Spalacja promieni kosmicznych - Cosmic ray spallation

Nukleosynteza
Fizyka Wpdms łańcuch protonów protonowych 1.svg
powiązane tematy

Spallacja promieniowaniem kosmicznym , znana również jako proces x , to zestaw naturalnie występujących reakcji jądrowych powodujących nukleosyntezę ; odnosi się do tworzenia pierwiastków chemicznych w wyniku oddziaływania promieni kosmicznych na obiekt. Promienie kosmiczne to wysokoenergetyczne, naładowane cząstki spoza Ziemi , począwszy od protonów , cząstek alfa i jąder wielu cięższych pierwiastków. Około 1% promieni kosmicznych również składa się z wolnych elektronów.

Promienie kosmiczne powodują spallację, gdy cząstka promienia (np. proton) zderza się z materią , w tym z innymi promieniami kosmicznymi. Wynikiem zderzenia jest wyrzucenie cząstek (protonów, neutronów i cząstek alfa ) z trafionego obiektu. Proces ten zachodzi nie tylko w głębokim kosmosie, ale także w górnej atmosferze Ziemi i powierzchni skorupy ziemskiej (zazwyczaj górne dziesięć metrów) z powodu ciągłego oddziaływania promieni kosmicznych.

Proces

Wersja układu okresowego pierwiastków wskazująca pochodzenie – w tym spallację promieni kosmicznych – pierwiastków. Wszystkie elementy powyżej 103 ( lawrencium ) są również wykonane przez człowieka i nie są uwzględnione.

Uważa się, że spallacja kosmiczna jest odpowiedzialna za obfitość we wszechświecie niektórych lekkich pierwiastków — litu , berylu i boru — a także izotopu helu-3 . Proces ten ( nukleosynteza kosmogeniczna ) został odkryty nieco przypadkowo w latach 70. XX wieku: modele nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu sugerowały, że ilość deuteru była zbyt duża, aby była zgodna z tempem ekspansji Wszechświata, i dlatego było duże zainteresowanie procesami, które mogą generować deuter po nukleosyntezie Wielkiego Wybuchu. Spalania promieniami kosmicznymi zbadano jako możliwy proces generowania deuteru. Jak się okazało, spallacja nie mogła generować dużo deuteru, ale nowe badania spallacji wykazały, że proces ten może generować lit, beryl i bor; w rzeczywistości izotopy tych pierwiastków są nadreprezentowane w jądrach promieniowania kosmicznego w porównaniu z atmosferą słoneczną (podczas gdy wodór i hel są obecne w mniej więcej pierwotnych proporcjach w promieniowaniu kosmicznym).

Przykładem spallacji promieniowania kosmicznego jest uderzenie neutronu w jądro azotu-14 w atmosferze ziemskiej, w wyniku którego powstaje proton, cząstka alfa i jądro berylu-10 , które ostatecznie rozpada się na bor-10. Albo proton może uderzyć w tlen-16, dając dwa protony, neutron i ponownie cząstkę alfa i jądro berylu-10. Bor można również wytwarzać bezpośrednio. Deszcz sprowadza beryl i bor na ziemię. Zobacz nuklid kosmogeniczny, aby zapoznać się z listą nuklidów wytwarzanych przez spallację promieniami kosmicznymi.

Proces X w promieniowaniu kosmicznym jest podstawowym sposobem nukleosyntezy pięciu stabilnych izotopów litu, berylu i boru. Ponieważ reakcja łańcuchowa proton-proton nie może przebiegać poza 4 He ze względu na niezwiązany charakter 5 He i 5 Li, a proces potrójnej alfa pomija wszystkie gatunki między 4 He a 12 C, pierwiastki te nie są wytwarzane w głównych reakcjach gwiezdna nukleosynteza . Ponadto jądra tych pierwiastków (np. 7 Li) są stosunkowo słabo związane , co powoduje ich szybkie niszczenie w gwiazdach i brak znaczącej akumulacji, chociaż nowa teoria sugeruje, że 7 Li powstaje głównie w erupcjach nowych. Postulowano zatem, że do wyjaśnienia ich istnienia we wszechświecie konieczny jest kolejny proces nukleosyntezy zachodzący poza gwiazdami. Obecnie wiadomo, że proces ten zachodzi w promieniowaniu kosmicznym, gdzie niższa temperatura i gęstość cząstek sprzyjają reakcjom prowadzącym do syntezy litu, berylu i boru.

Oprócz wyżej elementów świetlnych, tryt i izotopów z aluminium , węgla ( C-14 ), fosforu ( fosfor-32 ), chloru , jodu i neon utworzonych w materiałach instalacji słonecznych przez promieniowania kosmicznego kruszenia i są określane kosmogeniczne nuklidów . Ponieważ pozostają uwięzione w atmosferze lub skale, w której powstały, niektóre z nich mogą być bardzo przydatne w datowaniu materiałów za pomocą kosmogenicznego datowania radionuklidowego , szczególnie w dziedzinie geologicznej. W tworzenia kosmogeniczne izotopu, a promieniowania kosmicznego współdziała z jądra od An in situ układu słonecznego atomem , powodując promieniowania kosmicznego kruszenia. Te izotopy są wytwarzane w materiałach ziemskich, takich jak skały lub gleba , w ziemskiej atmosferze oraz w przedmiotach pozaziemskich, takich jak meteoryty . Mierząc izotopy kosmogeniczne, naukowcy są w stanie uzyskać wgląd w szereg procesów geologicznych i astronomicznych . Istnieją zarówno radioaktywne, jak i stabilne izotopy kosmogeniczne. Niektóre z dobrze znanych naturalnie występujących radioizotopów to tryt , węgiel-14 i fosfor-32 .

Moment ich powstania określa, czy nuklidy powstałe w wyniku rozprysku promieni kosmicznych są nazywane pierwotnymi, czy kosmogenicznymi (nuklid nie może należeć do obu klas). Uważa się, że stabilne nuklidy litu, berylu i boru znalezione na Ziemi powstały w tym samym procesie, co nuklidy kosmogeniczne, ale we wcześniejszym czasie w rozproszeniu promieniowania kosmicznego, głównie przed uformowaniem się Układu Słonecznego, a zatem z definicji są pierwotne. nuklidy, a nie kosmogeniczne. W przeciwieństwie do tego, radioaktywny nuklid beryl-7 mieści się w tym samym zakresie pierwiastków lekkich, ale ma zbyt krótki okres półtrwania, aby mógł powstać przed uformowaniem się Układu Słonecznego, tak że nie może być pierwotnym nuklidem. Ponieważ droga rozprzestrzeniania się promieni kosmicznych jest najbardziej prawdopodobnym źródłem berylu-7 w środowisku, jest on zatem kosmogeniczny.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne