзвездного вещества. Распространенность химических элементов в природе отвергает гипотезу о начале расширения вещества в виде холодных нейтронов.

Сравнивая возраст Вселенной в 2-4 млрд. лет с оценкой возраста Земли - около 4 млрд. лет, - приходилось предполагать, что Земля, Солнце и звезды образовались из первичного вещества с уже готовым химическим составом. Считалось, что этот состав не изменился сколь-нибудь существенно, так как синтез элементов в звездах - процесс медленный и для его осуществления перед образованием Земли и других тел уже не было времени.

Последующий пересмотр шкалы внегалактических расстояний привел и к пересмотру возраста Вселенной. Теория эволюции звезд успешно объясняет происхождение всех тяжелых элементов (тяжелее гелия) их нуклеосинтезом в звездах. Отпала необходимость объяснять происхождение всех элементов, включая и тяжелые, на ранней стадии расширения Вселенной. Однако суть гипотезы горячей Вселенной оказалась верной.

С другой стороны, содержание гелия в звездах и межзвездном газе составляет около 30% по массе. Это гораздо больше, чем можно объяснить ядерными реакциями в звездах. Значит гелий, в отличие от тяжелых элементов, должен синтезироваться в начале расширения Вселенной, но при этом - в ограниченном количестве.

Только когда Вселенная, расширяясь, охлаждается до температуры ниже миллиарда кельвинов, некоторое количество возникающего дейтерия уже сохраняется и приводит к синтезу гелия.

Однако на гипотезе Гамова анализ разных вариантов начала космологического расширения не закончился. В начале 1960-х годов остроумная попытка снова вернуться к холодному варианту была предпринята Я.Б.Зельдовичем, которые предположил, что первоначальное холодное вещество состояло из протонов, электронов и нейтрино. Как показал Зельдович, такая смесь при расширении превращается в чистый водород. Гелий и другие химические элементы, согласно этой гипотезе, синтезировались позже, когда образовались звезды. Заметим, что к этому моменту астрономы уже знали, что Вселенная в несколько раз старше Земли и большинства окружающих нас звезд, а данные об обилии гелия в дозвездном веществе были в те годы еще очень неопределенными.

На пути к обнаружению реликтового излучения. В середине 1960-х годов астрофизики продолжали теоретически изучать горячую модель Вселенной. Вычисление ожидаемых характеристик реликтового излучения было выполнено в 1964 А.Г.Дорошкевичем и И.Д.Новиковым в СССР и независимо Ф.Хойлом и Р.Дж.Тейлором в Великобритании. Но эти работы, как и более ранние работы Гамова с коллегами, не привлекли к себе внимания. А ведь в них уже было убедительно показано, что реликтовое излучение можно наблюдать. Несмотря на крайнюю слабость этого излучения в нашу эпоху, оно, к счастью, лежит в той области электромагнитного спектра, где все прочие космические источники в целом излучают еще слабее. Поэтому целенаправленный поиск реликтового излучения должен был привести к его открытию, но радиоастрономы не знали об этом.

Историки науки до сих пор гадают, почему долгие годы никто не пытался сознательно искать излучение горячей Вселенной. Любопытно, что мимо этого открытия - одного из крупнейших к 20 в. - ученые прошли несколько раз, не заметив его.

Например, реликтовое излучение могло быть открыто еще в 1941. Тогда канадский астроном Э.Мак-Келлар анализировал линии поглощения, вызываемые в спектре звезды Дзета Змееносца межзвездными молекулами циана. Он пришел к выводу, что эти линии в видимой области спектра могут возникать только при поглощении света вращающимися молекулами циана, причем их вращение должно возбуждаться излучением с температурой около 2,3 К. Конечно, никто не мог подумать тогда, что возбуждение вращательных уровней этих молекул вызывается реликтовым излучением. Лишь после его открытия в 1965 были опубликованы работы И.С.Шкловского, Дж.Филда и др., в которых показано, что возбуждение вращения межзвездных молекул циана, линии которых отчетливо наблюдаются в спектрах многих звезд, вызвано именно реликтовым излучением.

