Kozmičke zrake 1

Kozmičke zrake

Kondenzirajuća komora sa vidljivim linijama ionizirajućeg zračenja (kratke, debele:alfa-čestice; duge, tanke: beta-čestice). Vidi također video verziju

. Kozmičke zrake su energetskeelektrički nabijene subatomske čestice,koje dolaze iz vanjskog svemira isudaraju se sa Zemljinom atmosferom.One mogu stvoriti sekundarne česticekoje mogu proći Zemljinu površinu, pai dublje. Kozmičke zrake su iste česticekoje se kao stabilni djelovi atoma,mogu pronaći na Zemlji: protoni,atomske jezgre ili elektroni. To suslične čestice koje kruže unutarakceleratora čestica, s tom razlikom dasu energije kozmičkih zraka veće.

Pojam “zrake” dolazi iz ranih danaistraživanja radijacije, kada se bila kojastruja ionizirane radijacije nazivala podpojmom “zrake”. U to vrijeme kada sunazvane kozmičke zrake, još se nijepoznavala njihova priroda i pretpostavljalo se da bi mogle biti oblik elektromagnetskog zračenja, kao γ-zrake.Čestice kozmičkih zraka dolaze pojedinačno, ne u obliku zraka – iako jedna čestica može stvoriti “pljusak” punosekundarnih čestica. Danas se priroda čestica kozmičkih zraka treba naglasiti, tako da bi ispravnije bilo ih zvatikozmičke čestice

Oko 89 % dolazećih kozmičkih zraka su jednostavni protoni (jezgre vodika), 10 % su jezgre helija (alfa-čestice) i 1% su teži elementi. Te jezgre vodika i helija čine 99 % kozmičkih zraka. Pojedinačni elektroni (poput beta-čestica)čine ostalih 1 % galaktičkih kozmičkih zraka – to su kozmičke zrake koje dolaze izvan Sunčevog sustava. Zasad jenepoznato odakle ti elektroni dolaze i zašto imaju ubrzanje manje od atomskih jezgri. [1]

Podrijetlo kozmičkih zraka je različito, jedan dio dolazi od Sunca, kao i od ostalih zvijezda, a drugi dio dolazi odnepoznatih događaja iz najudaljenijih dijelova vidljivog Svemira. Kozmičke zrake imaju energiju veću od 1020 eV,puno veću nego što stvara akcelerator čestica - 1012 do 1013 eV. [2]

Kozmičke zrake imaju najznačajniju ulogu u stvaranju litija, berilija i bora u svemiru, kroz proces koji se zovenukleosinteza. One stvaraju neke radioizotope na Zemlji, kao ugljik-14. U povijesti fizike, značajne su jer uz njihovereakcije došlo se do otkrića pozitrona, miona i piona (pi-mezon). Zračenje kozmičkih zraka je najvećim dijelomsastav prirodnog pozadinskog zračenja na površini Zemlje i jako se teško zaštiti od njega, tako da je to jedan odnajvećih problema za međuplanetarna putovanja.

Kozmičke zrake 2

Prva ikad napravljena slika pozitrona

.

Sastav

Kozmičke zrake se mogu podijeliti naprimarne i sekundarne. Galaktičkekozmičke zrake koje dolaze doSunčevog sustava su primarni izvor,koje zatim reagiraju sameđuzvjezdanom materijom i stvarajusekundarne kozmičke zrake. Sunce istoemitira niskoenergetske kozmičkezrake, koje su povezane sa Sunčevimbakljama.

Teži elementi kozmičkih zraka, kao štosu jezgre ugljika i kisika, sudaraju sesa međuzvjezdanom materijom i lomese na lakše jezgre – litij, berilij i bor.Osim toga, još teže jezgre, željezo inikal, kada se sudaraju sameđuzvjezdanom materijom, nastajeskandij, titanij, vanadij i mangan ioni.

Različite količine kozmičkih zraka

Kada tok kozmičkih zraka ulazi u gornju atmosferu Zemlje, količina dolaska na Zemljinu površinu, ovisi o dvijepojave: Sunčevom vjetru i Zemljinom magnetskom polju. Sunčev vjetar je raspršena magnetizirana plazma, kojadolazi sa Sunca i koja može usporiti dolazeće kozmičke čestice, kao i odbiti neke čestice koje imaju energiju manjuod 1 GeV. Količina Sunčevog vjetra je promjenjiva i ovisi o 11 godišnjem Sunčevom ciklusu, tako da za vrijemeSunčevog maksimuma, najmanja količina kozmičkih zraka dođe do Zemljine površine. Osim toga, Zemljinomagnetsko polje odbija i lomi jedan dio kozmičkih zraka, pa tako količina kozmičkih zraka koje padnu na Zemljinupovršinu ovisi i o zemljopisnoj širini, zemljopisnoj dužini i kutu azimuta. U smjeru istok-zapad, količina kozmičkihzraka se mijenja zbog polarnosti Zemljinog magnetskog polja. Količina kozmičkih zraka na ekvatoru je manja negona polovima, zato što je i gustoća magnetskih linija rjeđa na polovima. Treba još napomenuti da se magnetski polovine podudaraju sa zemljopisnim polovima.

