Определение интенсивности космических лучей

Под интенсивностью космического излучения [46] будем понимать число частиц, пересекающих единицу площади за единицу времени. Если рассматривать частицы, летящие в определенном направлении, то интенсивность в этом случае называется интенсивностью направленного потока.

Направление обычно задается зенитным 0 и азимутальным х углами, т. е. интенсивность задается как 7(0, х)- Проинтегрировав интенсивность потока по всем направлениям, получаем полную или глобальную интенсивность

В земных условиях интегрирование производится по верхней полусфере, поскольку частицы идут в основном сверху вниз. Часто рассматривают интенсивность вертикального потока j_v = /(0 = 0) и, пренебрегая слабой азимутальной зависимостью, выражают зависимость интенсивности от зенитного угла по формуле

Величина различна для разных компонент и зависит от высоты и энергии.

Если некоторый компонент космического излучения поглощается экспоненциально с пробегом для поглощения L без изменения направления, то зависимость интенсивности от зенитного угла на глубине х в атмосфере выражается формулой

При этом предполагается, что излучение на границе атмосферы изотропно.

В предположении, что: а) поток космического излучения, входящего в атмосферу, изотропен; б) все частицы проходят через атмосферу без изменения своего начального направления; в) изменение интенсивности определяется только толщиной пересекаемого слоя, можно вывести более общее соотношение между j и j_v. При этих предположениях интенсивность направленного потока, идущего под зенитным углом 0, на глубине X cos 0 будет

Полная интенсивность в предположении о независимости от азимутального угла выражается по формуле

Дифференцируя уравнение (1.5) по х, получаем

Эта формула позволяет определить интенсивность вертикального потока по известной глобальной интенсивности (и наоборот) и называется преобразование Гросса. Так как для измерения интенсивности на различных высотах часто используются детекторы полной интенсивности, то это соотношение используется на практике для получения высотного хода интенсивности направленного потока.

Общий поток частиц ядерно-активной компоненты по мере дальнейшего проникновения вглубь атмосферы уменьшается, и на уровне моря (~1 000 г-см^-2) остаётся менее 1 % ядерно-активных частиц. Релятивистский нуклон при каждом столкновении с ядром образует от одного до нескольких нуклонов высокой энергии, которые летят узким пучком в направлении полета первичного нуклона. Таким образом, можно считать, что релятивистские нуклоны проходят через атмосферу с незначительным отклонением от первоначального направления. Так как они поглощаются

в воздухе по закону ехр где d - толщина воздушного слоя, связанВлияние вторичных нейтронов космических лучей на тропосферу и биосферу Земли

У

ная с глубиной в атмосфере соотношением d = —то интенсивность на-

cos в

прав ленного потока при угле 0 определяется по формуле (1.3). Полная интенсивность будет

rwEi(-f) = ?exp(-z)f.

Рис. 5. Импульсные спектры протонов [46]

На рис. 5 изображены импульсные спектры протонов вертикального потока, измеренные на различных высотах при энергиях выше колена в спектре, обусловленном широтным эффектом. На наибольших высотах, соответствующих глубине в атмосфере ~ 50 г-см“², измерения были проведены с помощью фотоэмульсий, поднятых на шарах-зондах.