宇宙射線
關(guān)注創(chuàng)建者：HPC365云服務(wù) 創(chuàng)建時(shí)間：2019-03-29
宇宙射線的實(shí)例教程
比如宇宙射線對人類的輻射影響非常大，而火星沒有天然幾何磁場來保護(hù)人類不受射線影響。
模擬靜磁場可以保護(hù)火星上的殖民者免受宇宙射線的傷害。圖像具有火山口墻壁和地板（棕色線），主屏蔽電纜（紅線），東火山口墻上的返回電流（藍(lán)線）和火山口墻外的返回電流（紫色線）。白色區(qū)域的屏蔽低于人體安全限值?；鹕娇诘匕迳系牟噬珔^(qū)域?yàn)槿菁{移民者的棲息地。
基于達(dá)成移民火星的愿景，工程師們模擬了一個(gè)使用靜磁場創(chuàng)建的人造磁場，它的行為就像舊的USS Enterprise上的偏轉(zhuǎn)器一樣，創(chuàng)造了一個(gè)能量場，可以使棲息地周圍的危險(xiǎn)粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
設(shè)計(jì)火星殖民地磁力宇宙宇宙射線盾
科學(xué)家們假設(shè)該盾牌用來保護(hù)火星的奧馬哈隕石坑，其直徑為9公里（5.6英里），深度為2公里（1.2英里）。對于這樣大小的隕石坑，盾牌的功率要求為80kW（107馬力），與小型車大致相同。
奧馬哈隕石坑與北/南中心線的船員設(shè)施合照?；鹕娇跂|西邊緣附近設(shè)置的屏蔽設(shè)施太弱了。
有些人建議可以暫時(shí)利用隱藏在地下的洞穴來躲避輻射傷害。也有其他的聲音反應(yīng)可以建立一個(gè)人工湖來防御火山口附近的輻射。但這些都不是長久之計(jì)，也無法從源頭抵抗宇宙輻射傷害。
從理論上講，靜磁場可以保護(hù)移民者，并可以擴(kuò)大規(guī)模以保護(hù)較大的人類棲息地。而在未來通過移動運(yùn)輸設(shè)備，有一天可能會看到這種類型的保護(hù)，使得任務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出棲息地的保護(hù)范圍。
也許你會有疑問，為什么不使用靜電來設(shè)計(jì)防護(hù)罩？
因?yàn)樗贿m用于火星大氣層。大氣的電導(dǎo)率太高，無法形成有用的靜電屏蔽電位。它比地球的大氣電導(dǎo)率高兩個(gè)數(shù)量級，如果在火星上持續(xù)地放電，這會妨礙工作人員的操作。
靜磁盾可能會偏轉(zhuǎn)所有太陽風(fēng)暴質(zhì)子，幾乎所有的太陽耀斑質(zhì)子和超過一半的銀河宇宙射線（GCR）質(zhì)子。該設(shè)計(jì)采用現(xiàn)有技術(shù)，包括超導(dǎo)電力線，超導(dǎo)電磁鐵和碳納米管電纜。
展開 人類探測到的最高能粒子
2019年，人類發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)具有超高能伽馬射線輻射的天體，而根據(jù)LHAASO的觀測數(shù)據(jù)，超高能伽馬射線源的數(shù)量增加到12個(gè)。
該天文臺記錄了最高1.4 PeV的高能量粒子，這是有史以來的最高能量水平，改變了人類對宇宙的傳統(tǒng)理解，或有助于揭開關(guān)于宇宙射線起源的“世紀(jì)之謎”。（電子伏特，符號為eV，是能量單位，代表一個(gè)電子經(jīng)過1伏特電位差加速后所獲得的動能。1 P = 1千萬億）
超高能伽瑪天文學(xué)時(shí)代
超高能伽馬射線的探測一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)?em>射線數(shù)量非常少，并且它們被淹沒在巨大的宇宙背景輻射中。
而此次的發(fā)現(xiàn)開啟了超高能伽瑪天文學(xué)時(shí)代，表明以天鵝座恒星形成區(qū)和蟹狀星云為代表的非熱輻射物體（即年輕的巨大恒星團(tuán)、超新星殘余和脈沖星云）是高能宇宙射線起源的最佳候選者，這有助于解決宇宙射線起源的“世紀(jì)之謎”。
