Моделирование процессов прохождения ядер галактических космических лучей через кристаллы оливина из метеорита

• Автор: Окатьева, Наталья Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 90 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Предпосылки исследования
1.1. Модели образования элементов во Вселенной
1.2. Краткая история развития исследований космических лучей
1.3. Распространённость элементов в составе космических лучей
1.4. Механизмы образования сверхтяжелых элементов
1.5. Краткий обзор трековых методов изучения зарядового спектра ядер в
составе космических лучей
Глава 2. Методические основы трековых исследований кристаллов оливина из метеоритов - палласитов
2.1. Изучение распространенности ядер сверхтяжелых элементов КЛ по трекам в кристаллах оливина из метеоритов
2.2. Особенности методики трековых исследований в кристаллах оливина из
палласитов
Глава 3. Методика модельных расчётов
3.1. Выбор программного обеспечения для вычисления тормозных способностей тяжелых ионов в веществе
3.2. Моделирование потерь энергии в СЕАЕГГ
3.3. Сравнение результатов применения программных пакетов 8ММ и СЕАША
3.4. Основные концепции СЕАША
Глава 4. Поиск и идентификация сверхтяжелых ядер ГКЛ
4.1.Результаты модельных расчётов
4.2. Идентификация заряда ядер сверхтяжелых элементов ГКЛ
Заключение
Список литературы

Введение
Исследование космических лучей имеет долгую историю. Первое указание на существование неизвестного источника ионизации чистого воздуха появилось ещё в 1900 [1][2], а в 1912 г. В.Ф. Гесс [3] обнаружил, что степень ионизации воздуха быстро растёт с высотой над уровнем моря и выдвинул предположение о внеземном происхождении причины такого эффекта. Однако понадобилось ещё более 10 лет, прежде чем эта идея получила признание, и более 20 лет, прежде чем автору была вручена Нобелевская премия. Такая высокая оценка не является случайной и свидетельствует о важности сделанного открытия. По сути, было обнаружено, что Земля пронизывается мощными потоками элементарных частиц и ядер, несущими информацию о процессах на Солнце и в Космосе. Эта информация до сих пор играет существенную роль при проверке астрофизических моделей образования и эволюции звёзд и галактик.
Помимо астрофизических задач, исследования космических лучей вносят большой вклад в решение проблем физики элементарных частиц и ядерного взаимодействия при высоких энергиях. В составе космических лучей впервые были обнаружены позитрон, мюоны, пионы, К+- и К°-мезоны, Л0-, Х+- и Е’ - гипероны. Продолжаются поиски экзотических частиц: монополей Дирака, частиц тёмной материи, странглетов, аксионов и др. Долгое время космические лучи были на передовой линии исследований по физике высоких энергий, опережая ускорительные методы и двигаясь по шкале энергий всё дальше и дальше по мере развития ускорителей. К настоящему времени в космических лучах обнаружены частицы с энергией вплоть до Ю20 эВ.
Особую роль играют исследования, направленные на изучение распространенности химических элементов в составе космических лучей как в области легких, начиная с водорода и гелия, так и в области тяжелых > 20) и сверхтяжелых (X > 50) ядер. При этом особое значение имеют работы,

направленные на исследование ядер ультратяжелой (82 < Z < 92) компоненты. Регистрация тяжёлых и сверхтяжёлых ядер в космических лучах и поиск среди них трансфермиевых ядер с зарядами Z > 100 принадлежит к числу наиболее значимых и актуальных задач современной ядерной физики и астрофизики [4].
Вопрос о существовании сверхтяжелых ядер имеет важнейшее значение для понимания свойств ядерной материи. Прежде всего, представляет интерес проверка предсказания [5] значительного увеличения стабильности ядер вблизи магических чисел Z = 114 и N = 184 (Ы - число нейтронов), которое могло бы приводить к существованию в этой области «острова стабильности» сверхтяжелых ядер. Подтверждения этого предсказания получены в экспериментах под руководством Ю.Ц. Оганесяна на ускорителе Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) [6], где были открыты ядра элементов со 112-го по 118-ый. Время жизни некоторых из этих ядер составляет несколько секунд и даже минут, что в десятки тысяч раз превышает время жизни ядер с меньшим зарядом.
Несмотря на этот успех, дальнейший поиск сверхтяжелых элементов в составе космических лучей сохраняет свою актуальность. Дело в том, что эксперименты на ускорителях приводят к созданию изотопов ядер, находящихся не в зоне стабильности, а вблизи неё. Эти изотопы имеют время жизни, достигающее в лучшем случае минуты, что на много порядков больше, чем у ядер, находящихся в зоне нестабильности (92 < Z < 100). Однако на много порядков величины меньше теоретических оценок, которые должны иметь ядра в зоне «острова стабильности». Результаты экспериментов, проведенных на ускорителе ОИЯИ, требуют дальнейшей проверки и подтверждения с помощью ускорительной техники, а также стимулируют продолжение поиска и регистрации трансфермиевых ядер путем исследования космических лучей. Необходимы поиски и других возможных сверхтяжелых ядер. Если закономерности, основанные на теоретическом представлении о магических

Для выполнения процедур обработки и просмотра кристаллов они упаковываются по несколько штук в эпоксидную таблетку размером 10x20 мм, затем шлифуются и полируются (Рис.2.3(б)).

Рис.2,3, (а) Часть метеорита Игл Стейшен.
(б) Эпоксидная таблетка с несколькими кристаллами оливина.
Возможность проведения поиска, регистрации и идентификации ядер тяжелых элементов с помощью метеоритов основана на том, что тяжелые ядра, проходя через оливин, создают в его кристаллической решетке структурные нарушения. В результате вдоль следа торможения ядра образуется сквозной канал области повреждений с поперечным размером ~ (30-70) А. Существенным при этом является огромное (до ~ 200-кратного) различие скорости травления вещества оливина вдоль следа ядра по сравнению с ротационно-ненарушенной областью кристалла. При этом травление проводится с помощью специально подобранного химического раствора в определенных температурных условиях [67][68]. В результате при травлении поверхности кристалла оливина в местах прохождения тяжелого ядра образуется пустотелый канал, длина и ширина которого зависит от степени повреждений кристаллической решетки. На Рис.2.4 схематически представлена геометрия образующегося при травлении канала трека: 1 и 2 - поверхность кристалла перед и после травления; А - толщина слоя оливина, удаленного при травлении; 1е - наблюдаемая длина трека, 1е = Ь - А, где А - длина пробега ядра до точки остановки травления; К - полная длина
іиЬжІнійішІїїі