Jądro atomowe.

Po odkryciu neutronu przez Chadwicka, fizyk niemiecki Werner Heisenberg przedstawił protonowo - neutronowy model budowy jądra. Model ten został potwierdzony przez kolejne badania przemian jądrowych i we współczesnej fizyce uważany jest za jedynie słuszny. Zgodnie z tą teorią, jądra składają się z dwóch rodzajów cząsteczek elementarnych: protonów i neutronów. Liczba protonów w jądrze równa się liczbie porządkowej Z pierwiastka z tablicy Mendelejewa i równa jest liczbie elektronów w elektronowej powłoce atomu, i atom jako całość jest elektrycznie obojętny. Liczbę Z nazywamy również liczbą atomową. Liczbą masową A nazywamy sumę liczby protonów Z i liczby neutronów N w jądrze:

Ponieważ masy protonu i neutronu są niemal identyczne, zatem liczba masowa jest równa masie atomowej pierwiastka, zaokrąglonej do liczby całkowitej. Jądra są tworami bardzo trwałymi ponieważ między protonami i neutronami działają siły jądrowe. Działanie sił jądrowych jest około 100 razy silniejsze od działania sił elektromagnetycznych. Są to najpotężniejsze siły jakimi dysponuje przyroda. Cechą sił jądrowych jest ich mały zasięg działania, siły te pojawiają się dopiero wówczas, gdy odległość między cząsteczkami jest rzędu
10^-14 - 10^-15 m, a więc równa jest wymiarom jądra.

Neutron, proton i ich własności.

Neutron
, odkryty przez Chadwicka w 1932r proton
są dwoma stanami jednej i tej samej cząstki elementarnej - nukleonu. Neutron jest cząstką elektrycznie obojętną o masie m_n = 1,00898 ajm = 1838 m_e (m_e - masa elektronu). Neutrony wchodzą w skład wszystkich jąder atomowych, obpócz wodoru
. Neutron swobodny jest cząsteczką nietrwałą, rozpada się przez oddziaływanie stałe
na proton, elektron i antyneutrino:

Średni czas życia neutronu wynosi 932
14 s. Ze względu na brak oddziaływania kulombowskiego, neutrony odgrywają ogromną rolę w fizyce i technice jako cząstki inicjujące reakcje jądrowe, zwłaszcza reakcje rozszczepienia jąder atomowych.

Proton
jest cząstką elementarną o masie m_p = 1,00758 ajm = 1836 m_e i dodatnim ładunku elementarnym. Protony wchodzą w skład wszystkich jąder atomowych i są cząstkami trwałymi. Ze względu na trwałość, powszechność występowania i niezerowy ładunek elektryczny, proton nadaje się najlepiej z hadronów do przyśpieszania w akceleratorach.

Niedobór masy. Energia wiązania.

Energia wiązania nukleonu w jądrze równa się pracy potrzebnej do usunięcia danego nukleonu z jądra bez nadania mu energii kinetycznej

Całkowitą energię wiązania określa się jako pracę potrzebną do rozłożenia jądra na składowe nukleony bez nadania im energii kinetycznej.

Defektem (ubytkiem lub niedoborem) masy nazywamy różnicę między sumą mas cząsteczek elementarnych (t.j. nukleonów), a nieco mniejszą masą powstającego z nich jądra.

Δm - defekt masy

m_p - masa protonu

m_n - masa neutronu

Z - liczba protonów

N - liczba neutronów

A - liczba masowa

Defekt masy Δm jest miarą energii wiązania, która jest równa:

W wyniku podstawienia wartości C = 3 * 10⁸ m/s otrzymamy:

1ajm = 1,491*10^-10 = 931,48 MeV

W 1g substancji znajduje się liczba n atomów równa:

Metody wykrywania cząstek.

• Komora Wilsona (1911r.)

Jest to zamknięte naczynie, w którym znajduje się powietrze nasycone parą wodną, spirytusu lub innej cieczy. Podczas rozprężania gazu następuje ochłodzenie powietrza (proces adiabatyczny) i przesycenie pary wodnej. Wpadająca do komory cząsteczka naładowana wytwarza na swej drodze jony, które stanowią centra kondensacji pary, ujawniając tor cząsteczki. Zastosowanie komory Wilsona pozwala zmierzyć zasięg cząstki, (a na podstawie zasięgu) energię cząstki, określić właściwości cząstki.

• Komora pęcherzykowa (Glaser 1952r.)