Na velikoj udaljenosti od Sunca, otprilike 94 astronomske jedinice, do kuda seže heliosfera, postoji područje dokojeg stiže Sunčev vjetar i sa nadzvučne brzine prelazi ispod brzine zvuka, pa se stvara “krajnji udar Sunčevogvjetra”. Između krajnje granice heliosfere, koja se zove heliopauza i “krajnjeg udara Sunčevog vjetra”, nalazi sepodručje koje se naziva Sunčeva ravnica i ono smanjuje energiju kozmičkih zraka za 90 %.

OtkrivanjeJezgre atoma koje čine kozmičke zrake, mogu putovati velike udaljenosti do Zemlje, zbog male gustoće materije usvemiru. Jezgre atoma snažno udaraju u jezgre atmosferskih plinova, kada stignu do Zemlje. Ti sudari, koje jošzovemo pljusak subatomskih čestica, stvaraju pione (pi-mezone) i K-mezone, nestabilne mezone koji brzo prelaze umione. Mioni ne reagiraju sa atmosferom i dodatno zbog vremenske dilatacije, oni lako stižu do Zemljine površine ičak mogu prodrijeti do unutrašnjosti plitkih rudnika. Mioni prestavljaju ionizirajuće zračenje, pa se lako mogu otkriti

Kozmičke zrake 3

sa Wilsonovom komorom.Kozmičke zrake koje se sudaraju izvan Zemljine atmosfere, sa elementima težim od vodika i helija, mogu se otkritisa visokoenergetskim emisijama gama-čestica, koristeći teleskope s gama-česticama.Kozmičke zrake se mogu otkriti ako prolaze kroz detektor čestica, koji se nalaze na satelitima ili balonima navelikim visinama. Detektor čestica se sastoji od dvije ploče polikarbonatske plastike, koje se diretno izlažukozmičkom zracenju. Nakon povratka u laboratorij, ploče se polijevaju sa rastvorom tople natrijeve lužine (NaOH),dok se ne pojave mali stožasti zarezi. Ako se promatra pod mikroskopom, može se utvrditi i električki naboj ienergija čestice. Detektor čestica se koristi i kod nuklearne fuzije.[]

Međudjelovanje sa Zemljinom atmosferomNakon što uđu u Zemljinu atmosferu, kozmičke čestice se sudaraju sa molekulama, uglavnom dušikom i kisikom,stvarajući slapove manjih čestica, koje zovemo još pljusak elementarnih čestica. Broj sekundarnih čestica kojenastaju nakon sudara jedne primarne čestice, može biti i na milijarde. Uglavnom nastaju pioni (pi-mezone) iK-mezoni, nestabilni mezoni koji brzo prelaze u mione.Kozmičke zrake stalno stvaraju inestabilne izotope u Zemljinojatmosferi, kao što je ugljik-14:

Kozmičke zrake drže količinuugljika-14 u atmosferi uglavnomstalnim (70 tona) u zadnjih 100 000,sve do 1950-ih, kada se započelo stestiranjem nuklearnog oružja. Ta sečinjenica koristi u arheologiji, zadatiranje ugljikom-14 ili utvrđivanjestarosti nekog nalaza.

Produkti reakcije sekundarnihkozmičkih zraka i vijek trajanja:[3]

• Tricij (12,3 godine)• Berilij-7 (53,3 dana)•• Berilij-10 (1 600 000 godina)• Ugljik-14 (5730 godina)• Natrij-22 (2,6 godina)•• Natrij -24 (15 sati)• Magnezij-28 (20,9 sati)•• Silicij-31 (2,6 sati)• Silicij -32 (101 godina)• Fosfor-32 (14,3 dana)• Sumpor-35 (87,5 dana)•• Sumpor -38 (2,8 sati)• Klor-34 (32 min)•• Klor-36 (300 000 godina)•• Klor -38 (37,2 min)•• Klor -39 (56 min)• Argon-39 (269 godina)

Kozmičke zrake 4

• Kripton-85 (10,7 godina)

Istraživanje i pokusiDetektori kozmičkih zraka se postavljaju na Zemlji, u svemirskim letjelicama (Voyager 1,Voyager 2,Cassini-Huygens, SOHO) i u balonima.

Povijesne činjeniceNakon što je Antoine Henri Becquerel 1896. godine otkrio radioaktivnost, vjerovalo se da kozmičke zrake dolaze izzemlje, od zračenja radioaktivnih elemenata kao što je radon. Godine 1909. Theodor Wulf razvio je elektrometar,uređaj koji je mjerio stvaranje iona, u zatvorenom spremniku. Godine 1912., Victor Franz Hess stavio jeelektrometar u balon, koji je podignuo na 5300 m, i otkrio je da se zračenje pojačalo za otprilike 4 puta nego napovršini Zemlje. [4]

Pojam kozmičke zrake stvorio je Robert Andrews Millikan, koji je dokazao da one dolaze izvan Zemljine atmosfere.Godine 1948. Gottlieb i Van Allen dokazali su da se primarne kozmičke zrake uglavnom sastoje od protona i neštojezgri helija (alfa-čestice) i sasvim malim udjelom teških atomskih jezgri.

Djelovanje kozmičkih zraka

Promjene u atmosferiKozmičke zrake u atmosferi ioniziraju molekule dušika i kisika, što vodi do brojnih reakcija. Jedna od reakcija vodido ozonskih rupa, ali taj udio je puno manji od utjecaja freona.

Utjecaj na ljudeKozmičke zrake čine udio godišnje radijacije na ljude. Na primjer, u Australiji je ukupno prirodno zračenje na ljude2,3 miliSieverta, dok kozmičke zrake prosječno zrače na ljude 0,3 miliSieverta (13 %). [5]

Utjecaj na elektroničke uređajeKozmičke zrake imaju dovoljno energije da izmijene stanje elemenata u elektroničkim integriranim krugovima,uzrokujući kratkotrajne greške, kao što je promjena podataka u radnoj memoriji ili kriva operacija procesora. To jeveliki problem kod elektroničkih uređaja u satelitima. Kako tranzistori postaju sve manji i manji, sve više sepojavljuje sličan problem i na tlu Zemlje.[6] Jedna studija tvtke IBM napravljene 1990. godine, pokazala je daračunala dožive jednu pogrešku uzrokovanu kozmičkim zrakama po 256 megabajta memorije i u jednom mjesecu.[7]

Da bi se ublažio taj problem, tvrtka Intel predložila je ugradnju detektora kozmičkih zraka, koji bi se mogli ugraditi ubuduće male mikroprocesore, kako bi mogli ponoviti zadnju komandu, prije utjecaja kozmičke čestice. [8]

Kozmičke zrake su nedavno osumnjičene za mogući uzrok avionske nesreće tvtke Qantas Airways, na linijskomputničkom zrakoplovu Airbus A330, koji je dva puta ponirao stotinjak metara, nakon nepravilnosti u radu kontrolnogsustava leta. Puno putnika i članova posade je ozlijeđeno, neki ozbiljno. Nakon nesreće, istražitelj je utvrdio da jekontrolni sustav leta primio oznaku na ekranu, koja se ne može objasniti, a da je cijeli sustav radio ispravno. To jeponukalo tvrtke u cijelom svijetu da dogradi programe za putničke zrakoplove Airbus A330 i A 340, tako da oznakena ekranima budu filtrirane elektronski. [9]

Kozmičke zrake 5

Izvori

Translated and commented in cite arxiv|author=A. de Angelis |year=2010 |title=Penetrating Radiation at the Surface of and in Water |class=physics.hist-ph |arxiv=1002.1810

[5] http:/ / www. arpansa. gov. au/ pubs/ baseline/ bg_rad. pdf[6] IBM experiments in soft fails in computer electronics (1978-1994) (http:/ / www. research. ibm. com/ journal/ rd/ 401/ curtis. html), from

Terrestrial cosmic rays and soft errors (http:/ / www. research. ibm. com/ journal/ rd40-1. html), IBM Journal of Research and Development,Vol. 40, No. 1, 1996. Retrieved April 16, 2008.

[8] Intel plans to tackle cosmic ray threat (http:/ / news. bbc. co. uk/ 2/ hi/ technology/ 7335322. stm), BBC News Online, 8 April 2008.Retrieved April 16, 2008.

[9] Cosmic rays may have hit Qantas plane of the coast of North West Australia (http:/ / www. news. com. au/ travel/ story/0,28318,26370596-5014090,00. html), News.com.au, 18 November 2009. Retrieved 19 November 2009.

Povezani članci•• Čerenkovljevo zračenje

Vanjske poveznice

U Wikimedijinu spremniku nalazi se još gradiva na temu: Kozmičke zrake

Izvori rabljeni u članku i suradnici 6

Izvori rabljeni u članku i suradniciKozmičke zrake  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=3923845  Doprinositelji: Argo Navis, Arny, Dean72, Dtom, Jure11, Mmarre, Roberta F., 3 anonimne izmjene

Izvori, licencije i suautori slikaDatoteka:Cloud chamber bionerd.jpg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Cloud_chamber_bionerd.jpg  Licencija: Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Doprinositelji: Own workDatoteka:PositronDiscovery.jpg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:PositronDiscovery.jpg  Licencija: nepoznato  Doprinositelji: Carl D. Anderson (1905-1991)Datoteka:Atmospheric Collision.svg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Atmospheric_Collision.svg  Licencija: GNU Free Documentation License  Doprinositelji:User:SyntaxError55. Original uploader was SyntaxError55 at en.wikipediaDatoteka:AirShower.svg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:AirShower.svg  Licencija: GNU Free Documentation License  Doprinositelji: MpfizSlika:Commons-logo.svg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Commons-logo.svg  Licencija: logo  Doprinositelji: SVG version was created by User:Grunt and cleaned upby 3247, based on the earlier PNG version, created by Reidab.

LicencijaCreative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported//creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/