宇宙空间布满着由各类起原、各类能量的粒子所发生的辐射，地球外观也不破例。生活在地球上每一小我都受到宇宙射线的照射。宇宙射线按照其起原可分为捕捉粒子辐射、银河宇宙辐射和太阳粒子辐射三类。宇宙射线首要由核子组成，个中包罗约 87% 质子，12%α 粒子（氦核子），其余大部门是原子核、电子、γ 射线和超高能微中子也组成小部门宇宙射线。
在日全食时，太阳、地球和月球三者在统一直线上，月球会盖住大部门太阳粒子辐射及部门银河宇宙辐射，因而造成宇宙射线中直接电离成分和间接电离成分所致空气接收剂量率会有所转变。是以，我们可经由观测空气接收剂量率，来观测日全食时地球外观的宇宙射线通量的转变。经由实验观测和数据剖析，我们对在实验过程中的一些思虑和小的发现以及显现的问题进行了整顿，在本文中呈现出来和读者一路交流商议。
一、宇宙射线配景常识
宇宙线首要是由质子、氦核、铁核等裸原子核构成的高能粒子流 ；也含有中性的珈玛射线和能穿过地球的中微子流。它们在星系际银河和太阳磁场中获得加快和调制，个中一些最终穿过大气层达到地球。达到我们地面的有初级宇宙射线，也有次级宇宙射线。
次级宇宙射线是相对于初级宇宙射线而言的，初级宇宙射线泛指由宇宙中的辐射源（如恒星）直接发出的辐射（如高速粒子），次级宇宙是指由初级宇宙射线撞击另外的物体（如大气）时发出的辐射。射向地球的宇宙射线中部门带电的射线及粒子流可在地球磁场的感化下发生偏转，部门在大气层中发生回响生成次级宇宙射线。固然地球的大气层为我们反对吸
收了很多高能的宇宙射线，但照样有部门初级宇宙射线和次级射线能够达到地球外观。
次级宇宙射线一样比初级宇宙射线能量低，因为它是由初级宇宙射线与另外受体回响而生成的，如许就导致了能量的损失，而次级宇宙射线又可发生次级宇宙射线，如许以来，能量会越来越少，是以我们在地面上受到的辐射要远低于宇航员在太空中所受到辐射剂量。
今天，人类仍然不克正确说出宇宙射线是由什么处所发生的，但遍及认为它们或者来自超新星爆发、来自遥远的运动星系 ；它们无偿地为地球带来了日地空间情况的贵重信息。我们能够测验经由领受这些射线来观测和研究它们的发源和宇观情况中的微观幻化。
二、本次日全食所致空气对宇宙射线接收
剂量率的转变实验的道理简要介绍人类对宇宙射线作微观世界的研究过程中采用的观测体式首要有三种，即 ：空间观测、地面观测、地下（或水下）观测。本次实验的场地设在重庆大学虎溪校区第一实验楼楼顶，是以属于地面观测。因为实验设备与前提有限，本实 验所用BH3103A 型便携式 X-γ 剂量率仪可以探测到的仅为宇宙射线中的 γ 射线，现对该仪器的首要参数见表 1。固然 γ 射线仅为宇宙射线中很少的一部门，仅经由该仪器所测数据无法对日全食所致空气对宇宙射线接收剂量率的转变做出正确的定量剖析，但能够凭据该数据做定性剖析，从而包管本实验的可行性。此次日全食发生在 2009 年 7 月 22 日，日全食带从印度起，大体上经由中国的长江流域，直至宁靖洋。
本次日全食发生在重庆区域的具体时刻为 ：7 月 22日 8 ：07 ：50( 初亏 )、9 ：12 ：50( 食既 )、9 ：14 ：58( 食甚 )、9 ：17 ：06( 生光 )、10 ：30 ：18( 复圆 )。本次实验对日全食对宇宙射线所致空气接收剂量率（以下简称做接收剂量率）转变的观测从观测时间上来说是严厉按照日全食发生的具体时刻和阶段制订的。即在发生日全食前后 3 天内，天天在发生日全食的沟通时间段内，测量宇宙射线的辐射剂量巨细，并做好数据记录。考虑到仪器的读数周期（经测定实验所用BH3103A 型便携式 X-γ 剂量率仪当档位置于 ×10 档时的读数周期为 14.5s），在从食既到生光前后各外延 5 分钟的时间段内（即全食阶段前后十五分钟）每分钟测得四个数据。将初亏和复圆前后各外延十分钟，在这段时间内除了全食阶段的前后十五分钟，其他时间每五分钟测一个数据并做好记录。
同时，为了探究温度的转变对接收剂量率有无影响以及它们之间的关系，统一时刻对应记录了该时刻下的温度和接收剂量率，便于从图像上来视察和商议。此外，除了测上午的数据外，日全食前后的三天内天天下昼的三点半到四点半这一小时内每十分钟读取并记录一次数据，以便从整体上来考查日全食对接收剂量率的影响。
