宇宙线天体物理学实验合理论基础PDF电子书下载

第一章　空间宇宙线和它们的相互作用 1

§1 宇宙等离子体的特性 1

§2　宇宙辐射——信息源 3

2.1 初级宇宙线的能量和核组成 3

2.2　宇宙线的时间变化和起源问题 5

2.3　宇宙线通过地球大气层，关联系数和气象效应 7

2.4　地磁场对宇宙线的影响 8

目录 9

前言 9

§3　宇宙线和空间物质的相互作用 9

3.1　宇宙线碎裂 9

3.2　核相互作用形成次级粒子 10

3.3 固态物质（星体、行星、星状云、陨石和尘埃）对宇宙线的吸收 10

3.4 通过宇宙空间的宇宙辐射核子的电离能量损失 11

3.5 电子的电离和轫致辐射损失 12

§4　宇宙线与光子场的相互作用 13

4.1 核和光子场的相互作用 13

4.2　电子与光子场的相互作用 13

§5 与磁场相互作用时宇宙线能量的变化 13

5.1 宇宙辐射粒子在磁场中引起的磁轫致辐射能量损失 13

5.2　与运动磁场相互作用时粒子的加速和减速 14

§6　宇宙线粒子在磁场中的运动和非均匀磁场对它们的散射 15

6.1 宇宙线粒子在冻结于运动等离子体中的规则磁场中的运动 15

6.2　简单形式的非均匀磁场下宇宙粒子散射的初级模式 15

6.3　单一尺度孤立磁云型非均匀磁场散射时的输运自由程 19

6.4　多尺度不均匀磁场散射时粒子的输运自由程 19

6.5　云型磁非均匀场连续谱粒子散射时的输运自由程 21

6.6　某些简单模式的非均匀场散射时粒子输运自由程 23

6.8　存在规则背景场散射时粒子的输运自由程 26

6.7　在非均匀场中考虑漂移时粒子散射的输运自由程 26

§7　宇宙线的磁捕获 27

7.1　存在非均匀场时规则磁场的捕获 28

7.2　非规则磁场的捕获 32

7.3　混合型捕获 33

7.4　捕获区的力学性质和捕获辐射的强度变化 34

§8　宇宙线对外空环境的影响 35

8.1 宇宙线对磁化等离子体施加的压力 35

8.2　宇宙线对磁化等离子体结构的可能影响 35

8.3　低能宇宙线粒子使宇宙等离子体电离和加热 36

第二章　宇宙线传播 37

§9　用动力学方程描述宇宙线的传播 37

9.1　磁场涨落现象 37

9.2　弱规则场和各向同性无规场下的动力学方程 39

9.4　考虑等离子体的无规则电场时宇宙线传播的动力学方程 40

9.3　等离子体速度涨落时宇宙线传播的动力学方程 40

9.5　在弱湍动的磁化等离子体中（其中有强规则场和Alfven振荡）宇宙线传播的动力学方程 41

9.6　在动量空间的扩散 44

9.7　低能宇宙线的各向异性传播 46

9.8　扩散近似 48

9.9　宇宙线在行星际传播时的涨落现象 49

§10　各向异性扩散近似 53

10.1　一般方程的推导 53

10.2　银河臂中的传播情况 53

10.3　行星际空间的传播情况 54

10.4 各向异性扩散近似的应用范围 58

第三章　宇宙线加速机制 59

§11　统计加速机制 59

11.1 粒子与运动磁云相碰撞的Fermi统计加速机制 59

11.2　重核的注入和优先加速问题 60

11.3　加速粒子谱 62

11.4　等离子体湍流的加速机制 63

§12　规则加速机制 66

12.1 感应加速机制 67

12.2　激波引起的加速机制 67

12.3　磁捕获区崩溃的粒子加速 67

12.4　靠近磁场零线的累积加速机制 71

§13　在各种宇宙天体中宇宙线的加速 74

13.1 太阳上击波对粒子的加速 74

13.2 太阳上等离子体湍动对粒子的加速 74

13.3 太阳上磁场耗散机制引起的粒子加速 75

13.4　在行星际空间太阳宇宙线的附加的统计加速 76

13.5　捕获区中在太阳上被加速粒子的迁移和在行星际空间介质粒子的加速 76

13.6　在超新星爆发时激波对宇宙线的加速 78

13.7　脉冲星旋转时宇宙线的加速 79

14.2 D（Ek）∝E？类型谱的形式 82

14.3　D（R）∝R-r类型谱的形式 82

§14　在源中宇宙线谱的形式 82

14.1　根据实验资料划分宇宙线的类型 82

14.4　D（R）∝e-R/R0类型谱的形式 83

14.5　当加速粒子和外部磁场之间压力相等时的宇宙线谱 83

第四章　宇宙线变化——研究空间的一种方法 85

§15　宇宙线变化研究的简史 85

15.1 宇宙线变化研究历史中的五个时期 85

15.2　第一期（1926—1935年） 86

15.3　第二期（1936—1950年） 86

15.4　第三期（1951—1956年） 87

