Проблема солнечных нейтрино
Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: трудовое право шпаргалки, доклад по обж
Добавил(а) на сайт: Кудров.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 | Следующая страница реферата
ГЕНЕРАЦИЯ НЕЙТРИНО В НЕДРАХ СОЛНЦА
По существующему представлению, в звездах, подобных Солнцу, синтез ядер гелия из протонов должен происходить с помощью протон-протонного (р-р) или углеродно-азотного (С-N) циклов.
В первой реакции p-p цикла при столкновении двух протонов образуются ядро дейтерия и позитрон. Вероятность этой реакции очень мала, поскольку для совершения процесса требуется выполнение двух крайне редких условий. Во- первых, в момент столкновения протонов энергия одного из них должна быть намного больше средней тепловой энергии, чтобы преодолеть кулоновские силы отталкивания. Таких частиц очень мало. Во-вторых, необходимо, чтобы за короткое время ((10-21с) один из протонов превратился в нейтрон, позитрон и нейтрино. Нейтрон соединяется с протоном с образованием дейтрона, нейтрино покидает звезду, а позитрон аннигилирует с электроном с образованием гамма- квантов, которые поглощаются в звездном веществе. Особое внимание к первой реакции протон-протонного цикла обусловлено тем, что скорость энерговыделения в недрах Солнца задается именно ею, поэтому она определяет и темп жизни Солнца, и особенности процессов, происходящих в глубоких его недрах. Сечение этой реакции столь мало, что в ближайшем будущем вряд ли удастся в лабораторных условиях его измерить. Это сечение вычисляется теоретически.
Дейтрон, возникший в первой реакции, быстро (секунды или доли секунды, в зависимости от температуры) превращается в изотоп 3Не, соединяясь с протоном. Дальнейшее развитие цикла протекает по различным каналам, в зависимости от температуры и химического состава звездного вещества. Установлено, что при Т1 < 15(106 К, при 15(106 < T2 < 25(106 К и при T3 > 25(106 К преобладает соответственно один из трех различных вариантов реакций.
Какой бы из циклов ни осуществлялся, конечный итог один: четыре протона превращаются в ядро гелия-4. При этом неизбежно образуются два нейтрино и гамма-кванты, а также два позитрона, которые впоследствии, соединяясь с электронами, тоже дают гамма-излучение. При образовании одного ядра гелия-4 из четырех протонов выделяется энергия 26,7 МэВ, равная разности энергии покоя четырех протонов и энергии покоя ядра 4Не. Эта энергия уносится электромагнитным излучением и нейтрино.
В рассмотренных выше ядерных реакциях возникают гамма-кванты, которые распространяются в солнечном веществе по всем направлениям. На своем пути они взаимодействуют с атомами среды, ионами и электронами. В среднем такое взаимодействие имеет место на пути в 1 см, в то время как радиус Солнца составляет 7(1010 см. При каждом столкновении фотоны гибнут, порождая новые. В результате энергия фотонов постепенно уменьшается. Проходят сотни тысяч лет, прежде чем "дальним родственникам" рожденных в недрах Солнца гамма-квантов удается выбраться наружу. Но, к сожалению, они мало чем похожи на своих "предков": в ядерных реакциях рождаются гамма- и рентгеновские кванты, а выходят из Солнца фотоны оптического и ультрафиолетового диапазона. Это излучение никак не отражает свойств среды, в которой первоначально возникли кванты.
Иное дело – нейтрино. Для того чтобы покинуть Солнце, им нужно всего
2 с. Важно и то, что, пройдя сквозь огромную толщу солнечного вещества, нейтрино сохраняют всю ту информацию, какую они получили в термоядерных
реакциях. Даже ночью солнечные нейтрино приходят к нам, проходя через толщу
Земли, совершенно не замечая ее существования.
Ежесекундно в недрах Солнца сгорает 3,6(1038 протонов. Поскольку при
превращении четырех протонов в ядро гелия-4 рождаются два нейтрино, в
недрах Солнца должны ежесекундно генерироваться 1,8(1038 нейтрино. Если
теперь эту величину разделить на 4?R2, где R = 150(106 км – расстояние от
Земли до Солнца, то получим величину полного потока нейтрино на Земле –
6,6(1010 нейтрино на 1 см2 в 1 с. Важно отметить, что полный поток
солнечных нейтрино слабо зависит от конкретных физических условий, реализуемых в глубоких недрах нашего светила. В то же время потоки
отдельных групп нейтрино сильно зависят от состояния вещества в центральной
части Солнца. Так, например, при изменении температуры от 12(106 до 14(106
К поток нейтрино, возникающих от распада 8В, меняется более чем в 15 раз, а
поток нейтрино углеродно-азотного цикла – более чем в 10 раз. Это
обстоятельство является исключительно важным, так как по мере удаления от
центра Солнца скорость генерации нейтрино при распадах 8В, 15N и 15О падает
настолько сильно, что их можно не учитывать. Таким образом, измерение даже
одного потока нейтрино от распада 8В позволяет судить о температуре в
центральной области Солнца.