采集完所稀有据后，经整顿对数据进步行初步的校准与批改，从批改后的数据大略就能够看出接收剂量率及温度随时间的转变关系，为了进一步更直观更正确地探究与商议其转变趋势与水平，我们采用常用的描点画图法来进行数据的处理与剖析，我们能够画图对日全食前后三天内所测所稀有据从整体和宏观长进行横向的对比与剖析，也能够拔取日全食发生当天的所稀有据画图进行纵向的对等到剖析，亦或画图对日全食前后三天内全食阶段的前后十五分钟内的数据从局部和微观长进行数据的剖析与商议。
经由图像我们能够很直观地认识熟悉到日全食对宇宙射线所致空气接收剂量率的转变，从而达到实验目的。附 ：因本实验所用BH3103A 型便携式 X-γ 剂量率仪可以探测到的仅为宇宙射线中的 γ 射线，故在此对γ 射线做如下解说 ：γ 射线是一种强电磁波，它的波长比 X 射线还要短，一样波长＜ 0．001 纳米。在原子核回响中，当原子核发生 α 、 β 衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不不乱的，而且会经由释放一系
列能量使其跃迁到不乱的状况，而这些能量的释放是经由射线辐射来实现的，这种射线就是 γ 射线。γ 射线具有比 X 射线还要强的穿透能力。当 γ射线经由物质并与原子互相感化时会发生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。原子核释放出的 γ 光子与核外电子相碰时，会把悉数能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。 γ 光子不带电，故不克用磁偏转法测出其能量。由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器构成的闪烁计数器是探测 γ射线强度的常用仪器，本次实验所用 BH3103A 型便携式 X-γ 剂量率仪即属该类仪器。
三、试验所测部门数据和部门图表以及数据剖析
表 1 仪器解说
因本次实验的时间跨度较大，数据采集点的密度也较大，导致所测实验数据较多，所有实验数据在原始实验申报中有具体记录，在此仅拔取部门典型数据和图表加以剖析和商议。
图表一
图表一 ：日全食前后三天内温度及接收剂量率转变宏观图（图中..和青色曲线离别为日全食当天的温度和接收剂量率曲线 )
图表二
图表二 : 日全食前后三天内接收剂量率转变宏观图 ( 图中红色曲线为日全食当天的接收剂量率曲线 )。
图表剖析 : 连系五张图表（因为篇幅的限制这里只呈现了两张具代表性的图表）及具体数据能够获得如下结论 :
1、日全食发生时空气接收宇宙射线（ γ 射线）剂量率相对于日全食发生前后有所下降，下降幅度在0~1.8 （ *1e-8Gy/h ）。固然下降的幅度不是很大，但下降的趋势照样对照显着，这一点能够很清楚地从原始实验申报中的五张数据剖析图表中看出来 ( 看图时注重连系图表右侧的图例 );
2、温度与空气接收剂量率的相关性不显着。( 当然这只是一个初步的判断 , 要想很正确地去研究此二者之间的关系 , 还需做进一步探究实验 , 具体可参考本文第五项中的第三条所陈述方式 )。
四、实验过程中应注重的一些事项
1．为避免地面辐射对仪器测量的影响，应选择在 10m 以上高处进行，如第一实验楼楼顶 ；还应避免人群密集及人员的大量举止、封闭实验场地的手机，从而降低四周情况及其他不确定身分对实验所测数据或者发生的影响。
2．在使用剂量率仪测量前，要使其有五到十分钟的预热时间，从而削减仪器自己带来的误差 ；考虑到读数与实验把持及实验的精度等问题，我们拔取10 秒档进行测量和读数。
3．因为四周情况和仪器自己身分的影响，应每隔一段时间对剂量率仪进行校准 ；但因用于校准的尺度源同位素铯 137 校准盖子，具有必然放射性，应妥帖安置，以免引起惊恐，同时也应置于距剂量率仪较远处，以削减尺度源辐射的影响。
4．为削减因剂量率仪位置改变造成的测量变量纷歧致，即为了连结掌握单一变量原则，我们要包管每次测量仪器所处的位置一般（可用记号笔在地面标示）。
5．实验竣事后，应先封闭开关，再拆除连线，不然或者对仪器造成损坏。