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展開 最大的高能現(xiàn)象幾乎肯定發(fā)生在宇宙。大氣產(chǎn)生的中微子總是伴隨著一大批其他粒子一起到來，冰面上的探測器可以看到伴生粒子。μ介子是其中一種短壽命的亞原子伴生粒子，它也可穿透冰層，數(shù)量是中微子的50萬倍。因此隨著μ介子一起到達(dá)的中微子信號很可能是在大氣中產(chǎn)生的，而穿過整個(gè)地球從冰立方的底部出現(xiàn)并被探測到的中微子和在冰立方內(nèi)的某個(gè)空間點(diǎn)開始被探測到的中微子可能來自太空。
自從2010年，冰立方已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了60個(gè)疑似宇宙中微子。其他中微子探測器，例如ANTARES——法國地中海沿岸馬賽外海海底布設(shè)的傳感器陣列——和俄羅斯貝加爾湖底的類似探測器，都因?yàn)轶w積太小沒有探測到疑似宇宙中微子。在之前的預(yù)期中，發(fā)現(xiàn)宇宙中微子應(yīng)該更加容易，因?yàn)橹形⒆拥念A(yù)期數(shù)量遠(yuǎn)比今天觀測到的數(shù)量多。宇宙中微子觀測數(shù)目遠(yuǎn)少于預(yù)期令我們感到困惑。
目前并未確定中微子來源于宇宙中的何處，盡管幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出，銀河平面有可能是中微子的來源。諸如γ射線爆發(fā)源和星系中心之類的宇宙高能活動區(qū)域之前被人為可能產(chǎn)生高能宇宙射線和中微子，現(xiàn)在已經(jīng)被分析基本排除。
γ射線爆發(fā)是短促而強(qiáng)大的γ射線流，可以被衛(wèi)星觀測。γ射線爆發(fā)被認(rèn)為是來自黑洞吞噬中子星或另一個(gè)黑洞（產(chǎn)生不到2秒的爆發(fā)），也可能來自超新星的坍縮過程（產(chǎn)生長達(dá)幾分鐘的爆發(fā)）。粒子在這些高能過程中被加速。冰立方科學(xué)家已經(jīng)分析了超過800個(gè)γ射線爆發(fā)源，沒有一次γ射線爆發(fā)伴隨著中微子爆發(fā)，因此γ射線爆發(fā)最多貢獻(xiàn)了冰立方觀測到的宇宙中微子的1%。
AGN是星系中心的巨大黑洞，它們會加速周圍氣體，粒子能被加速到接近光速而甩出。但是冰立方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)高能中微子流和星系中心發(fā)射的，指向地球的噴射粒子流之間的關(guān)系，因此星系中心最多貢獻(xiàn)了30%的宇宙中微子。
展開 天然輻射的來源包括宇宙射線和地球上自然存在的放射性元素。天然輻射的水平通常稱為天然的“本底輻射”。就世界平均來說，每人每年所受的天然的本底輻射大約是2.4mSv[2]。一般來說高海拔的地區(qū)所受的宇宙射線較強(qiáng)，因而本底輻射也較低海拔地區(qū)強(qiáng)。某些地區(qū)由于環(huán)境中的放射性元素豐富，本底輻射也會較強(qiáng)。天然的本底輻射無法避免，人類在漫長的進(jìn)化過程中，就生活在天然放射性環(huán)境中。
Q：除天然的本底輻射外，人們?nèi)粘；顒又羞€會受哪些輻射？這些輻射量有多大？
A：除天然的本底輻射外，人們?nèi)粘；顒又羞€會受到如核試驗(yàn)、核設(shè)施（包括核電站）、核技術(shù)應(yīng)用、核醫(yī)學(xué)、核燃料循環(huán)、建筑等活動而產(chǎn)生的人工輻射。通常在醫(yī)院做一次X光胸透大約是0.1mSv；做一次心臟血管造影CT大約是20mSv[3]。另外，由于高空中宇宙射線被大氣吸收的少，乘坐飛機(jī)也會增加輻射劑量，每乘坐一小時(shí)的飛機(jī)會多受到0.005mSv的輻射[3]。