Wykorzystano tu własności cieczy przegrzanej powyżej temperatury wrzenia, w której cząstki naładowane wywołują powstanie drobnych pęcherzyków, dających się fotografować podobnie jak kropelki w komorze Wilsona. Przewaga komory pęcherzykowej nad komorą Wilsona polega na tym, że w gęstszym od gazowego ośrodku ciekłym zderzenia są częstsze, cząstki przebiegają drogę znacznie krótszą. Nadaje się ona do śledzenia całej drogi cząstek nawet o dużych energiach kinetycznych.

• Metoda klisz jądrowych

W tym przypadku cząstki jądrowe zderzają się na swej drodze ze specjalnie rozdrobnionymi ziarnami bromku srebra (AgBr) emulsji fotograficznej wyzwalając ogromne ilości srebra. Po wywołaniu i utrwaleniu emulsji fotograficznej w przezroczystej błonie uwidaczniają się mikroskopijne ziarenka srebra, znacząc tor biegu cząstki.

Za pomocą wyżej opisanych metod możemy ocenić:

• masę cząstki na podstawie struktury śladu,

• energię cząstki z odchylenia toru w polu magnetycznym,

znak ładunku elektrycznego i jego wielkość.

Promieniotwórczość naturalna.

Promieniotwórczością naturalną nazywa się samorzutną przemianę jednych jąder atomowych w inne, połączoną z wysyłaniem określonego rodzaju promieniowania. Zjawisko zostało odkryte w 1876r. Przez francuskiego fizyka A.H. Becquerela, który w doświadczeniach wykorzystał związki uranu. W roku 1898 we Francji Maria Skłodowska Curie w raz z innymi fizykami odkryła promieniowanie toru, a następnie ze swym mężem Piotrem odkryła polon, a później rad. Promieniotwórczość naturalną obserwuje się z reguły u pierwiastków ciężkich, leżących przy końcu układu okresowego. Stwierdzono, że promieniotwórczość jest samorzutna i stała, nie zależy od warunków zewnętrznych: oświetlenia, ciśnienia i temperatury. Oznacza to, że promieniotwórczość jest wewnętrzną właściwością atomów pierwiastka promieniotwórczego.

Promieniowanie radioaktywne przechodząc przez pole magnetyczne lub elektryczne, rozdziela się na trzy strumienie α, β, γ. Promieniowanie radioaktywne jest bardzo szkodliwe dla organizmów żywych, a ponad to powoduje zaczernienie klisz fotograficznych, jonizuje gaz lub materię skondensowaną, przez którą przechodzi. Te własności leżą u podstaw metod rejestracji i badania promieniowania radioaktywnego.

Promienie α.

Są to jądra helu i składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Odchylają się w polach elektrycznym i magnetycznym, a w powietrzu mają zasięg od 2, cm do 8,6 cm . Cząstki te mają prędkość rzędu 14000 - 20000 km/s i energię rzędu 4 - 10,5 MeV. Promienie α charakteryzują się najmniejszą przenikliwością, nie przechodzą już przez papier o grubości 0,1 mm.

Promienie β.

Promienie β są elektronami poruszającymi się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Energie tych promieni obejmują dość szeroki zakres wartości - od energii rzędu 10⁴ eV do 3,15 MeV (są to wartości dla danych pierwiastków maksymalne), dla sztucznej promieniotwórczości energie tych promieni mogą sięgać 16 MeV. Ponieważ masa elektronów jest bardzo mała, ich energia spoczynkowa wynosi zaledwie 0,51MeV. Wynika stąd, że już elektrony o energii rzędu 10⁴ MeV wykazują wyrażony wzrost masy, a więc zachowują się relatywistycznie. Dla promieni β obowiązuje zatem mechanika relatywistyczna, a zatem:

Zasięg promieni β jest znacznie większy aniżeli promieni α, a ponieważ są elektronami, więc odchylają się w polach elektrycznym i magnetycznym w stronę przeciwną niż promienie α.

Promienie γ.

Pod względem właściwości fizycznych promieniowanie γ jest bardzo podobne do promieniowania rentgenowskiego. Jest ono falą elektromagnetyczną o długości bardzo małej, zawierającej się w granicach od 5 * 10^-13m do 4 * 10^-11m. W widmie fal elektromagnetycznych promieniowanie γ leży bezpośrednio za promieniowanie rentgenowskim, a szybkość rozchodzenia się jest równa prędkości światła.

Promieniowanie β⁺

Podczas sztucznych przemian jądrowych mogą powstawać izotopy, wysyłające promieniowanie β⁺, które składa się z pozytonów, tzn. cząstek elementarnych różniących się od elektronów jedynie rodzajem ładunku. Są one czasami nazywane „dodatnimi elektronami.”

Prawo rozpadu promieniotwórczego.

Rozpad jąder odbywa się zgodnie z prawami statystycznymi. W grę wchodzą tu duże ilości atomów, zawartych w danej próbce materiału, wobec czego można ustalić prawo rozpadu. W przeciągu określonego czasu Δt rozpada się ΔN jąder; ilości ΔN rozpadających się jąder jest proporcjonalna do liczby jąder, z których składa się ciała promieniotwórcze, oraz czasu Δt :

Z powyższego:

Stała rozpadu promieniotwórczych λ określa względną liczbę

rozpadających się w czasie Δ t, jeśli ich ogólna liczba wynosi N₀.

Rozwiązując pierwsze równanie, otrzymamy:

N = N₀ * e ^{- λ t}

W którym:

N₀ - początkowa ilość jąder, z jakich składa się ciało promieniotwórcze,

N - ilość jąder, z jakich składa się ciało promieniotwórcze po czasie t,

t - czas trwania procesu rozpadu,

λ - stała rozpadu,

e - podstawa logarytmów naturalnych.

Okresem połowicznego zaniku nazywamy czas T w którym rozpada się połowa istniejących atomów pierwiastka promieniotwórczego.

Podstawowe prawo rozpadu można przedstawić również w tej postaci:

lub

a aktywność:

lub

Jednostką aktywności jest 1 kiur (1Ci) 1Ci = 3,7*10¹⁰ 1/s

Ciało ma aktywność 1Ci gdy w ciągu 1-ej sekundy dokona się 3,7*10¹⁰ aktów rozpadu.

1 eman = 10^-10 Ci

Prawa zachowania masy i ładunku.

Suma mas przed rozpadem równa jest sumie mas po rozpadzie.

Suma ładunków przed rozpadem równa jest sumie ładunków po rozpadzie.

Rozpad α.

Rozpad taki jest możliwy jedynie w przypadku jąder ciężkich, o dużej liczbie masowej A (A>200) Przemiana ta polega na wyrzuceniu z jądra cząstki α; wskutek tego liczba masowa A atomu zmniejsza się o 4, liczba porządkowa Z natomiast o 2; atom pierwiastka X₁ przechodzi w atom innego pierwiastka X₂ ; proces ten można zapisać symbolicznie:

Wskutek tej przemiany nowopowstały atom przesuwa się o dwa miejsca ku początkowi układu okresowego.

Przykład:

Rozpad β^-

Przemiana ta zachodzi w przypadku jąder o znacznej liczbie neutronów w porównaniu z liczbą protonów, tzn. przy dużej wartości stosunku N / Z. Wyrzucany w tym procesie elektron powstał w skutek przemiany neutronu w proton:

neutron proton + elektron + antyneutrino

Antyneutrino, podobnie jak neutrino, nie ma masy spoczynkowej ani ładunków; wiąże ono jedynie część energii rozpadu.

Podczas rozpadu β^- wyrzucany jest elektron, wobec tego w wyniku tej przemiany nie zmienia się liczba masowa A, wzrasta natomiast liczba porządkowa Z o jedność; proces ten zapisujemy następująco:

Wskutek tej przemiany nowopowstały atom przesuwa się dalej o jedno miejsce w kładzie okresowym Mendelejewa.

Przykłady:

Rozpad β⁺

Przemiana taka zachodzi wtedy, gdy jądro zawiera przewagę protonów. Wyrzucany z jądra pozyton powstaje w wyniku przemiany protonu w neutron.

Proton neutron + pozyton + neutrino

Neutrino nie ma masy ani ładunku; wiąże jedynie część energii rozpadu. Przy rozpadzie β⁺ wyrzucany jest pozyton. Wobec tego jądro powstające w wyniku ter przemiany ma taką samą liczbę atomową A jak jądro pierwotne, natomiast liczbę porządkową Z mniejszą o
jedność; proces zapisujemy symbolicznie:

W skutek tej przemiany nowopowstały atom przesuwa się o jedno miejsce bliżej początku układu okresowego Mendelejewa.

Przykłady:

Promieniowanie γ

Promieniowanie to (elektromagnetyczne) jest zjawiskiem towarzyszącym rozpadowi α bądź β. Wskutek tych rozpadów zachodzą w jądrze procesy w wyniku których przechodzi ono ze stanu wzbudzonego do stanu niższej energii. Nie zmienia się przy tym liczba masowa, ani liczba porządkowa.

