核素是什么(考古鉴定文物的核素是什么)

学过高中物理的同学一定听说过X射线、γ射线、α射线、β射线等等，但是你知道什么是宇宙射线吗？名字的霸气和独特有什么特别之处吗？是的，很特别！！！它的发现奠定了粒子物理学的基础。同时，其与地表地球系统物质发生核反应产生的宇宙成因核素是第四纪年代学的重要组成部分，也为人们定量重建陆面地质过程提供了极好的研究材料。接下来，我们将简单介绍一下宇宙射线和宇宙核素，它们与地球母亲相互作用的产物。

地球周围的宇宙射线/NASA网站

宇宙射线

一个

宇宙射线是宇宙中高能带电粒子流的总称空。1912年，奥地利物理学家赫斯乘坐热气球进行了7次科学实验。结果发现，仪器测得的放电率随着海拔1000米以上不断增加，在海拔5000米时，放电率是地表的4倍。这清楚地表明，这种射线与地球表面无关，而且由于昼夜测试结果相同，排除了太阳的起源。赫斯认为这种射线来自宇宙空。然后，在1914年，德国物理学家科尔霍斯特将热气球升至9300米的新高度，在这个高度，测得的电离电流比表面高出约40倍。1925年，美国物理学家密立根通过巧妙的实验证实了赫斯的判断，并将这种射线称为“宇宙射线”，即宇宙射线。

赫斯在热气球上探索宇宙射线。

赫斯的热气球旅行和他与科尔霍斯特的观察/修改自维基百科

1940年左右，粒子加速器刚刚启动，宇宙射线作为高能粒子的来源(最高能量可以达到今天人工加速粒子最高值的3000倍)，是当时唯一可以轰掉质子核的“粒子壳”，产生了许多重大成果。其中，1932年，安德森利用磁云室发现了第一个反物质粒子——正电子。1936年，Anderson和Nedmeyer在云室中观察到了U粒子。1947年，鲍威尔等人发现了π介子。1947年，罗切斯特等人在宇宙射线中发现了K0、λ等奇异粒子。后来又有人发现了一系列超子(∈，∑0，ξ这些发现打开了微观世界的神秘之门，促成了粒子物理学的诞生和人工加速器的发展。

在云室中捕获的粒子轨迹/Bing图片

宇宙射线引起的π介子生成过程/NASA网站

在地球大气层外，没有与大气发生相互作用的宇宙射线称为初级宇宙射线，其成分主要是质子和α粒子，其次是锂核、铁核等各种元素的离子核，以及微量电子和μ子。初级宇宙射线可以大致分为银河宇宙射线(GCR)和太阳高能粒子(SEP)。

宇宙线全粒子能谱

宇宙射线来源于银河系中的超新星爆发，由大约87%的质子和大约12%的α粒子组成。能量从0.1 GeV到100 GeV不等，高能低通量。

超新星爆炸过程

高能粒子(SEP)来源于太阳自身核聚变过程中释放到太阳系中的高能粒子。它们由大约90%的质子、9%的电子和1%的重离子原子核组成。能量从1到1-1000 MeV变化，具有低能量但高通量。

突出/美国航天局网站

宇宙核素

2

宇宙核素是宇宙射线与地表地球系统物质发生核反应产生的。初级宇宙射线进入大气后，会与大气中的目标元素(主要是N、O、Ar、Xe等)发生反应。)并产生大量次级粒子。然后，次级粒子会继续与空气体中的靶元素反应，产生新的次级粒子，主要由强子、电子、光子、μ子等组成。最终，次级粒子的数量会非常多，形成一个大范围的大气簇射。

大面积大气降水

宇宙核素

在这个过程中空气体中的N、O、Ar、Xe等元素会形成一系列稳定的核素(3He、21Ne等。)和放射性核素(14C、10Be、26Al、36Cl和129I等。)通过蜕变、中子俘获、介子反应等核反应，即大气宇宙成因核素。宇宙核素在测定和追踪太阳和地磁场活动方面具有不可替代的独特性。

宇宙起源核素

次级宇宙射线到达地球表面后，会与地球表面岩石、矿物中的元素发生反应，引起O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等元素的转化，中子俘获和介子反应等。，产生一系列稳定的核素(3He、21Ne等。)和放射性核素(14C、10Be、26Al、36Cl等。)，即原位宇宙成因核素。

宇宙成因核素10Be在应时的生成过程

经过60多年的科学研究和仪器分析技术的进步，原位宇宙成因核素在产额模型、暴露年龄、侵蚀速率和埋藏年龄等方面取得了很大进展。在百年至百万年时间尺度上定量重建陆面地质过程方面具有独特优势，已广泛应用于冰川地貌年代学、流域侵蚀速率、滑坡与断层年代学、火山喷发年代学、古人类学、河湖阶地年代学、埋藏年代学等。

宇宙成因核素的应用领域

既然宇宙射线能量这么高，会对我们的健康造成危害吗？不用担心，影响几乎可以忽略不计。来，我先告诉你结果。预测具体原因，看下回。先说宇宙射线，在冲向地球的过程中，如何“过五关斩六将”，最后“失去麦城”，绽放成“绚烂的烟花”，迷失在大气层的怀抱中。

宇宙射线穿过恒星空，到达地球的路径/Bing图片