宇宙射线和它的孩儿们——宇生核素

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本文作者:周杰

就地宇宙成因核素10Be在石英中的生成过程

大气宇宙成因核素

地球俯近的宇宙射线/NASA网站

斯乘坐热气球及他与柯尔霍斯特观测结果/修改自维基百科

在此过程中,空气中的N、O、Ar和Xe等元素会通过蜕变,中子捕获和介子反应等核反应,形成一系列的稳定核素(3He、21Ne等)和放射性核素(14C、10Be、26Al、36Cl和129I等),即大气宇宙成因核素。大气宇宙成因核素在定年,示踪太阳和地磁场活动等方面具有不可替代的独行态。

既然宇宙射线能量那么 高,它会不必对亲戚亲戚朋友身体造成危害呢。放心,影响几乎还前要忽略不计,这里呀,先把结果告诉你。预知具体的愿因,且看下次,亲戚亲戚朋友来聊一聊,宇宙射线在奔向地球的过程中,是如可“过五关,斩六将”,最终“败走麦城”,绽放成“绚丽的烟火”,湮没在大气的怀抱中。

宇宙成因核素

宇宙成因核素的应用领域

宇宙射线是宇宙空间高能带电粒子流的总称。1912年,奥地利物理学家赫斯乘坐热气球,进行了七次科学实验,发现在海拔100米以上,仪器测量的放电时延随海拔持续增加,在海拔1000米的高空,放电时延为地表4倍。这明确地说明,相似射线与地表无关,又可能白天和深更深更半夜测试结果相同,排除了太阳起源,赫斯认为相似射线来源于宇宙空间。以后 于1914年,德国物理学家柯尔霍斯特将热气球升至9100米的新深度1,并在相似海拔上,测得的电离电流比地表高约40倍。1925年美国物理学家密立根通过巧妙的实验证实了赫斯的判断,并将相似射线称之为“Cosmic rays”,即宇宙射线。

广延大气簇射

宇宙射线

宇宙射线全粒子能谱图

银河系宇宙射线来源于银河系内超新星的爆发,其由约87%的质子和约12%的α粒子等组成,能量多在0.1GeV-100GeV之间变化,能量高,通量较低。

超新星爆发过程

太阳高能粒子(SEP)来源于太阳自身核聚变过程中向太阳系释放出的高能粒子,其由约90%的质子、9%的电子和1%重离子核组成,能量多在1-100 MeV之间变化,能量低,但通量高。

次级宇宙射线到达地表一定会与地表岩石矿物中的元素地处核反应,使其中的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等元素地处蜕变,中子捕获和介子反应等,生成一系列稳定核素(3He、21Ne等)和放射性核素(14C、10Be、26Al和36Cl等),即就地宇宙成因核素。

经过100多年的科学研究以及仪器分析技术的进步,就地宇宙成因核素在产率模型、暴露测年、侵蚀时延以及埋藏年龄等理论取得了长足的进步,其在百年到百万年时间尺度上,定量重建陆表地质过程方面具有独特的优势,可能在冰川地貌年代学、流域侵蚀时延、滑坡和断层年代学、火山喷发年代学、古人学得、河流和湖泊阶地年代学、埋藏年代学等方面广泛应用。

本文来自云栖社区公司相互合作 伙伴“中科院之声”,了解相关信息还前要关注“中科院之声x”。

太阳日珥爆发/NASA 网站

地球大气层外,尚未与大气地处相互作用的宇宙射线称为初级宇宙射线,其成分主要为质子和α粒子,其次是从锂核到铁核等多种元素的离子核以及微量的电子和μ子等。初级宇宙射线大致可分为银河系宇宙射线(Galactic Cosmic Rays,GCR)和太阳高能粒子(Solar Energetic Particles,SEP)。

在1940年左右,可能粒子加速器以后 起步,宇宙射线作为高能粒子源(最高能量可达现今人工加速粒子最高值的100),是当时唯一能轰开原子核的“粒子炮弹”,产出了有些重大成果。其中比较著名的有1932年安德森利用磁云雾室发现了第一另一个反物质粒子——正电子,1936年安德森和内德梅耶在云雾室中观测到了u子,1947年鲍威尔等发现了π介子,1947年罗彻斯特等在宇宙射线中发现了K0和Λ等奇异粒子,以后 又另一个人发现了一系列超子(∑±,∑0,Ξ0,Ξ- )和K± 介子等。相似发现打开了微观世界的神秘大门,促成了粒子物理学的诞生和人工加速器的发展。

学缺陷中物理的同学想必都听说过X射线、γ射线、α射线、β射线等等,可亲戚亲戚朋友知道宇宙射线是什吗?名字起地霸气侧漏,与众不同,是一定会 有相似有点儿之处呢?是的,非常有点儿!!!它的发现奠定了粒子物理学的基础。一起它与表层地球系统物质地处核反应生成的宇宙成因核素,是第四纪年代学的重要组成累积,也为亲戚亲戚朋友定量重建陆表地质过程提供了绝佳的研究材料。接下来亲戚亲戚朋友就为亲戚亲戚朋友简单科普一下宇宙射线及其与地球母亲相互作用的产物——宇宙成因核素。

赫斯乘坐热气球探测宇宙射线

宇宙射线穿越星空,来到地球的路径/Bing 图片

宇宙成因核素是由宇宙射线与表层地球系统物质地处核反应生成。初级宇宙射线进入大气圈后,会与大气中的靶元素(主要为N、O、Ar和Xe等元素)地处核反应而产生少量的次级粒子,紧接着次级粒子继续与空气中的靶元素地处新的核反应并产生新的次级粒子,主要有强子、电子、光子和μ子等成分,最终次级粒子数目会非常巨大,形成广延大气簇射(Extensive Air Shower,EAS)。

原文发布时间为:2018-09-6

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