Характеристики первичных галактических космических лучей.

В 40-х годах XX века на шарах-зондах стали запускать измерительные приборы в стратосферу, на высоту порядка 20 км. Так определили состав первичных космических лучей: 90% - р⁺, 8% - He⁺⁺, 1% - e^-, 1% - ядра других химических элементов.

Но источники космических лучей были не видны - была обнаружена изотропия первичных космических лучей с энергией (10⁸ – 10¹⁶) эВ.

Механизм возникновения g-излучения - это столкновения протонов космических лучей с ядрами химических элементов в межзвездной среде, в результате которых образуется неустойчивый p⁰ при дроблении ядра. p⁰- распадается на два гамма кванта, эти g-кванты регистрируются. То есть, происходят реакции типа р⁺ + я ® р⁺ + я₁ + я₂ + p⁰, p⁰ ® 2g Энергия протона должна быть не меньше 300 МэВ. Время жизни p⁰ мезона 10^-16 сек., его масса покоя 135 МэВ.

Рассмотрим количественные характеристики космических лучей.

I(E) - дифференциальная интенсивность - число частиц с энергией Е эВ, падающих на 1см² за 1с в единичном телесном угле. Ее размерность

С ней связана интегральная интенсивность, I: ее размерность В общем случае интенсивность зависит от направления, но первичные космические лучи изотропны, поэтому для них и интенсивность зависит только от сорта частиц. N – интегральная концентрация космических лучей - число частиц всех энергий в единице объема. Ее размерность Связь интегральной концентрации с интегральной интенсивностью , так как космические лучи имеют скорость близкую к скорости света. N(E) – дифференциальная концентрация космических лучей – число частиц с энергией Е в единице объема.

e - плотность энергии, энергия космических частиц в единице объема. Ее размерность,

Связь плотности энергии с дифференциальной концентрацией частиц

Для первичных космических лучей вблизи Земли:

Измерения первичных космических лучей на околоземных спутниках показали, что распределение числа частиц по энергиям не удается аппроксимировать одной степенной функцией, то есть, если N(E)=К*E^-g, то g зависит от Е. Кроме того, спектр космических лучей разный для разных компонент (е^-, р⁺, He⁺⁺). Это обстоятельство можно объяснить только тем, что космические лучи с разной энергией имеют разное происхождение и разную историю. К и g(E) сейчас измерены. Приближенно можно дать следующую аппроксимацию спектра космических лучей, среднего для всей смеси частиц: .