Sztuczne przemiany jądrowe.

Trwałość jądra jest scharakteryzowana proporcją liczby protonów i neutronów w nim zawartych. Jeśli w trwałym jądrze, przez napromieniowanie go jakimikolwiek cząstkami, zostanie naruszona proporcja równowagi między ilością protonów i neutronów, jądro stanie się sztucznie promieniotwórcze. Najskuteczniejsze są reakcje w których jądro jest bombardowane protonami i neutronami. Obecnie w wyniku sztucznych przemian jądrowych otrzymano już izotopy promieniotwórcze wszystkich pierwiastków. Ogółem otrzymano 1500 izotopów pierwiastków, z czego trzy czwarte wykazują właściwości promieniotwórcze. W wyniku sztucznych reakcji jądrowych otrzymano nie tylko nowe izotopy znanych dotąd pierwiastków naturalnych, ale zsyntezowano wielką liczbę jąder nie występujących w przyrodzie. Zjawisko sztucznej promieniotwórczości zostało odkryte

przez francuskich fizyków Irenę Jaliot - Curie (1897 - 1956) i Frederyka Joliot Curie (1900 - 1960) w czasie badań nad reakcją jąder aluminium napromieniowanych cząstkami α:

Odkrycie pozytonu (1932r).

Odkrycie pozytonu (Blackett i Occhialini) związane było ze zjawiskiem powstania pary elektron - pozyton podczas zderzeń fotonów γ z atomami. Proces ten zapisuje się symbolicznie:

Masa spoczynkowa m_e+ = m_e- . odpowiada jej energia 0,51 MeV; zatem foton, aby mógł przekształcić w parę elektron - pozyton, musi mieć energię h*V
E = 2 * 0,51 = 1,02 MeV. Pozytony są właściwie cząstkami trwałymi, ale w warunkach ziemskich istnieją krótko
10^-7 s. Zderzając się z elektronem zmieniają się na dwa fotony:

Opisane zjawisko do niedawna nazywano anihilacją materii. Dziś prawidłowiej byłoby mówić o kreacji elektronu i pozytonu lub kreacji fotonów γ w jednym z tych procesów.

Izotopy promieniotwórcze i ich zastosowanie.

Izotopami nazywamy atomy, które mają jednakową liczbę protonów, a różnią się liczbą neutronów.

Zastosowanie praktyczne znajdują prawie wyłącznie źródła wysyłające promieniowanie β bądź γ. Izotopy promieniotwórcze stosuje się w przemyśle, rolnictwie, medycynie, oraz badaniach naukowych. Stosuje się je w praktyce w bardzo małych ilościach rzędu 10^-10 - 10^-15 g. Łączy się je z obcą substancją o zbliżonych właściwościach chemicznych. Jednym z bardzo ważnych zastosowań izotopów jest metoda atomów znaczonych, która umożliwia poznawanie mechanizmu wielu procesów chemicznych; biologicznych. Jednym z największych osiągnięć tej metody były badania przeprowadzone nad przemianą materii w organizmach żywych.

Znaczone atomy, wchodzące w skład nawozów sztucznych umożliwiają obserwację przebiegu wykorzystania nawozów mineralnych przez rośliny i opracowanie wydajniejszych metod nawożenia. W medycynie izotopy promieniotwórcze stosowane są przy diagnostyce i w terapii leczniczej. Niewielkie ilości promieniotwórczego sodu, wprowadzone do krwi, pozwalają wykryć jej zmiany. Jod intensywnie odkłada się w tarczycy, szczególnie przy nadczynności tego gruczołu (choroba Basedona); większe dawki tego izotopu częściowo niszczą nieprawidłowo rozwijające się tkanki. Silne promieniowanie γ emitowanie przez kobalt
wykorzystywane jest przy leczeniu różnych odmian raka (bomba kobaltowa). Zabójcze działanie promieniowania radioizotopów na żywe organizmy spowodowało ich zastosowanie do sterylizacji i konserwacji artykułów żywnościowych i wyrobów farmaceutycznych. Izotopy promieniotwórcze są także szeroko stosowane w technice. Radioizotopy stosuje się w budowie szeregu samoczynnych przyrządów kontrolnych, pomiarowych i sterujących. Izotopy stosuje się w bezdotykowych metodach pomiaru grubości i gęstości materiałów, w badaniach materiałów (defektoskopia), w wytwarzaniu zaburzeń sieci w ciałach stałych (zmiana struktury tworzyw sztucznych). Izotopy promieniotwórcze pozwalają badać przebieg dyfuzji metali, kontrolować procesy w piecach hutniczych, i.t.d.