Согласно последним представлениям, горение водорода в недрах Солнца
осуществляется в основном (от 98,4 % до 99,75% по различным данным) через
протон-протонный цикл и только ?1% – через углеродно-азотный цикл.
Расчетное значение температуры в центре составляет 15,6(106 К, а плотность
– 148 г/см3. Нейтрино разных групп отличаются характером спектра, средней
энергией, потоком и эффективной областью их генерации. Область генерации
термоядерной энергии практически совпадает с областью генерации p-p-
нейтрино. Скорость генерации 8В-нейтрино очень сильно зависит от
температуры, поэтому поток таких нейтрино является мерилом температуры в
центре Солнца. Наиболее растянутой по радиусу является область генерации
нейтрино в результате реакции: 3Не + р ( 4Не + е+ + (е (так называемое hep-
нейтрино). Две особенности являются характерными для этой группы нейтрино.
Во-первых, поток этих нейтрино является индикатором концентрации гелия-3, очень хорошего термоядерного горючего. Во-вторых, энергетический спектр
нейтрино простирается до высоких энергий: максимальная энергия составляет
18,77 МэВ. Такая особенность открывает уникальную возможность регистрации
нейтрино этой группы. Не исключена возможность того, что горение гелия-3 в
недрах Солнца является важным источником энергии.
ПРОБЛЕМА СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО
Наблюдения солнечных нейтрино ведутся уже более тридцати лет.
Наблюдаемое количество солнечных нейтрино оказалось значительно меньше
вычисленного значения.
Основными реакциями, происходящими в недрах Солнца, являются
(Stockman, Jan. 12th, 1997):
p + p ( d + е+ + (
p + p + e ( d + (
d + p ( 3He + (
3He + 3He ( p + p + 4He
3He + 4He ( 7Be + (
7Be + е- ( 7Li + (
7Li + p ( 4He + 4He
7Be + p ( 8B + (
8B ( 8Be* + е+ + (
8Be* ( 4He + 4He.
Нейтрино, рождающиеся в этих реакциях, имеют разные энергии. Так p-p нейтрино имеют энергии около 420 кэВ, бериллиевые и борные нейтрино имеют энергии в среднем выше 814 кэВ. Ниже показан спектр нейтрино, рассчитанный ведущими физиками в этой области John Bahcall и Pinsonneault, 1998.
[pic]
Для регистрации солнечных нейтрино осуществлены несколько нейтринных
экспериментов. Каждый эксперимент работает в своем диапазоне энергий
нейтрино. Каждый эксперимент откалиброван с помощью нейтрино земного
происхождения и должен давать правдоподобный результат. Однако все
существующие эксперименты указывают на большой недостаток потока нейтрино.
Как будто от Солнца идет лишь 25-60% нейтрино от того количества, которое
дает общепринятая теория. Значение нейтринного дефицита сильно зависит от
метода работы конкретного нейтринного эксперимента.
В настоящее время имеются четыре серии экспериментальных данных по регистрации различных групп солнечных нейтрино. В течение 30 лет ведутся радиохимические эксперименты на основе реакции 37Cl + (>37Ar + e-. Согласно теории, основной вклад в эту реакцию должны внести нейтрино от распада 8В в редкой ветви протон-протонного цикла. Исследования по прямой регистрации нейтрино от распада 8В с измерением энергии и направления движения нейтрино выполняются в эксперименте KAMIOKANDE с 1987 года. Радиохимические эксперименты по реакции 71Ga + (>71Ge + e- ведутся последние несколько лет двумя группами ученых ряда стран. Важной особенностью этой реакции является ее чувствительность в основном к первой реакции протон-протонного цикла p + p > 2D + e+ + (. Темп этой реакции определяет скорость энерговыделения в термоядерной печи Солнца в реальном масштабе времени.
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: скачать шпоры по праву, информационные системы реферат.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 | Следующая страница реферата