五、实验过程中的一些思虑和一些小发现以及对后续性实验改善方案的建议
1. 实验小发现一 ：7 月 23 日下昼下暴雨，测量时间推迟了半小时，究竟发现下雨时所测接收剂量率的值从整体水平上比前两世界午所测数据凌驾好多【21 日及 22 日下昼所测数据值在 9.4~10.5（*1e-8Gy/h）的局限内，23 日下昼下暴雨时所测数据值在11.3~13.8（*1e-8Gy/h）的局限内，具体数据留情始实验申报数据记录表格】。对这一现象的原因，我们有两个猜测 ：
1. 因为其时下雨时有打雷和闪电的发生，所以我们猜想或者是因为打雷和闪电发生的过程中，大气中激发或发生形成了某种射线，使得实验所测数据从整体上增大。
2. 下雨时空气的湿度增大，响应的其密度也随之增大，那么下雨时空气接收剂量率值的增大或者是因为射线的流传介质——空气的密度增大使得其流传和辐射的效率及接收剂量率增大，也就需要我们进一步探究接收剂量率的巨细与射线流传介质的密度是否相关。后续反复性及响应的探究实验 ： 在沟通的暴雨天色下（有打雷及闪电的发生，且发生频率较大）多次反复 7 月 23 日下昼的实验，并与在晴朗天色状况下统一所在统一时间段所测接收剂量率的值进行对比，以便探究和确定本现象的原因。（笔者小我认为上述第一种猜想的或者性较大一些，即在打雷和闪电发生的过程中，大气中激发或发生形成了某种射线，使得实验所测数据从整体上增大。因为 γ 射线的波长很短，有很强的穿透性，在从地球的电离层到地表这一宇宙空间标准上很小的距离内，流传介质——空气密度的转变对 γ 射线这一高
能射线的影响是相当微弱的）。
2. 实验小发现二 ：实验时发现用该仪器所测室内的接收剂量率的值从整体水平上比室外所测数据大了好多，如在室外所测值一样都在 8~10（*1e-8Gy/h）这一局限内转变，而在我们的宿舍或办公室所测数据一样都集中在12~13 （*1e-8Gy/h）这一局限之内。剖析造成这一观测现象的原因，或者是室内建筑所用材料引起或材料自己具有辐射，但我们的仪器从理论上来讲只能探测到 γ 射线和 x 射线，那么究竟是哪种建筑材料会释放或辐射这两种射线？这个问题我们需要进一步探究剖析，固然说在室内新增的如斯微量的辐射或者不会对我们的健康造成对照显着的影响，但弄清究竟是哪种建筑材料有这种辐射射线的性质或许说室内所测接收剂量率为什么显着高于室外照样很需要的，而不克简洁地推想是因为某种建筑材料或石材造成的，具体是哪种石材什么材料我们有需要搞清楚。
3. 后续实验建议 ：可采用对温度实行单一变量掌握。能够在一个控温的房间里，经由改变温度，由尺度校准放射源来探究温度对仪器测量影响。但因为此放射源放射的射线没有经由在大气层发生的由初级射线到次级射线的一系列回响和转变，所以要以此来定量的作为参考值还需要考虑其他一些身分，但这一参考值从定性剖析上照样能够解说一些问题的。用尺度源进行测量，对所测数据以温度为横轴，以接收剂量率为纵轴做图剖析，来探究温度是否会影响实验仪器所测接收剂量率的值。
4. 日全食现象的发生是对照可贵的，做大量统计实验是弗成能的。然则，我们能不克行使现代科学手艺，模拟日全食发生时的情况状况，进行大量实验，使实验数据更具靠得住性，降低偶然性？
5. 后续实验建议 ：更调测量宇宙射线的仪器。 γ射线只是宇宙射线中很少量的一部门。最好有多台仪器，能离别测量来自太阳辐射粒子与其他宇宙射线的仪器。便于商议日全食对宇宙射线所致空气接收剂量率的转变的身分更多来自月球会盖住大部门太阳粒子辐射照样月球盖住一部门银河宇宙辐射。
6. 后续实验可探究是否是因为日全食时影响了地球引力导致空气厚度、成分比例等发生转变进而导致空气接收计量率转变。
7. 在楼顶做实验首要是为了避免地面辐射对实验测量的影响。因为校园中的楼房不具有充沛的高度，对高度转变而引起剂量率改变不显着，所以能够选在分歧海拔的处所进行测量。我们能够考虑持续做探究实验拔取海拔落差较大的所在作为测量点，因为跟着海拔的增加温度立即降低，能够考虑用透射性较强的恒温箱，进行分歧高度宇宙射线剂量率的测量。
本次日全食探究实验指导先生 ：
重庆大学 ICT 研究中心 周日峰副传授
重庆大学科学与手艺协会 靳萍副传授
实验小构成员 ：
实验小组同窗顶着高温为了取得最有效的数据