Q：歷史上爆炸的核武器、發(fā)生的核事故以及核電站的日常運(yùn)行會增加環(huán)境中的輻射劑量嗎？
A：會的。有數(shù)據(jù)表明，截止到2000年，歷史上所有爆炸的核武器、發(fā)生的核事故以及核電站的日常運(yùn)行一共增加了每人每年0.005mSv的輻射劑量，大約是自然界天然的本底輻射的千分之二[4]。
Q：輻射劑量的限值是多少？
A：根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB18871-2002的規(guī)定，對于從事核相關(guān)工作的人員（放射工作人員），連續(xù)5年的年平均有效劑量不得超過20mSv，任何一年中的有效劑量不得超過50mSv。對于普通公眾中的關(guān)鍵人群組的成員所受到的平均年有效劑量不得超過1mSv。
Q：輻射劑量是否能被準(zhǔn)確的測量？
A：可以，盡管輻射是肉眼不可見的，但現(xiàn)在的儀器非常靈敏，可以測到極微小的輻射劑量。常見的輻射劑量儀可以測出每小時(shí)0.0001mSv的輻射劑量。
Q：如何減少可能受到的核輻射？
展開 二、放射性的定義及來源
放射性是指元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出射線（如α射線、β射線、γ射線等），衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射，這種現(xiàn)象稱為放射性。
放射性對人體的危害可分為外照射和內(nèi)照射兩類：外照射指天然輻射源和人為輻射源中的天然放射性核素所產(chǎn)生的β、γ射線對人體的直接照射，主要由γ射線造成；內(nèi)照射指存在于空氣、食品和飲水中的天然放射性核素，通過呼吸和消化系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)部而形成的照射。
放射性污染物質(zhì)來源于自然界和人工制造兩個(gè)方面。
1、天然放射性來源
（一）宇宙射線由初級宇宙射線和次級宇宙射線組成；
?。ǘ┨烊环派湫酝凰?。
2、人為放射性核素的來源
（一）核試驗(yàn)及航天事故；
?。ǘ┖斯I(yè)；
（三）工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)科研等部門對放射性核素的應(yīng)用；
?。ㄋ模┓派湫缘V的開采和利用。
三、建筑裝飾裝修材料中放射性的危害
隨著人們對居室裝修美化的要求不斷提高，人們不再滿足于傳統(tǒng)材料的運(yùn)用，越來越多的新型裝修材料，以及人們家庭裝飾和建筑材料款式多樣、色彩美觀的石材、陶瓷、墻體材料等新產(chǎn)晶層出不窮，由于放射性物質(zhì)廣泛存在于大自然界，廣泛存在于各種放射性物質(zhì)，用于生產(chǎn)建筑裝飾裝修材料的原材料絕大部分都取自天然的土壤、巖石、礦石等，由于這些材料的地質(zhì)歷史和形成條件的不同，或多或少存在著放射性元素，這些放射性物質(zhì)含有鐳-226、釷-232、鉀-40等放射性元素，它們在衰變過程中，不斷放出a，B和Y粒子。這些天然放射性物質(zhì)的放射性危害主要有兩方面，一是體內(nèi)輻射；二是體外輻射。
展開 
宇宙射線的最新內(nèi)容
此外，在日常生活環(huán)境中還有宇宙射線的存在。
α、β、γ、X射線是看不見、聞不到、摸不著的能量流污染，只能借助各種儀器設(shè)備來測量環(huán)境中輻射劑量，了解環(huán)境狀況。
以下是針對不同類型輻射暴露的建議最大劑量一般指南：
自然環(huán)境輻射
平均而言，人們每年受到約2-3毫西弗(mSv)源自自然的輻射，例如宇宙射線和地殼中的放射性物質(zhì)。這種暴露水平被認(rèn)為是安全水平。
職業(yè)暴露
在處理放射性物質(zhì)或從事涉及輻射暴露工作的行業(yè)中的工人可能會受到監(jiān)管機(jī)構(gòu)對其暴露的限制。