Typy reakcji jądrowych.

Reakcje rozpadu - rozszczepienie jąder atomowych jest typem reakcji jądrowych, podczas których jądro ciężkiego pierwiastka rozpada się na dwa lub rzadziej na trzy - cztery części, wysyłając jednocześnie dwa - trzy neutrony, promieniowanie γ oraz uwalniając dużą porcję energii. Jądro zwykłe rozszczepia się na fragmenty o nierównych masach. Części te wykazują silne właściwości promieniotwórcze, gdyż zawierają w swym wnętrzu nadmiarowe neutrony. W wyniku całej serii kolejno następujących po sobie przemian β tworzą się ostatecznie izotopy trwałe. Jednocześnie powstają kwanty γ o dużej energii.

Reakcje syntezy - polegają na łączeniu się jąder atomów lekkich w jądra atomów cięższych. Podczas tych reakcji masa spoczynkowa maleje a więc zjawisku towarzyszy uwolnienie bardzo dużej ilości energii. Reakcje takie nazywamy również reakcjami termojądrowymi lub termonuklearnymi, gdyż mogą one zachodzić tylko w bardzo wysokich temperaturach (dla wodoru 10⁸ K, dla deuteru 2*10⁹ K) Energia uwalniana podczas tych reakcji, przypadająca na jeden nukleon, jest większa od energii liczonej również dla jednego nukleonu, wyzwalanej w łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder. Podczas przejścia 1g wodoru w hel wydziela się osiem razy więcej energii, niż podczas rozpadu tej samej masy uranu. Reakcje termojądrowe odgrywają decydującą rolę w ewolucji wszechświata. Energia promienista wysłana przez Słońce i inne gwiazdy jest skutkiem procesów termonuklearnych. Słońce co sekundę wypromieniowuje energię równą 3,8 * 10²⁶ J, co jest równoważne zmniejszeniu jego masy spoczynkowej o 4,3 mln ton. Natomiast szybkość wypromieniowania energii przez jednostkę masy Słońca jest bardzo mała i wynosi: 1,9-10^-4 J/s*kg.

Reakcja łańcuchowa.

Podczas rozszczepienia jądra uranu uwalniane są dwa lub trzy neutrony. Dowolny neutron, wyrzucany z jądra w procesie rozszczepienia, może z kolei spowodować rozpad sąsiedniego jądra, które także wyrzuca neutrony, zdolne spowodować następną reakcję rozszczepienia. W skutek tego liczba rozszczepionych jąder bardzo szybko wzrasta. W ten sposób powstaje reakcja łańcuchowa.

Reakcją łańcuchową nazywamy zjawisko, w którym określona reakcja wyzwala dalsze reakcje takiego samego rodzaju.

Powolne neutrony wywołują rozpad tylko jąder izotopu uranu
, który w naturalnym uranie stanowi 1/140 części bardziej rozpowszechnionego w przyrodzie izotopu
. Izotop
pochłaniając powolne neutrony, nie ulega rozszczepieniu, jego rozpad następuje, jedynie pod wpływem bardzo szybkich neutronów. Reakcji łańcuchowej towarzyszy wydzielanie ogromnej ilości energii. Przy rozpadzie każdego jądra uwalnia się energia równa 200 MeV.

Jeśli uległyby rozszczepieniu wszystkie jądra zawarte w 1g uranu, to wydzielona energia 2,3 * 10⁴ KWh była by równa energii uzyskanej przy spaleniu 3 ton węgla lub 3000 litrów ropy naftowej.

Reakcja łańcuchowa w uranie
odbyła by się wtedy, gdy spełnione są warunki:

• uran nie może posiadać domieszek pochłaniających neutrony

• materiał, w którym ma zachodzić reakcja, musi być w dostatecznej ilości, aby uwalniane neutrony mogły napotkać nowe jądra. Najmniejszą ilość materiału potrzebnego do przeprowadzenia reakcji łańcuchowej nazywamy masą krytyczną (dla
  wynosi 1Kg)

• neutrony muszą mieć dostateczną prędkość, by spowodować rozszczepienie.

Reaktor jądrowy.

