1 Солнце и солнечная активность С. А. Красоткин 1, Э. В. Кононович 2



страница6/18
Дата22.06.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

3.3 Солнечные нейтрино


Помимо энергии, выделяющейся во время термоядерных реакций в форме -квантов, а также и непосредственно в виде кинетической энергии возникающих частиц, важную роль играет образование нейтрино, поток которых должен буквально пронизывать всю Землю. Нейтрино -- частицы, чрезвычайно слабо взаимодействующие с веществом. Поэтому они свободно выходят из недр Солнца и со скоростью, очень близкой к световой, распространяются в космическом пространстве, почти не поглощаясь веществом на их пути. Из приведенного выше обзора термоядерных реакций видно, что образование каждой -частицы связано с выделением 26.7 МэВ энергии, поддерживающей наблюдаемую светимость Солнца. Каждый такой акт сопровождается излучением двух нейтрино. Отсюда следует, что полная нейтринная "светимость" Солнца, независимо от деталей термоядерных процессов, по крайней мере составляет 2∙3.85∙1020 МВт / 26.7 МэВ т.е. около 1.8∙1038 нейтрино за 1 секунду. Поделив эту величину на площадь сферы радиусом в 1 а.е., получим, что поток солнечных нейтрино на Земле порядка 1011 нейтрино/(см2.с). Важно, что нейтрино от разных реакций, сведенных в таблицу 3.3.1, обладают неодинаковыми энергиями, причем у некоторых из них энергия строго определена ("монохроматические" нейтрино), а у других – спектр непрерывный (рис. 3.2.1). Скорости отдельных ядерных реакций и тем самым величина соответствующих потоков нейтрино сильно зависят от температуры и параметров химического состава и, в первую очередь, от содержания гелия. Поэтому, регистрируя потоки солнечных нейтрино различных энергий, в принципе, можно получить прямые экспериментальные данные об условиях в недрах Солнца.

Реакция

Энергия, МэВ

Теор. поток

1010 (см2с)



Скор. cчета

37Cl, SNU

Скор. cчета

71Ga, SNU

1H(p,e+ν)2D

1H(pe-,ν)2D

7Be(e-,ν)7Li

8Be(e+,ν)8Be*

13N(e+,ν)13C

15O(e+,ν)15N

< 0.420

1.44


0.861

< 14.06

< 1.2

< 1.74

6.01

0.014


0.47

0.00058


0.06

0.05


0

0.22


1.00

5.11


0.06

0.22


70.0

3.1


30.5

14.2


2.1

3.9


Таблица 3.3.1. Ядерные реакции на Солнце с испусканием нейтрино
В настоящее время в различных лабораториях мира проводятся сложные эксперименты по регистрации солнечных нейтрино. Они основаны на относительно большой вероятности захвата нейтрино некоторыми атомными ядрами (Cl, Ga, Li, Br, I и т.д.), а также на регистрации черенковского излучения, возникающего при рассеянии нейтрино на электронах. Рассмотрим результаты трех важнейших экспериментов.

Хлор-аргонный эксперимент был предложен Бруно Понтекорво в 1946 г. и впервые осуществлен в 1967 г. Раймондом Дэвисом в Южной Дакоте (США). Основан на реакции поглощения нейтрино 37Cl(,e-)37Ar. Рабочим веществом является богатый хлором перхлорэтилен C2Cl4. Ядра хлора этого вещества способны поглощать нейтрино с энергиями больше 0.814 МэВ, испуская электрон и образуя радиоактивный изотоп 37Ar с периодом полураспада 35 дней. Последнее позволяет достаточно долго (3 – 4 месяца) накапливать продукт реакции и применять физико-химические методы его извлечения. Сосуд с 615 тоннами жидкого перхлорэтилена установлен на дне шахты глубиной 1455 м для устранения возможных эффектов, вызванных космическими лучами. Наблюдаемый поток солнечных нейтрино с энергиями более 0.814 МэВ в среднем соответствует 0.420±0.045 захватов в сутки или 0,55±0.25 SNU специальных "солнечных нейтринных единиц" (Solar Neutrino Units): 1 SNU соответствует потоку нейтрино, при котором в детекторе с 1036 ядер 37Cl за 1 с образуется одно ядро 37Ar. Таким образом, в эксперименте Дэвиса фактически (после учета фона, создаваемого космическими лучами) регистрируется одна солнечная частица нейтрино в течение 2 – 3 дней. Теоретически ожидаемый поток солнечных нейтрино в этом эксперименте соответствует 8.0 ± 1.0 SNU.

Галлиевый эксперимент основан на предложенной В.А. Кузьминым реакции 71Ga(,e-)71Ge. Важным преимуществом является большое эффективное сечение и низкий порог энергии (0.233 МэВ), позволяющий регистрировать нейтрино от основной реакции позитронного распада протона. Период полураспада радиоактивного 71Ge 11.4 дня. Для регистрации одного захвата нейтрино в сутки достаточно 20 т галлия. В 1990 г. начал функционировать российский детектор SAGE (Soviet-American Gallium Experiment), использующий 57 т галлия в Боксанском ущельи на Северном Кавказе, а в следующем году – в Итальянских Альпах (GALLEX, 30 т галлия). Предварительные результаты SAGE дали скорость счета 73 ± 19 SNU, а GALLEX – 79 ± 12 SNU при теоретически ожидаемом значении 132 ± 7 SNU.

Водный детектор использует регистрацию черенковского излучения, возникающего при рассеянии нейтрино с энергией больше 7.5 МэВ на электронах молекул воды  + e → ' + e' . Эксперимент Камиоканде II организован в шахте Камиока (Японские Альпы) на глубине 1 км. Рабочим веществом являются 680 т воды. Вспышки регистрируются фотоумножителями в стенках резервуара, покрывающих около 20% от полной его внутренней поверхности. Результат первых измерений привел к значениям потока нейтрино вдвое меньшим, чем ожидалось.

Все результаты по регистрации солнечных нейтрино приводят к значениям меньше ожидаемых в несколько раз (табл. 3.3.2). Особенно велико различие в 4 раза для хлорного детектор, для которого имеются наиболее длительные ряды наблюдений. Основная трудность интерпретации этих расхождений связана с тем, что между данными различных экспериментов нет внутреннего согласия. Последние два десятилетия велась упорная работа как по совершенствованию методики самого эксперимента, так и по рафинированию стандартных теоретических моделей внутреннего строения Солнца. Все это наводит на мысль о том, что истинная причина расхождений связана с недостаточностью наших знаний о самой физической природе нейтрино.


Детектор

Эксперимент

Порог

МэВ


Измерено

SNU


Предсказано

SNU


Изм./Пред.

37Cl

H2O



71Ga

71Ga

Дэвис

Камиоканде

SAGE

GALLEX


0.814

7.5


0.2

0.2


2.55±0.25
73±19

79±12


8.0±1.0
132±7

132±7


0.32

0.49


0.55

0.63


Таблица 3.3.2. Результаты экспериментов по регистрации нейтрино от Солнца

Каталог: model
model -> Общие положения 1Назначение Модели угроз 8
model -> Проект ниох со ран «Фундаментальные основы создания органических и гибридных наноструктурированных материалов для фотоники, сенсорики, электроники»
model -> Изложение двигатель, коробка передач и полный привод Ходовая часть нового Porsche Cayenne 14
model -> Материалы и инструменты
model -> Деятельности музея муниципального образования ульяновской области
model -> Масштабные изменения в структуре нашего общества привели к увеличению количества проблем воспитания детей во многих семьях, вследствие чего возникает острая необходимость в пересмотре системы воспитания детей в целом, а именно


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница