Kosmisk strålespallasjon - Cosmic ray spallation
| Nukleosyntese |
|---|
 |
| relaterte temaer |
Kosmisk strålespallasjon , også kjent som x-prosessen , er et sett med naturlig forekommende kjernefysiske reaksjoner som forårsaker nukleosyntese ; det refererer til dannelsen av kjemiske elementer fra virkningen av kosmiske stråler på et objekt. Kosmiske stråler er svært energiske ladede partikler fra andre enn Jorden , alt fra protoner , alfapartikler og kjerner til mange tyngre grunnstoffer. Omtrent 1% av kosmiske stråler består også av frie elektroner.
Kosmiske stråler forårsaker spallasjon når en strålepartikkel (f.eks. Et proton) påvirker materie , inkludert andre kosmiske stråler. Resultatet av kollisjonen er utvisning av partikler (protoner, nøytroner og alfapartikler ) fra objektet som ble truffet. Denne prosessen foregår ikke bare i dyp plass, men i jordens øvre atmosfære og jordskorpeoverflate (vanligvis de ti øvre meterne) på grunn av den pågående påvirkningen av kosmiske stråler.
Prosessen
Kosmisk strålespallasjon antas å være ansvarlig for overflod i universet av noen lette elementer- litium , beryllium og bor- så vel som isotopen helium-3 . Denne prosessen (kosmogen nukleosyntese ) ble oppdaget noe ved et uhell i løpet av 1970 -årene: modeller av Big Bang -nukleosyntese antydet at mengden deuterium var for stor til å være i samsvar med ekspansjonshastigheten til universet, og det var derfor stor interesse for prosesser som kunne generere deuterium etter Big Bang -nukleosyntesen. Kosmisk strålespallasjon ble undersøkt som en mulig prosess for å generere deuterium. Som det viste seg, kunne spallasjon ikke generere mye deuterium, men de nye studiene av spallasjon viste at denne prosessen kunne generere litium, beryllium og bor; faktisk er isotoper av disse elementene overrepresentert i kosmiske strålekjerner, sammenlignet med solatmosfærer (mens hydrogen og helium er tilstede i omtrent urforhold i kosmiske stråler).
Et eksempel på kosmisk strålespallasjon er et nøytron som rammer en nitrogen-14-kjerne i jordens atmosfære, noe som gir et proton, en alfapartikkel og en beryllium-10- kjerne, som til slutt henfaller til bor-10. Eller et proton kan treffe oksygen-16 og gi to protoner, et nøytron, og igjen en alfapartikkel og en beryllium-10-kjerne. Bor kan også opprettes direkte. Beryllium og bor bringes ned til bakken av regn. Se Cosmogenic nuclide for en liste over nuclides produsert av kosmisk ray spallation.
X-prosessen i kosmiske stråler er det primære middelet for nukleosyntese for de fem stabile isotoper av litium, beryllium og bor. Siden proton -protonkjedereaksjonen ikke kan fortsette utover 4 He på grunn av den ubundne naturen til 5 He og 5 Li, og trippel alfa -prosessen hopper over alle arter mellom 4 He og 12 C, produseres ikke disse elementene i hovedreaksjonene til stjernens nukleosyntese . I tillegg er kjernene til disse elementene (f.eks. 7 Li) relativt svakt bundet , noe som resulterer i deres raske ødeleggelse i stjerner og ingen betydelig akkumulering, selv om ny teori antyder at 7 Li først og fremst genereres i novae -forstyrrelser. Det ble dermed postulert at en annen nukleosynteseprosess som forekommer utenfor stjernene var nødvendig for å forklare deres eksistens i universet. Denne prosessen er nå kjent for å forekomme i kosmiske stråler, der lavere temperatur og partikkeltetthet favoriserer reaksjoner som fører til syntese av litium, beryllium og bor.
I tillegg til de ovennevnte lyselementene dannes tritium og isotoper av aluminium , karbon ( karbon-14 ), fosfor ( fosfor-32 ), klor , jod og neon i solsystemmaterialer gjennom kosmisk strålespallasjon, og kalles kosmogene nuklider . Siden de forblir fanget i atmosfæren eller bergarten der de dannet seg, kan noen være svært nyttige ved datering av materialer ved kosmogen radionukliddatering , spesielt i det geologiske feltet. I dannelsen av en Kosmogeniske nuklide, en kosmisk stråling samvirker med kjernen av en in situ solcellesystemet atom , forårsaker kosmisk avskalling. Disse isotopene produseres i jordmaterialer som bergarter eller jord , i jordens atmosfære og i utenomjordiske gjenstander som meteoritter . Ved å måle kosmogene isotoper kan forskere få innsikt i en rekke geologiske og astronomiske prosesser. Det er både radioaktive og stabile kosmogene isotoper. Noen av de velkjente naturlig forekommende radioisotoper er tritium , karbon-14 og fosfor-32 .
Tidspunktet for dannelsen av dem bestemmer om nuklider dannet av kosmisk strålespalling kalles primordial eller kalles kosmogen (et nuklid kan ikke tilhøre begge klasser). De stabile nuklidene av litium, beryllium og bor som finnes på jorden antas å ha blitt dannet av samme prosess som de kosmogene nuklidene, men på et tidligere tidspunkt i kosmisk strålespallasjon hovedsakelig før solsystemets dannelse, og dermed er de per definisjon urminner nuklider og ikke kosmogen. I kontrast faller det radioaktive nuklidet beryllium-7 inn i det samme lyselementområdet, men har en halveringstid for kort til at det kan ha blitt dannet før solsystemets dannelse, slik at det ikke kan være et urnuklid. Siden den kosmiske strålespallasjonsruten er den mest sannsynlige kilden til beryllium-7 i miljøet, er den derfor kosmogen.
Se også
Referanser
- Greenwood, NN ; Earnshaw, A. (1998). Elementets kjemi (2. utg.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
Videre lesning
- Meneguzzi, M .; Audouze, J .; Reeves, H. (1971). "Produksjonen av elementene Li, Be, B av galaktiske kosmiske stråler i verdensrommet og dets forhold til stjernobservasjoner". Astronomi og astrofysikk . 15 : 337. Bibcode : 1971A & A .... 15..337M .
Eksterne linker
- Ray Isotope Spectrometer
- University of Leeds papir , forhandlinger fra 26. ICRC . (Link down, jan 2011)
- Heavy Cosmic Ray-forplantning ved bruk av New Spallation Cross-Section Expressions , prosedyrer for 26. ICRC . (Link down, jan 2011)
- Bevis for produksjon av kosmisk strålespallasjon av helium og neon funnet i vulkaner