15.5　第四期（1957—1963年） 90

15.6　第五期（1964年开始） 90

§16　苏联宇宙线变化的研究情况 91

17.1　研究宇宙线变化中的困难和克服它们的途径 92

§17　宇宙线变化的基本概念和分类 92

17.3　宇宙线变化的类型 93

17.2　不考虑相互干涉效应时宇宙线变化的基本概念和分类 93

§18　考虑各种效应可能相互干涉时变化的分类 96

§19　宇宙线的地球变化性质 98

19.1　两类宇宙线的地球变化 98

19.2　大气起源的宇宙线变化性质 98

19.3　地磁起源的宇宙线变化性质 99

§20　宇宙线地球外变化的性质 100

20.1　地球外变化的三个亚类 100

20.2　第一亚类——在行星际空间中银河宇宙线的调制 102

20.3　第二亚类——太阳宇宙线的产生和传播 103

20.4　第三亚类——银河起源的变化 104

21.1　连续记录的主要要求 105

21.2　实验方法及其特性 105

§21 世界台站网、人造卫星和火箭是宇宙线天体物理的实验基础 105

第五章　测量宇宙线的变化、能谱和核组成的直接方法 105

21.3　仪器的全球分布情况和观测台站的地磁截止刚度 107

21.4　世界台站网的渐近方向 108

§22　计数管望远镜 109

22.1　计数管望远镜的特点 109

22.2 用作连续记录的计数管 110

22.3 计数管望远镜的电子线路 114

22.4　计数管望远镜的各种几何形状 117

22.5　供给计数管的高压电源 124

22.6　计数管望远镜中自动记录宇宙线爆发的装置 125

22.7 计数管望远镜工作的自动监督 126

22.8　排除宇宙线望远镜中的漏计数和偶然符合 126

22.9　计数管望远镜的方向图 127

22.10　宇宙线介子探测器的方向性质 128

§23　利用闪烁探测器连续记录宇宙线强度 131

23.1 闪烁探测器的优点 131

23.2 用塑料闪烁体作为带电粒子的探测器 131

23.3 应用液体闪烁体的可能性 132

23.4 闪烁记录器的电子线路 133

23.5　实际塑料闪烁体宇宙线记录器 134

23.6 闪烁望远镜的方向图 135

§24 连续记录高能粒子通量的大型切伦科夫塔形计数器望远镜 136

§25　记录中子成分的方法 138

25.1　宇宙线中子成分的主要性质 138

25.2　中子探测器的类型和特性 138

25.3 局部产生中子的探测器（中子堆） 139

25.4　Simpson型中子堆的改进 141

25.5　气压的自动记录 141

25.6　超中子堆 142

25.7 用闪烁体和充以He3的计数管连续记录中子成分的可能性 143

25.8　中子堆对各种次级宇宙线成分的灵敏度 143

25.9 中子堆的方向图 144

25.10　记录中子的增殖倍数 145

25.11 在小中子堆和超中子堆中记录中子增殖倍数的仪器 147

25.12　宇宙线中子谱仪 149

25.13　为同时记录中子和μ介子成分的全套仪器（中子堆-望远镜） 150

25.14　记录中子的增殖倍数时仪器误差的消除 151

§26　研究广延大气簇射频率变化的实验 154

§27　用气球和飞机研究宇宙线在平流层内的变化 156

27.1 利用飞机研究宇宙线变化 156

27.2 用气球在平流层内记录宇宙线强度变化 156

27.3　在气球上研究核组成和不同粒子能谱变化的装置 157

27.4　在气球上对强离化粒子采用聚合物探测器［187］ 158

28.2　在宇宙空间测量电子、质子、α粒子和γ射线总强度的方法 159

§28 用地球物理宇宙火箭以及人造卫星研究宇宙线变化 159

28.1 在地球物理火箭上记录宇宙线的实验 159

28.3　在火箭和人造地球卫星上研究核子通量的时间变化 162

28.4　在卫星上研究高能范围宇宙线能谱和变化的仪器 163

第六章　宇宙线天体物理间接测量方法 165

§29 用陨石方法研究宇宙线 165

29.1　同位素方法 165

29.2　根据同位素资料确定宇宙线时空变化的方法 166

29.3 计算结果和由陨石同位素得到的模型 167

29.4　化石轨迹法 168

29.5 根据星际尘埃的放射性研究宇宙线变化的可能性 169

29.6 根据月球样品的径迹和宇宙同位素的相对含量来研究地球附近宇宙线变化的可能生 170

§30　用地球上形成的同位素来研究宇宙线变化的方法 170

30.1 在大气层中宇宙同位素的形成 170

