Promieniowanie kosmiczne
Promieniowanie kosmiczne
Promieniowanie kosmiczne
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong><br />
Krzysztof Nalewajko<br />
Spotkania z astronomią<br />
19 stycznia 2009<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Dlaczego ’promieniowanie’?<br />
<strong>Promieniowanie</strong> odkrył w 1896 roku Henri Becquerel. Umieścił<br />
on próbkę soli uranowej na kliszy fotograficznej owiniętej<br />
światłoszczelnym papierem i uzyskał wyraźne naświetlenie.<br />
Otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w roku 1903, razem z<br />
Marią i Pierrem Curie.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Jonizacja powietrza<br />
<strong>Promieniowanie</strong> powoduje jonizację powietrza, czyniąc je<br />
przewodnikiem elektrycznym.<br />
Naładowany elektroskop ulega rozładowaniu w czasie<br />
zależnym od przewodnictwa elektrycznego powietrza, a więc<br />
pozwala mierzyć jego stopień jonizacji.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Jonizacja powietrza<br />
W roku 1785 Charles Coulomb odkrył, że nawet najlepiej<br />
odizolowany naładowany przewodnik ”gubi” ładunek<br />
elektryczny.<br />
Po odkryciu Becquerela zaczęto podejrzewać istnienie<br />
naturalnego tła promieniotwórczego.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Naturalne promieniowanie Ziemi<br />
Spodziewano się, że jonizację powodują pierwiastki<br />
promieniotwórcze w skorupie ziemskiej.<br />
Według tej hipotezy, stopień jonizacji powietrza powinien<br />
maleć z wysokością, a powyżej wysokości 1 km praktycznie<br />
zaniknąć.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Pierwsze pomiary<br />
W roku 1910 niemiecki fizyk i jezuita Theodor Wulf wykonał<br />
pomiary jonizacji powietrza wzdłuż wieży Eiffela. Stopień<br />
jonizacji malał z wysokością, ale wolniej niż wskazywały<br />
obliczenia. Wskazał on na możliwe pozaziemskie pochodzenie<br />
promieni, ale jego pomiary podważono.<br />
W tym samym roku Albert Gockel wykonał pierwsze pomiary<br />
z użyciem balonu. Stwierdził, że powyżej 2 km jonizacja<br />
powietrza nieznacznie wzrasta.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Odkrycie<br />
Austriacki fizyk Victor Hess podczas swojej 9 wyprawy<br />
balonowej 7 VIII 1912 osiągnął pułap ponad 5 km.<br />
Z jego pomiarów wynika, że stopień jonizacji powietrza<br />
gwałtownie wzrasta powyżej wysokości 3 km, a na 5 km jest<br />
dwukrotnie wyższy niż na powierzchni Ziemi.<br />
Otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w roku 1936.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Komora Wilsona<br />
W roku 1900 Charles T. R. Wilson wynalazł komorę mgłową,<br />
nazywaną częściej jego imieniem.<br />
Otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w roku 1927.<br />
Dymitry Skobielcyn był pierwszym (1928), który zastosował<br />
komorę mgłową do obserwacji promieniowania <strong>kosmiczne</strong>go.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Komora Wilsona<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Odkrycie antymaterii<br />
W roku 1932 Carl D. Anderson, korzystając z komoty<br />
Wilsona, odkrył wśród promieniowania <strong>kosmiczne</strong>go nieznaną<br />
cząstkę o dodatnim ładunku elektrycznym.<br />
Cząstka ta została nazwana pozytonem, a w istocie jest<br />
antyelektronem.<br />
Otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w roku 1936 (razem<br />
z V. Hessem).<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Odkrycie mionu<br />
W roku 1936 C. D. Anderson odkrył cząstkę o ujemnym<br />
ładunku, ale masie pośredniej pomiędzy masą elektronu a<br />
masą protonu.<br />
elektron/pozyton - m e = 511 keV<br />
mion - m µ = 106 MeV<br />
proton - m p = 938 MeV<br />
Nową cząstkę nazwał mezotronem, później przemianowano ją<br />
na mion.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Kilka uwag o mionach<br />
Mion jest leptonem, ciężką odmianą elektronu. Jest nietrwały,<br />
jego czas połowicznego rozpadu wynosi 2, 2 µs.<br />
µ − → e − + ν µ + ¯ν e<br />
Na Ziemi występuje jedynie jako produkt promieniowania<br />
<strong>kosmiczne</strong>go.<br />
Łatwo penetruje warstwy skalne o grubości kilkudziesięciu<br />
metrów.<br />
Miony są odpowiedzialne za 80% dawki promieniowania<br />
<strong>kosmiczne</strong>go otrzymywanego na poziomie morza.<br />
10000 mionów pada na 1 m 2 w ciągu minuty.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Odkrycie hiperjąder<br />
Hiperjądra odkryli w roku 1952<br />
Marian Danysz i Jerzy Pniewski z<br />
Uniwersytetu Warszawskiego.<br />
Najlżejsze hiperjądro (hiperwodór<br />