Случилось так, что Пензиас позвонил по совершенно другому поводу своему приятелем Бернарду Берку из Массачусетского технологического института. Незадолго до этого Берк слышал от своего коллеги Кена Тсрнера из Института Карнеги о докладе, который тот, в свою очередь, слышал в Университете Джонса Хопкинса, сделаланном теоретиком из Принстона Филом Пиблслм, работавшим под руководством Роберта Дикке. В этом докладе Пиблс приводил аргументы в пользу того, что должен существовать фоновый радиошум, оставшийся от ранней Вселенной и имеющий сейчас эквивалентную температуру около 10 K.

В последующие годы на различных длинах волн от десятков сантиметров до доли миллиметра были проведены многочисленные измерения. Наблюдения показали, что спектр реликтового излучения соответствует формуле Планка, как это и должно быть для излучения с определенной температурой. Подтвердилось, что эта температура примерно равна 3 K. Было сделано замечательное открытие, доказывающее, что Вселенная в начале расширения была горячей.

Таково сложное переплетение событий, завершившееся открытием горячей Вселенной Пензиасом и Уилсоном в 1965. Установление факта сверхвысокой температуры в начале расширения Вселенной явилось отправной точкой важнейших исследований, ведущих к раскрытию тайн не только астрофизических, но и тайн строения материи.

Анизотропия реликтового излучения. Температура реликтового излучения является лишь одним из его параметров, описывающих раннюю Вселенную. В свойствах этого излучения сохранились и другие явные следы очень ранней эпохи эволюции нашего мира. Астрофизики находят эти следы, анализируя спектр и пространственную неоднородность (анизотропию) реликтового излучения.

Согласно теории горячей Вселенной, по прошествии примерно 300 тыс. лет после начала расширения температура вещества и связанного с ним излучения уменьшилась до 4000 К. При этой температуре фотоны уже не могли ионизовать атомы водорода и гелия. Поэтому в ту эпоху, соответствующую красному смещению z = 1400, произошла рекомбинация горячей плазмы, в результате которой плазма превратилась в нейтральный газ. Тогда еще никаких галактик и звезд, конечно, не было. Они возникли значительно позже.

Став нейтральным, заполняющий Вселенную газ оказался практически прозрачным для реликтового излучения (хотя в ту эпоху это были не радиоволны, а свет видимого и близкого инфракрасного диапазонов). Поэтому древнее излучение почти беспрепятственно доходит до нас из глубин пространства и времени. Но все же по пути оно испытывает некоторые влияния и как археологический памятник несет на себе следы исторических событий.

В последнее время проводится и планируется много экспериментов по измерению амплитуды флуктуаций реликтового излучения в различных угловых масштабах - от градусов до секунд дуги. Различные физические явления, происходившие в самые первые мгновения жизни Вселенной, должны были оставить свой характерный отпечаток в приходящем к нам излучении. Теория предсказывает определенную зависимость между размерами холодных и горячих пятен в интенсивности реликтового излучения и их относительной яркостью. Зависимость очень своеобразная: в ней заключена информация о процессах рождения Вселенной, о том, что происходило сразу после рождения, а также о параметрах сегодняшней Вселенной.

Подобные документы

Фотон как основная частица электромагнитного излучения, его свойства и схема движения. Характеристика спектров испускания. Взаимодействие фотонов электромагнитного излучения с веществом, поглощение света. Особенности человеческого цветовосприятия.

контрольная работа [740,3 K], добавлен 25.01.2011

Электромагнитное излучение как распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля, его виды. Применение радиоволн, инфракрасного излучения. Распространение и краткая характеристика электромагнитного излучения.

презентация [2,6 M], добавлен 31.03.2015

Поля и излучения низкой частоты. Влияние электромагнитного поля и излучения на живые организмы. Защита от электромагнитных полей и излучений. Поля и излучения высокой частоты. Опасность сотовых телефонов. Исследование излучения видеотерминалов.

реферат [11,9 K], добавлен 28.12.2005

Измерение потока или интенсивности электромагнитного излучения астрономического объекта с помощью фотометрии. Визуальные методы измерения небесных объектов. Закон обратных квадратов. Количественная оценка излучения с помощью фотографических материалов.