30.2　大气层中宇宙同位素形成速率局部变化的基本方程 171

30.3　宇宙同位素的行星生成速率 173

30.4 用放射性碳方法研究宇宙线变化 174

30.5　研究宇宙线变化的氪方法 178

§31 利用宇宙线与电离层的作用以及射电天文的方法来研究宇宙线 178

31.1 1956年2月23日低电离层反常电离和用射电方法研究宇宙线的实例 179

31.2　计算由太阳宇宙线引起的低电离层离化 183

31.3 用噪声探测仪测量极盖吸收作为研究宇宙线的方法 184

31.4　银河宇宙线对低电离层的影响 185

31.5　在太阳宇宙线的影响下离子形成速率的数值计算 186

31.6　地磁场变化时离子形成速率的变化 191

31.7　解逆问题的方法：从电离层资料确定太阳宇宙线的谱和地磁刚度 195

31.8　对于电离层方法的分析表达式 197

31.9 通过无线电波偏振面的旋转记录太阳宇宙线电子成分的可能性 200

31.10　在地磁场中通过磁轫致辐射发现太阳电子流的可能性 200

32.1 宇宙线变化是一定的规律性和偶然作用的综合表现 201

第七章　宇宙线天体物理的统计方法 201

§32 宇宙线通量的统计性质、观测误差、统计关系及其分类 201

32.2　实验资料的误差 202

32.3　资料的平均 204

32.4　宇宙线变化现象分类 208

§33　解析相关法 209

33.1 两变量间的直线相关 211

33.2　多变量的线性相关 214

33.3 局部相关 214

33.4　非直线相关 215

33.5　采用抛物线相关法确定宇宙线强度的极值位置 216

§34　周期性关系的判别和研究 217

34.1　统计周期分析法 217

34.2　谐波分析 218

34.3　谐波周期分析法 222

§35 周期函数和非周期函数的鉴别 224

35.1　时间叠加法 225

35.2　判定重现性趋势 225

35.3　滑动平均法 226

§36　观测资料的滤除和可靠性的确定 227

36.1 滤除法 227

36.2　确定资料可靠性的方法 228

§37　观测资料的计算机处理 229

37.1 宇宙线观测资料和检测参数的编码系统 229

37.2　抽样检测 230

第八章　关联系数法（从观测到的次级宇宙线变化确定初级变化） 232

§38　关联系数法的基础 232

38.1　各种宇宙线记录情况下的关联系数 232

38.2　根据地磁效应确定关联系数 235

38.3　地下测量的关联系数 237

38.4　广延大气簇射关联系数的确定 240

§39　根据不同类型的实验资料确定关联系数 243

39.1 利用有关宇宙线变化的资料确定关联系数 243

39.2　根据地磁效应确定关联系数 245

39.3　根据地磁效应资料用中子堆测量的关联系数 247

39.4 介子和游离成分方向测量的地磁效应和关联系数 250

39.5　平流层中测量的关联系数和增殖倍数 252

§40　关联系数随太阳活动性的变化及该法应用的某些实际问题 254

40.1　随太阳活动性的改变关联系数的变化 254

40.2　确定初级变化的某些实际问题 254

40.3　仪器的全球校验和从地面台站网的的资料决定初级变化 257

40.4 用大气吸收方法测量宇宙线变化 258

§41　高能区的增殖倍数和关联系数 260

41.1 与高能区外推关联系数有关的可能误差 260

41.2　对于中子成分的增殖倍数和关联系数的计算 261

41.3 用外推法估计倾斜μ介子通量的增殖倍数和关联系数 262

41.4　在不考虑产生面的涨落和假设产生的π介子之间的能量均分情况下增殖倍数的近似计算 263

41.5　考虑初级作用中π介子的产生谱、μ介子的衰变谱和产生高度的混淆性后，计算μ介子增殖倍数 268

41.6 μ介子成分在高能区的关联系数［83］ 273

41.7 μ介子成分倾斜测量的关联系数（一维近似） 274

41.8　地下μ介子望远镜对初级粒子的灵敏度 275

41.9　考虑次级粒子产生的三维初级模型的关联系数 277

41.10 用非寻常的Markov过程方法计算宇宙线中子成分的增殖倍数、关联系数和部分气压系数 282

§42　在超高能区域按广延大气簇射数据得到的次级成分的增殖倍数 286

42.1　在超高能区域增殖倍数的理论计算 286

42.2　在超高能区域电子-光子成分增殖倍数的实验数据 288

42.3　在超高能区域μ介子增殖倍数的实验数据 288

42.4　在超高能初级粒子情况下核子的增殖倍数 289

附录　关系函数方程的推导 290

参考文献 293