3) składa się z:<br />
- protonu (uud),<br />
- neutronu (udd),<br />
- barionu Λ 0 (uds)<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Efekt szerokości geomagnetycznej<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Pole magnetyczne Ziemi<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Skład<br />
Średni skład promieniowania <strong>kosmiczne</strong>go:<br />
- protony, czyli jądra wodoru (90%)<br />
- cząstki α, czyli jądra helu (9%)<br />
- elektrony i pozytrony (1%)<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Rozkład energetyczny<br />
do 10 10 eV - Słońce<br />
od 10 10 eV do<br />
10 15 eV - źródła<br />
galaktyczne<br />
od 10 15 eV - źródła<br />
pozagalaktyczne<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Słońce<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Słońce<br />
Słońce potrafi emitować cząstki o energiach do kilku GeV.<br />
Podczas dużej aktywności silniejsze pole magnetyczne Słońca<br />
obniża poziom promieniowania <strong>kosmiczne</strong>go.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Pozostałości supernowych<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Galaktyczne promienie <strong>kosmiczne</strong><br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Eksperyment Volcano Ranch<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Dlaczego LHC nie zniszczy Ziemi?<br />
http://hasthelargehadroncolliderdestroyedtheworldyet.com/<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Dlaczego LHC nie zniszczy Ziemi?<br />
Najwyższa energia zmierzona dla promieni kosmicznych<br />
wynosi 3 · 10 20 eV = 51 J.<br />
Taki proton w zderzeniu z atomem azotu wyzwala energię<br />
2, 8 · 10 15 eV.<br />
Maksymalna energia osiągalna w Wielkim Zderzaczu<br />
Hadronów (LHC) wynosi 14 TeV = 1, 4 · 10 13 eV, a więc 200<br />
razy mniej.<br />
Na Ziemię w każdej sekundzie spada cząstka o energii powyżej<br />
4 · 10 19 eV.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Obserwatorium Pierra Auger’a<br />
1600 detektorów na obszarze 3000 km 2 oraz 24 teleskopy optyczne<br />
w czterech ’bateriach’.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Obserwatorium Pierra Auger’a<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Poszukiwanie źródeł ekstremalnych promieni kosmicznych<br />
Kierunki przybycia promieni kosmicznych o energiach powyżej<br />
6 · 10 19 eV zdają się zbieżne z bliskimi aktywnymi galaktykami.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Aktywne galaktyki<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Aktywne galaktyki<br />
Radiogalaktyka Cygnus A<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
<strong>Promieniowanie</strong> na poziomie morza<br />
Roczna dawka promieniowania wg raportu Komitetu<br />
Naukowego ONZ ds. Skutków Promieniowania Atomowego<br />
(UNSCEAR) z roku 2000 (średnia światowa):<br />
Źródło dawka (mSv) %<br />
<strong>kosmiczne</strong> 0,4 14<br />
ziemskie 0,5 18<br />
radon 1,2 43<br />
wewnętrzne 0,3 11<br />
medyczne 0,4 14<br />
razem 2,8 100<br />
Średnia dawka godzinna wynosi 50 nSv.<br />
Człowiek żyjący 70 lat otrzyma ze źródeł naturalnych dawkę<br />
200 mSv.<br />
W niektórych rejonach świata (np. Ramsar w Iranie) roczna<br />
dawka naturalnego promieniowania przekracza 100 mSv.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Stratosfera<br />
Dawka 1 mSv odpowiada 200 godzinom lotu rocznie na<br />
umiarkowanej szerokości geograficznej na średniej wysokości<br />
11 km.<br />
Pracownicy linii lotniczych, spędzający rocznie 600 godzin w<br />
powietrzu, otrzymują większe roczne dawki promieniowania (3<br />
mSv) niż pracownicy elektrowni jądrowych (1,8 mSv).<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Astronauci<br />
Za bezpieczną dawkę na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO)<br />
przyjmuje się 500 mSv rocznie i 4 Sv w całej karierze.<br />
Półroczna misja na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej<br />
oznacza dawkę 80-160 mSv, w zależności od aktywności<br />
słonecznej.<br />
Najdłużej przebywający w kosmosie człowiek, Sergei Krikalyov<br />
(803 d 9 h 39 m ), mógł więc otrzymać dawkę 500 mSv.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Poza ziemską magnetosferą<br />
Jak dotąd tylko 24 ludzi (załogi misji Apollo) opuściło ziemską<br />
magnetosferę.<br />
Dawki godzinne były 3x wyższe niż na LEO, ale ich misje<br />
trwały bardzo krótko.<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Czy skolonizujemy Marsa?<br />
Krzysztof Nalewajko<br />
<strong>Promieniowanie</strong> <strong>kosmiczne</strong>
Change language