然而，這種高頻化的發(fā)展趨勢，也對功率器件的高速驅(qū)動、過壓保護(hù)、并聯(lián)均流和電磁干擾（EMI）防護(hù)等技術(shù)提出了新的要求，因此開發(fā)先進(jìn) WBG 封裝結(jié)構(gòu)，提高器件可靠性、提升抗宇宙射線能力、增大安全工作區(qū)、開發(fā)驅(qū)動保護(hù)技術(shù)等方面，將是 WBG 器件高頻化的發(fā)展趨勢。
3.5 熱管理與可靠性
功率器件結(jié)溫每提高 10 ℃，其壽命就會降低一半左右。
然而，這種高頻化的發(fā)展趨勢，也對功率器件的高速驅(qū)動、過壓保護(hù)、并聯(lián)均流和電磁干擾（EMI）防護(hù)等技術(shù)提出了新的要求，因此開發(fā)先進(jìn) WBG 封裝結(jié)構(gòu)，提高器件可靠性、提升抗宇宙射線能力、增大安全工作區(qū)、開發(fā)驅(qū)動保護(hù)技術(shù)等方面，將是 WBG 器件高頻化的發(fā)展趨勢。
3.5 熱管理與可靠性
功率器件結(jié)溫每提高 10 ℃，其壽命就會降低一半左右。
顧名思義，這些宇宙射線可以短至千分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)于太陽一年總輸出的能量。FRB的起源至今仍然是個(gè)謎，科學(xué)家們在FRB模型中甚至考慮到外星人，但自然原因顯然更受青睞。最近的科學(xué)家討論的焦點(diǎn)包括超磁化中子星、黑洞和大爆炸遺留下來的宇宙弦。FRB究竟是什么？相信隨著FAST對宇宙更深入的觀測，它會給我們一個(gè)答案！
自然噪聲來源于閃電、太陽黑子及宇宙射線等。這類噪聲很難避免。內(nèi)部熱噪聲由電子器件不規(guī)則的熱運(yùn)動引起，在數(shù)學(xué)上可以用隨機(jī)過程來描述，又可稱為隨機(jī)噪聲。
為確保在復(fù)雜宇宙射線和高能粒子條件下高速硬件系統(tǒng)正常工作的能力，研制組開展了上百次仿真和實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)，解決了高速電子線路抗輻照加固的難題。航天員著艙內(nèi)航天服時(shí)，無法操作常見的電容式和電阻式觸摸屏，為此研制組設(shè)計(jì)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的GUI系統(tǒng)，開發(fā)了適應(yīng)空間環(huán)境的紅外觸摸屏，使之不會出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏等現(xiàn)象。
眼下，蒼茫宇宙中，已經(jīng)有3顆人造衛(wèi)星使用了龍芯的抗輻照芯片，最久的已經(jīng)在軌運(yùn)行了兩年多，沒有一次被宇宙射線打壞而影響工作。
在龍芯公司里，還有一些格外令人動容的人和事。有一位白發(fā)蒼蒼的老人，惹人注目，她是龍芯中科的研究員黃令儀，今年已經(jīng)八十四歲。龍芯公司起源于中科院計(jì)算所，黃令儀以前是中科院計(jì)算所的研究員，曾參與過兩彈一星芯片的研發(fā)。
經(jīng)過測試，汽車CoolSiC? MOSFET可實(shí)現(xiàn)短路魯棒性以及高水平的宇宙射線和柵極氧化物魯棒性，這是設(shè)計(jì)高效可靠的汽車牽引逆變器和其他高壓應(yīng)用的關(guān)鍵。英飛凌HybridPACK Drive CoolSiC功率模塊完全符合汽車功率模塊AQG324標(biāo)準(zhǔn)。
而此次的發(fā)現(xiàn)開啟了超高能伽瑪天文學(xué)時(shí)代，表明以天鵝座恒星形成區(qū)和蟹狀星云為代表的非熱輻射物體（即年輕的巨大恒星團(tuán)、超新星殘余和脈沖星云）是高能宇宙射線起源的最佳候選者，這有助于解決宇宙射線起源的“世紀(jì)之謎”。
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