Bomba atomowa jest to urządzenie w którym zachodzi szybka niekontrolowana reakcja łańcuchowa. Jądrowym materiałem wybuchowym mogą być izotopy:
,
,
. Krytyczne wymiary urządzenia są małe, a promień kuli, zawierającej masę krytyczną wynosi: 4 - 6 cm . Do chwili wybuchu ładunek jest podzielony na kilka części i znajduje się w warunkach w których reakcja łańcuchowa nie jest możliwa.

Reaktorem jądrowym lub atomowym nazywamy urządzenie zawierające materiał rozszczepialny i nie rozszczepialny, tworzące razem układ, w którym przeprowadzona jest kontrolowana reakcja łańcuchowa. Pierwszy reaktor uranowy został zbudowany w 1942r w Chicago pod kierunkiem E. Fermiego, a w Polsce w 1954r. Reaktor Ewa w Świerku.

Schemat reaktora przedstawia rysunek:

Podstawowymi elementami reaktora są:

1. Paliwo jądrowe uran, pluton, rad

2. Moderator ciężka woda, grafit

3. Substancja chłodząca woda, ciekły sód

4. Pręty bezpieczeństwa kadm, bor

5. Reflektor

6. Osłona betonowa

7. Rejestracja neutronów

Moderator służy do spowolnienia neutronów; zjawisko to jest korzystne, gdyż prawdopodobieństwo wychwytu powolnych neutronów przez uran jest setki razy większe niż w przypadku neutronów szybkich. Przez reaktor musi przepływać substancja chłodząca, która odprowadza ciepło wydzielającej się w czasie rozpadu promieniotwórczego. Z kolei pręty bezpieczeństwa służą do regulowania szybkości przebiegu reakcji ( kadm i bor silnie pochłaniają neutrony), a reaktor odbija neutrony i kieruje je do wnętrza reaktora. Budowane są również reaktory wykorzystujące działanie szybkich neutronów. Urządzenia takie pracują bez moderatora i dlatego mają bardziej zwartą budowę, są one zastosowane na statkach i okrętach podwodnych.

Cząstki elementarne.

Dotychczas odkryto 35 trwałych lub stosunkowo trwałych cząstek o czasie życia nie mniejszym od 10^-17 s. Liczba cząstek o krótkim czasie życia, rzędu 10^-22 - 10^-23 s przekroczyła już 200. 35 cząstek podzielono na grupy i umieszczono w tabeli według wzrastającej masy spoczynkowej. Pierwszą grupę tworzy foton, drugą tworzą leptony - 8 cząstek, trzecią - mezony ,która również składa się z 8 cząstek ostatnia grupa to boriony - jest najliczniejsza i składa się z 18 cząstek, a najmniejszymi w tej grupie to protony i neutrony. Tabelę zamyka cząstka należąca do borionów, a mianowicie omega minus odkryta w 1964r, jej masa jest 3325 razy większa od masy elektronu.

Promieniowanie kosmiczne.

Promienie kosmiczne są to strumienie jąder atomowych o dużej energii i innych cząstek pochodzących spoza Ziemi. Natężenie ich zmienia się wraz z wysokością nad powierzchnią Ziemi. Na wysokościach 50 - 60 km nad powierzchnią Ziemi natężenie promieni kosmicznych jest stałe, w miarę zbliżania się do Ziemi rośnie, a przy jej powierzchni ma wartość najmniejszą. Odchylają się one w polu magnetycznym i dlatego ich natężenie zmienia się wraz z szerokością geograficzną. Promieniowanie kosmiczne, istniejące poza granicami atmosfery ziemskiej, nazywa się pierwotnym promieniowaniem kosmicznym. Składa się ono z protonów (90%), jąder helu (9%) i pierwiastków cięższych aż do żelaza włącznie; ich energia wynosi około 10⁹ - 10²⁰eV ma jeden nukleon. W wyniku zderzeń niesprężystych z jądrami atomów górnych warstw atmosfery pojawia się wtórne promieniowanie kosmiczne, które znajdują się poniżej 20 km nad powierzchnią Ziemi. Promieniowanie wtórne składa się z elektronów, pozytonów i fotonów oraz z cząstek szybszych i cięższych i też naładowanych. W odległości 600 - 6000 Km nad powierzchnią Ziemi znajduje się okołoziemski pas radiacyjny - strefa o silnie podwyższonym natężeniu promieniowania kosmicznego.

Zależność natężenia promieniowania kosmicznego od wysokości.

W akceleratorach cząstki osiągają energię rzędu 10¹⁰eV, a cząstki promieniowania kosmicznego osiągają energię 10²⁰ eV.

Atomy i widma

Atomy i widma

22

21

---