Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта
счетчик сайта
Размер шрифта:

Кратко:

Raymond Davis 2002

Раймонд Девис 2002 год.
 

Ёмкость нейтринного детектора 1966 год

Ёмкость диаметром 20, а длиной 48 футов была установлена в заброшенном золотом руднике в штате Южная Дакота вблизи города Хоумстейк на глубине 1500 метров под землёй.
 

Ёмкость нейтринного детектора

Для исключения побочных ядерных реакций от космического излучения (быстрых нейтронов) дополнительно применялась защита толстым слоем воды.

Увеличить. Схема эксперимента по обнаружению нейтрино.

Схематическая диаграмма эксперимента по обнаружению нейтрино.

 

    

    

 

Солнце

Знания-сила


Солнечное нейтрино. Нейтринная астрономия.
(часть 2)

С атомами хлора могут взаимодействовать только нейтрино высоких энергий. Нейтрино, которые возникают в реакциях протон-протонной цепочки, обладают слишком низкой энергией. Они не могут взаимодействовать с атомами хлора. Позволяют ли нам наши представления о строении звезд найти на Солнце источник нейтрино с высокими энергиями?

Оказывается, что наряду с протон-протонной цепочкой (водородным циклом) происходят другие, сопутствующие ядерные реакции. Эти реакции не вносят практически никакого вклада в выделение энергии на Солнце, и поэтому мы их пока не рассматривали. Среди этих реакций есть одна, которая происходит тем чаще, чем больше гелия образовалось в недрах звезды. Она схематически показана на рисунке.

побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце
побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце
побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце побочная цепь реакций на Солнце

В побочной цепи реакций, протекающих наряду с реакциями водородного цикла, возникает радиоактивный изотоп бериллия, который испускает позитрон и нейтрино высокой энергии.

Нормальный атом гелия с массовым числом 4 сталкивается с ядром изотопа гелия с массовым числом 3. При этом возникает бериллий с массовым числом 7. Если с этим атомом до того, как он самопроизвольно распадется, столкнется протон, то возникнет изотоп бора с массовым числом 8. Такие атомы бора тоже радиоактивны, и они через некоторое время снова превращаются в атомы бериллия.

Но в результате такого превращения образуются позитрон и нейтрино с высокой энергией. Нейтрино, возникающие при такой реакции, как раз подходят для взаимодействия с ядрами хлора! Эти нейтрино тоже проходят через вещество, практически не взаимодействуя с ним, даже если речь идёт о большом количестве хлора. Однако атомы хлора всё же взаимодействуют, хотя и очень редко, с пролетающими нейтрино.

За регистрацию солнечного (и космического) нейтрино Рэймонд Дэвис (США) и Масатоши Кошиба (Япония) в 2002 году получили Нобелевскую премию.

Эксперимент с галлием

Кроме хлора существуют и другие элементы, ядра которых могут взаимодействовать с нейтрино. Одним из них является изотоп элемента галлия. Его массовое число составляет 71. После захвата нейтрино этот изотоп превращается в ядро элемента германия. Существенное отличие от эксперимента с хлором состоит в том, что в эксперименте с галлием можно подсчитать и нейтрино низких энергий. Галлиевый детектор считает нейтрино, возникающие в результате реакций водородного цикла. Таким образом, эксперимент с галлием позволил бы определить интенсивность реакции, которая вносит основной вклад в выделение энергии на Солнце, а не фиксировать нейтрино побочной реакции.

Почему же тогда эксперимент с галлием до сих пор никем не поставлен? Первая трудность состоит в том, как подсчитать все атомы германия, возникающие при взаимодействии галлия с нейтрино. Прежде всего необходимо создать соответствующие детекторы. Вторая трудность является общей для всех опытов с нейтрино. Дело в том, что эти частицы очень редко взаимодействуют с атомными ядрами. Чтобы зафиксировать в течение суток хотя бы одно превращение атома галлия в атом германия под воздействием солнечных нейтрино, требуется контейнер по меньшей мере с 37 тоннами галлия. Это количество сравнимо со всеми запасами чистого галлия в мире. Галлий получают как побочный продукт при выработке алюминия. Стоимость одной тонны галлия в настоящее время составляет почти миллион марок ФРГ. Конечно, галлий не расходуется в нейтринном эксперименте, и его можно потом повторно использовать. Однако непонятно, будет ли это существенно дешевле. В то же время известно, что правительство каждого государства должно иметь запас галлия на случай войны, поскольку галлий требуется для электронной промышленности. Так что идея эксперимента с галлием имеет в этом смысле определенные достоинства. Известно, что в Институте ядерной физики им. Макса Планка в Гейдельберге был разработан детектор для германия, а в США, Израиле и Германии проведены исследования по подготовке предварительного эксперимента, вначале с одной тонной галлия.

В проведенных уже экспериментах (GALLEX в Гран Сассо (Италия – Германия) и SAGE (Soviet-American Gallium Experiment) на Баксане (Россия – США)) нейтрино также «не хватает».

Полномасштабный эксперимент тоже будет рано или поздно осуществлён. Подтвердит ли он наши представления о внутреннем строении Солнца? Или же астрофизики узнают, что все их догадки о процессах выделения энергии в недрах звёзд неверны?

По некоторым предположениям, если нейтрино имеют отличную от нуля массу покоя, возможны превращения (осцилляции) различных сортов нейтрино (эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна) (существует три сорта нейтрино: электронное, мюонное и тауонное нейтрино). К такому открытию пришли учёные, работающие в нейтринной обсерватории в Онтарио (Канада) в 2001-2002гг. Т.к. другие нейтрино имеют гораздо меньшие сечения взаимодействия с веществом, чем электронное, наблюдаемый дефицит может быть объяснён, без изменения стандартной модели Солнца, построенной на базе всей совокупности сегодняшних астрономических данных.

>>>Читайте дальше: Что произойдет в будущем с нашим Солнцем?

ВведениеПоложение в галактикеПоложение среди звёздНаука о СолнцеВнутреннее строениеФотосфера, хромосфераПоверхность, корона, пятнаУстройство пятен, гранулы, факелыСпикулы, флоккулы, протуберанцы; солнечная активностьСпектрАтомная энергия звездАртур Эддингтон и источник энергии звездГеоргий Гамов и его туннельный эффектУглеродный цикл Протон-протонная цепочка. Возникновение более тяжелых элементовСолнечное нейтрино. Нейтринная астрономия [1 2]Будущее Солнца

 
 
Главная В закладки Контакты Новости О проекте Планы сайта

open
© KV


 


 

Результаты экспериментов по регистрации солнечных нейтрино приводят к значениям меньше ожидаемых в несколько раз. Особенно велико различие в 4 раза для хлорного детектора.

Возможно причина расхождений связана с недостаточностью наших знаний о нейтрино. Одна из гипотез предполагает наличие у нейтрино способности самопроизвольно переходить в нейтрино других видов, в то время как все эксперименты регистрируют лишь электронные нейтрино, возникающие при бета распадах.

Закрыть урок