Космических лучей

Прохождение космических лучей через атмосферу представляет собой сложный процесс постепенного поглощения первичной компоненты и образования вторичной компоненты, возникающей при взаимодействии быстрых частиц с ядрами и атомными электронами, содержащимися в воздухе. Это изменение состава космического излучения происходит в основном на больших высотах. Вблизи уровня моря идет главным образом уменьшение интенсивности космического излучения из-за его постепенного поглощения в воздухе.

Прохождение космических лучей через атмосферу связано, конечно, и с рассеянием, т. е. изменением направления полета. Для быстрых частиц, однако, рассеяние не вызывает заметного перемешивания частиц, летевших вначале в разных направлениях; вторичные частицы в существенной мере сохраняют направление первичных.

Исследования показывают, что интенсивность космических лучей на уровне моря зависит от направления, быстро увеличиваясь при переходе от горизонтального к вертикальному. Качественно такая зависимость представляется вполне естественной, поскольку для вертикально летящих частиц толщина пройденного слоя атмосферы является минимальной.

Расчёт интенсивности космических лучей в зависимости от угла падения с учетом всех присутствующих в излучении компонентов представляет значительные трудности. На практике используется следующая эмпирическая формула:

, (15)

где I (q)– интенсивность космического излучения, составляющего с вертикалью уголq; I ₀ – значение I (q) для угла q = 0.

Интенсивностью излучения называется отнесенное к единице телесного угла количество частиц, падающих под данным углом к вертикали на единичную площадку в единицу времени.

В данной лабораторной работе угловое распределение космических лучей исследуется с помощью телескопа, состоящего из ряда счётчиков Гейгера типа СИ-22Г.

Основной целью работы является проверка формулы (15). Главную трудность при этом представляет набор достаточной статистики. Имеющееся в распоряжении экспериментатора сравнительно небольшое время опыта должно быть использовано очень разумно. Нужно также помнить, что первые экспериментальные результаты обычно получают при не вполне стабильно работающей установке. Опыты, которые ставятся вначале, не должны поэтому требовать большого времени, а должны обязательно повторяться в конце работы. Лучше всего начинать опыт с измерения интенсивности вертикально направленного излучения. Результаты опыта естественно изображать в координатах I (q), cos² q. В этих координатах формула (15) имеет вид прямой линии. Ясно, что обнаружить, ложатся или не ложатся на прямую экспериментальные точки, можно лучше всего в том случае, если точки на графике распределены более или менее равномерно. Эта равномерность должна соблюдаться соответственно не по углам q, а по функции cos² q.

Выбор числа углов, при которых производятся измерения, не является критическим. Надежность результатов мало меняется от того, будет ли выбрано при измерениях пять разных углов или десять, так как время, в течение которого снимается каждая точка, при увеличении числа углов соответственно уменьшается.

При обработке результатов недостаточно ограничиться графическим анализом. Совместимость результатов с формулой (15) следует проверить с помощью метода наименьших квадратов. При вычислениях из непосредственных результатов опыта должен быть вычтен фон – скорость счёта при угле .