курсовая работа [319,1 K], добавлен 20.05.2016

Определение мощности лазерного излучения, подаваемого на образец. Вычисление размеров лазерного пучка на образце. Разработка системы измерения мощности излучения и длительности лазерного импульса, системы измерения температуры в зависимости от времени.

лабораторная работа [503,2 K], добавлен 11.07.2015

Целью реферата является на основе сравнительно-правового анализа рассмотреть космическую и земную радиацию, а также раскрыть проблемные теоретические и практические моменты.
Задачи:
- рассмотреть космическую и земную радиацию и их основные виды;
- дать характеристику космической и земной радиации;
- изучить основные вопросы, связанные с космической и земной радиацией, а т

Содержание

Введение …………………………………………………………………….
3
Глава 1. Космическая радиация ………………………………….
4
1.1 Виды космического излучения ………………………………..
4
1.2 Космические лучи …………………………………………….
5
1.3 Воздействие космического излучения на человека и окружающею среду …………………………………………………….

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат по БЖЧ.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

По дисциплине: Безопасность жизнедеятельности человека

Студентка 1 курса

БДФБД, группа 14 БД-4 Жук Н. Л.

Проверила Левшук О. Н.

Глава 1. Космическая радиация ………………………………….

1.1 Виды космического излучения ………………………………..

1.3 Воздействие космического излучения на человека и окружающею среду …………………………………………………….

Глава 2. Земная радиация ………………………………………….

Список использованных источников ……………………………..

Вселенная, мировое пространство пронизано лучистой энергией. Если скопления материи в виде звезд, планет, блуждающих комет и метеоритов в масштабах Вселенной – редкие явления, то потоки лучей, порождаемые ими, наполняют все пространство. В каждой его точке ежесекундно можно обнаружить потоки излучений – радиацию. Огромные массы вещества в недрах звезд, вступая в ядерные реакции, превращаются в лучистую энергию, выделяемую в окружающее пространство. Вспышки новых звезд, рождение и гибель галактик, сжатие и концентрация вещества при затухании звезд и другие еще далеко не познанные, но постоянно происходящие во Вселенной превращения материи сопровождаются огромными выбросами лучистой энергии в виде электромагнитных колебаний всех диапазонов и потоков элементарных частиц и корпускул, начиная от неуловимого нейтрино и кончая тяжелыми ядрами атомов.

Человечество с глубокой древности знало только о сравнительно небольшой части спектра электромагнитных излучений – узкой полосе видимого света. Благотворное влияние солнечного света, под живительными лучами которого поспевают урожаи на полях, стало первым знанием человека о зависимости жизни на Земле от лучистой энергии Солнца. Прошло много столетий, прежде, чем человечество поняло, что вся энергия, используемая при сжигании дров, нефти, каменного угля – это лучистая энергия Солнца, аккумулированная земной растительностью[1].

- рассмотреть космическую и земную радиацию и их основные виды;

- дать характеристику космической и земной радиации;

- изучить основные вопросы, связанные с космической и земной радиацией, а также учебную и научную литературу, посвященную данной теме.

Глава 1. Космическая радиация

До 40-х годов нашего столетия почти все сведения о небесных телах были получены с помощью оптического метода исследования. Дело в том, что атмосфера Земли пропускает только электромагнитные волны длиной от 0,3 мкм до нескольких микрометров и еще радиоволны от нескольких сантиметров до десятков метров, Для остальной части шкалы электромагнитных волн атмосфера непрозрачна, Между тем во Вселенной излучаются электромагнитные волны всех диапазонов - от радиоволн до гамма-излучения.

Космическое радиоизлучение впервые было обнаружено в 30-х годах при изучении грозовых помех, В 40-х-50-х годах начались поиски и изучение источников космического радиоизлучения, Для этой цели использовали радиолокаторы, затем начали строить радиотелескопы с огромными чашеобразными антеннами и чувствительными приемниками излучения· Быстрое развитие радиоастрономии привело к целому ряду важнейших открытий.

Было обнаружено, что нейтральный холодный водород, который составляет основную массу межзвездного газа и в оптическом диапазоне невидим, испускает монохроматическое радиоизлучение с длиной волны 21 см, Это помогло изучить распределение водорода в нашей звездной системе - Галактике, включая даже далекие области, закрытые пылевыми облаками, которые, однако, для радиоволн прозрачны.

