Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf

Видно, что при энергиях выше пороговой для рождения пар энерге­ тические потери на рождение пар значительно [в а (УИ/т)2 ~104 раз] превышают потери на обратный комптон-эффект. Это связано с тем, что адроны—тяжелые частицы, и поэтому процессы, обусловленные инерциальньши свойствами адронов (например, комптон-эффект), имеют в (MlmY—106 раз меньшее сечение, чем процессы, обусловлен­ ные инерциальньши свойствами электронов (такие, как рождение электронных пар адронами). Аналогичная ситуация возникает и при рассмотрении излучения адронов в магнитном поле (§ 3.4).

Фотоядерные реакции. Обратный фотоядерный процесс впервые рассматривался при анализе коррелированных широких атмосфер­ ных ливней космических лучей [28, 29]*. Ситуация с расчетом ха­ рактеристик этого процесса несколько усложняется — мы не имеем точных теоретических выражений для сечений фотоядерных реакций. Поэтому для расчетов приходится использовать или полуэмпириче­ ские оценки [29—32], или измеренные сечения [33].

Качественная картина расщепления ядер под действием у-излу- чения в собственной системе такова. Ядерный фотоэффект—порого­ вый процесс, он происходит только тогда, когда энергия падающего фотона превысит энергию связи нуклонов или а-частиц в ядре — величину порядка 10 Мэв. Характерная особенность всех фотоядер­ ных реакций — это так называемый гигантский резонанс [34—361: сечение реакции имеет широкий максимум в области энергий около 20 Мэв, ширина максимума составляет несколько мегаэлектронвольт. Как было показано в работах [37, 38], гигантский резонанс можно объяснить возбуждением дипольных колебаний всех протонов ядра относительно всех нейтронов.

Из-за того, что концентрация фотонов реликтового излучения велика, наиболее существенным для формирования спектров метагалактических космических лучей является взаимодействие частиц, высоких энергий с высокоэнергичными фотонами виновской области (hv > kT) равновесного планковского спектра. Поскольку концен­ трация фотонов быстро уменьшается при увеличении энергии фотона, наибольший вклад в вероятность взаимодействия частицы с полем: излучения вносят фотоны, энергия которых в системе покоя частицы близка к пороговой. Поэтому при расчете энергетических потерь, обусловленных фотоядерными реакциями, удобно использовать, следующую аппроксимацию сечений ядерного фотоэффекта:

где а0 и ет — константы, определенные из эксперимента. В табл. 14 приведена сводка численных значений а0 и гт, составленная по ма­ териалам статьи [39].

Для оценок можно использовать соотношения

127

Проведем расчет энергетических потерь ядра на фотоядерные реакции. В данном случае нас интересует потеря энергии ядром в целом (а не потеря энергии в расчете на один нуклон). В собствен­

На рис. 33 представлена зависимость энергетических потерь ядер на реликтовом излучении от энергии, рассчитанная с использовани­ ем экспериментально измеренного сечения фоторасщепления 4 Не [33]. Фотоядерные процессы играют значительную роль при распро­ странении космических лучей сверхвысоких энергий в Метагалакти­ ке (см. гл. 7). Однако и прямые фотоядерные реакции могут быть су­ щественны в исследовании космических объектов. Так, в работе

128

[40] указано, что фотоядерные реакции накладывают ограничения на у-излучение квазаров. Слишком большая интенсивность у-кван- тов привела бы к изменению химического состава излучающих обо­ лочек квазаров.

Фоторождение пионов. При дальнейшем увеличении энергии, приходящейся на один нуклон ядра, в игру вступает процесс (3.35)

— фоторождение пионов. Следует отметить, что этот процесс — на­ иболее эффективный механизм потери энергии протонов очень вы­

Многочисленные измерения на ускорителях [45—50] позволяют определить зависимость полного сечения фоторождения пионов от энергии фотона в собственной системе отсчета. Характерная осо­ бенность зависимости сечения от энергии — это заметный максимум при энергии фотона е* SSP 300 -г- 400 Мэв, соответствующий обра­ зованию нуклонной изобары TV* (1236) с массой 1236 Мэв.

Фоторождение пар — пороговый процесс, сечение его обращает­ ся в нуль при энергии фотона, равной

Вычислим энергетические потери. Энергия пиона в Л-системе Е я связана с энергией E£ и импульсом пиона р£ в Ц-системе соотно­ шением

(м* — угол между импульсом пиона в Ц-системе и скоростью про­ тона в Л-системе). Используя это выражение, можно записать сле­ дующую формулу для энергетических потерь протона, проходящего через поле излучения, которое характери­

зуется функцией распределения / (к) в Л-системе:

распад изобары*. В этом случае угловое распределение в Ц-системе образующихся пионов можно считать изотропным, тогда формула (3.63) принимает следующий вид [51]:

130