Далее были открыты галактики, мощность радиоизлучения которых в миллионы раз больше, чем у нашей галактики (их назвали радиогалактиками)· Оказалось, что такое мощное радиоизлучение имеет нетепловую природу, Оно вызвано гигантскими взрывами, при которых выбрасываются огромные массы вещества, в миллионы раз большие массы Солнца. Выброшенные при взрыве быстро летящие заряженные частицы в межзвездном магнитном поле движутся по криволинейным траекториям, т. е. с ускорением. Ускоренное же движение заряда сопровождается излучением электромагнитных волн. Это нетепловое излучение называют магнитотормозным или синхротронным (оно наблюдается в синхротронах-ускорителях заряженных частиц). Изучение синхротронного излучения дает ценные сведения о движении потоков космических частиц и о межзвездных магнитных полях, Обычно излучаются радиоволны, но если частицы движутся с очень большими скоростями или в достаточно сильном магнитном поле, то они испускают видимое, ультрафиолетовое и даже рентгеновское излучение.

Для регистрации космического излучения, от инфракрасного до рентгеновского, очень широко используется фотографический метод. Кроме того, в качестве приемников излучения применяются термопары, термосопротивления, а также фотоэлектрические устройства, принцип действия которых рассматривается в следующей главе.

Как отмечалось выше, атмосфера сильно поглощает коротковолновое излучение, До поверхности Земли доходит только ближнее ультрафиолетовое излучение, да и то сильно ослабленное· Поэтому коротковолновое космическое излучение можно изучать только с помощью ракет и спутников, Такие исследования позволили изучить ультрафиолетовую область спектра Солнца, а также исследовать очень горячие звезды с температурой до 30 000 К, сильно излучающие в ультрафиолетовой области.

Поскольку температура солнечной короны составляет около 10" К то в соответствии с законами теплового излучения корона должна быть источником рентгеновского излучения. Первые же опыты с помощью ракет подтвердили это, Оказалось, что рентгеновское излучение Солнца непостоянно. При хромосферных вспышках наблюдаются всплески рентгеновского излучения. Это объясняется тем, что выброшенные при вспышке быстро летящие электроны испускают рентгеновское излучение при столкновении с другими частицами солнечной атмосферы, а также при торможении в сильном магнитном поле активных областей (синхротронное излучение), Заметим, что рентгеновское излучение Солнца - важнейший источник ионизации верхнего слоя атмосферы Земли – ионосферы.

С помощью космических аппаратов было обнаружено рентгеновское излучение различных далеких объектов (ядер галактик, нейтронных звезд и др)[2].

В основном первичные космические лучи состоят из протонов (около 90%); кроме протонов в них присутствуют и более тяжелые ядра· Разумеется, сталкиваясь с другими молекулами, атомами, ядрами, кос-мические лучи способны создать элементарные частицы всех типов, Но астрофизиков интересует первичное излучение· Как создаются потоки частиц, обладающих такой энергией? Где лежат источники этих частиц?

Достаточно давно было доказано, что не Солнце является основным источником космического излучения· Но если так, то ответственность за создание космических лучей нельзя переложить и на другие звезды, поскольку в принципе они ничем не отличаются от Солнца· Кто же виноват?

В нашей Галактике существует Крабовидная туманность, которая образовалась в результате взрыва звезды в 1054 г, (не надо забывать что ученые следят за звездным небом не одну тысячу лет). Опыт показывает, что она является источником радиоволн и источником космических частиц. Это совпадение дает разгадку огромной энергии космических протонов· Достаточно допустить, что электромагнитное поле, образовавшееся в результате взрыва звезды, играет роль синхротрона, и тогда огромная энергия, которая набирается частицей, путешествующей по спирали вокруг линий магнитной индукции на протяжении тысяч световых лет, может достигнуть тех фантастических цифр, которые мы привели.

Расчеты показывают, что, пролетев расстояние, равное поперечнику нашей Галактики, космическая частица не может набрать энергии больше чем 10" эВ. Видимо, частицы с максимальной энергией приходят к нам из других галактик.

Разумеется, нет никакой необходимости полагать, что только взрывы звезд приводят к появлению космических частиц, Любые звездные источники радиоволн могут быть одновременно источниками космических лучей.
Существование космических лучей было обнаружено еще в начале нашего века. Установив электроскопы на воздушном шаре, исследователь замечал, что разрядка электроскопа на больших высотах идет значительно быстрее, чем если этот старинный прибор, оказавший физикам немало услуг, помещен на уровне моря.

Стало ясным, что всегда происходящий спад листочков электроскопа не является следствием несовершенства прибора, а есть результат действия каких-то внешних факторов.

В 20-х годах физики уже понимали, что ионизация воздуха, которая снимала заряд с электроскопа, несомненно внеземного происхождения· Милликен первый уверенно высказал такое предположение и дал явлению его современное название: космическое излучение.

В 1927 г, советский ученый Д. В. Скобельцын первый получил фотографию следов космических лучей в ионизационной камере.

Обычными способами, которые мы описывали ранее, была определена энергия космических частиц. Она оказалась огромной.

Изучая природу космических лучей, физики сделали ряд замечательных открытий. В частности, существование позитрона было доказано именно этим путём. Такие же точно и мезоны - частицы с массой, промежуточный между массами протона и электрона, были впервые обнаружены в космических лучах·
Исследования космических лучей продолжают оставаться одним из увлекательных занятий физиков.

Незавершенность астрофизики делает трудным ее изложение в одной главе не большой книги, цель которой - ввести читателя в круг основных фактов и идей физической науки. Я выбрал из физических проблем, касающихся вселенной, лишь несколько вопросов, которые казались мне наиболее интересными.

Если в воздухе нет ионов, то заряженный электроскоп должен сохранять свой заряд неопределенно долгое время· Однако опыт показывает, что электроскоп постепенно разряжается.

Вначале это явление объясняли ионизирующим действием ра-диоактивного излучения Земли, Если это так, то по мере удаления от поверхности Земли ионизирующее воздух излучение должно ослабевать. Еще в 1912 г. с помощью воздушных шаров было установлено, что интенсивность ионизирующего излучения возрастает с увеличением высоты, Следовательно, это излучение возникает не на Земле, а где-то в мировом пространстве. Поэтому его стали называть космическим излучением, или космическими лучами.

Изучение космических лучей в высокогорных областях показало, что они состоят из пионов, протонов, нейтронов и других частиц, среди которых были обнаружены и многие неизвестные ранее частицы. Эти частицы были названы вторичными, так как выяснилось, что они образуются в верхних слоях атмосферы при взаимодействии первичных космических частиц, летящих из мирового пространства, с ядрами атомов атмосферы.

Исследования показали, что интенсивность космических лучей вблизи магнитных полюсов Земли примерно в 1,5 раза больше, чем на экваторе, Изучение отклоняющего действия магнитного поля Земли на первичное космическое излучение показало, что оно состоит из положительно заряженных частиц. Много ценных сведений о пер-вичном космическом излучении получено с помощью искусственных спутников и космических кораблей.

В настоящее время установлено, что первичное космическое излучение состоит из стабильных частиц высоких энергий, летящих в самых различных направлениях в космическом пространстве. Интенсивность космического излучения в районе Солнечной системы составляет в среднем 2-4 частицы на 1 см^2 за 1 с, Оно состоит в основном из протонов (~91 %) и а-частиц (6,6%); небольшая часть приходится на ядра других элементов (менее 1%) и электроны (~1,5%).

Среднее значение энергии космических частиц - около 10^4 МэВ, а энергия отдельных частиц достигает чрезвычайно высоких значений – 10^12МэВ и более. Где возникают космические частицы и как они ускоряются до таких огромных энергий, еще точно неизвестно. Предполагают, что они выбрасываются при взрывах новых и сверхновых звезд и ускоряются при взаимодействии с неоднородными магнитными полями в межзвездном пространстве.

Солнце периодически (во время вспышек) испускает солнечные космические лучи, которые состоят в основном из протонов и а-частиц, имеют небольшую энергию, но высокую интенсивность, что приходится учитывать при планировании космических полётов.

Вторичные частицы также обладают очень высокой энергией и ири столкновении с ядрами вызывают дальнейшее размножение частиц.

Читайте также: