Читать онлайн Все науки. №9, 2024. Международный научный журнал

УДК: 51—71

¹Ибрагимов Дониёр Давронбекович, ²Алиев Ибратжон Хатамович, ³Абдурахмонов Султонали Мукарамович

¹Андижанский машиностроительный институт, 170019, Республика Узбекистан, Андижанская обл., г. Андижан

²НИИ «ФРЯР», ElectronLaboratoryLLC, 151100, Республика Узбекистан, Ферганская обл., г. Маргилан

³Ферганский политехнический институт, 150100, Республика Узбекистан, Ферганская обл., г. Фергана

Аннотация. В работе описано исследование взаимодействия солнечного элемента на основе кристаллического кремния с потоком электронов и гамма-квантов. Для описания взаимодействия использовалась модель анализа резонансных ядерных реакций с расширенной формой анализа. Согласно произведённому теоретическому и эмпирическому исследованию, доказано, что изменений в структуре исследуемых материалов не наблюдаются, как и проявлений с точки зрения фотоэффекта. В заключении приведено описание полученных теоретических результатов.

Ключевые слова: облучение, уравнение ядерной реакции, состав космического излучения, квант, энергия гамма-кванта.

Введение. Космическое излучение, состоящее из целого спектра различных составляющих, в фотонном виде – из инфракрасного, видимого, ультрафиолетового излучения, в волновом спектре – из рентгеновского излучения и гамма-квантов с различными энергиями и в корпускулярном формате – из частиц различных типов: протонов, электронов, дейтронов, тритонов, альфа-частиц, различных ионов и других с различными энергиями, является на сегодняшний день одним из важных объектов для изучения [1, 3]. Проблемы структуры и состояния космических лучей исследуется со стороны многих научно-исследовательских центров, для этого разработаны и размещены на космических орбитах различные научно-исследовательские конструкции в виде спутников, космической станции или зонтов [2; 4—5].

В каждом из представленных конструкций используются в качестве источника энергии солнечные батареи на основе различных технологий. Известно, что солнечные элементы изготавливаются в различных технологиях, их разделяют по структуре на состоящие из кристаллического кремния, аморфного кремния и арсенида галлия. В основном в космических конструкциях используются кремниевые кристаллические солнечные элементы, так как их эффективность более высокая, чем у остальных вариантов. Солнечные элементы, изготовленные на основе арсенида галлия, имеют наиболее высокую КПД, но являются дорогостоящими [3—5; 8—9; 12].

На сегодняшний день, исследования, проведённые на орбите, дали не мало информации о воздействии космического излучения к используемым конструкциям. В этих работах осуществлены исследования по определению степени опасности космического излучения для человеческого организма. [5—8; 10—11]. Также имеются определённые исследования по возможному отражению космического излучения, создавая электромагнитные зеркала при помощи отдельного подбора соответствующей конструкции [12; 17]. Однако, солнечные панели присутствуют в космосе без дополнительных систем защиты и ограничителей, поскольку каждое ограждение или защита не только требует дополнительной энергии, также воздействует на эффективность солнечных панелей [13—15].

Для сравнения, по результатам проведённого исследования 2011—2013 года, доза излучения, набираемая человеком на протяжении его полёта в 180 дней на Марс, что экспериментально было определено посредством направления зонда, составило критические 500 мЗв, что сопоставимо с 500 днями проживания на Марсе. На космической станции, на протяжении работы в 6 месяцев, что также было установлено в ходе этого исследования, облучение составляет чуть больше 90 мЗв, что для сравнения в 4,5 раза больше, чем доза излучения, получаемая сотрудниками в радиационной промышленности, поскольку она составляет 20 мЗв [16; 19—22].

Не маловажным является изучение вопроса о степени отрицательного влияния, наносящаяся различным конструкциям, в том числе энергетическим установкам со стороны космического излучения. Отрицательно влияние на параметры солнечных панелей со стороны корпускулярного излучения в лице тяжёлых ядер – протонов, дейтронов, альфа-частиц и иных установлен теоретически и экспериментально. Поскольку вероятность начала с их стороны одного или нескольких каналов ядерной реакции весьма велики, что также доказывают эксперименты на ускорителях [5; 6—8]. Дополнительным подтверждением этому служат работы, посвящённые вопросам экранирования космических аппаратов [19; 22].

Остаётся на данный момент открытым вопрос степени воздействия на солнечные батареи и энергетические установки быстрых, а также заторможённых электронов, гамма-квантов различной энергии, в том числе фотонов с малыми энергиями на солнечные батареи [3]. Определение степени их влияния позволит изучить процентное соотношение различных типов излучения, где в преобладающем большинстве являются гамма-кванты различных энергий, далее идут протоны, затем электроны и завешают структуру в малой дозе, дейтроны, тритоны, нейтроны, альфа-частицы и прочие тяжёлые ионы [23—24]. Исходя из представленного, можно сделать заключение о том, что задача установления степени воздействия в отличие от корпускулярного тяжёлого излучения, электронов и гамма-квантов с различными энергиями является актуальным.

Методы и материалы исследования

В ходе исследования использован метод анализа литературы, анализа резонансных ядерных реакций, а также метод анализа взаимодействия гамма-квантов с мишенью. В качестве материалов исследования использованы общедоступные данные относительно масс использованных во взаимодействии частиц, энергий, результатов эмпирических исследований.

Исследование

Исследования основывается на анализе облучения мишени быстрыми электронами и гамма-квантами. Постановка задачи запускается с первоначального рассмотрения ситуация облучения потоком электронов с различными энергиями, в том числе приближёнными к резонансным, а позже множества гамма-квантов пластины из кристаллического кремния.

1. Облучение пучком электронов кристаллического кремния

Для исследования, необходимо представить форму выражения (картежа) ядерной реакции облучения (1).

Из выражения наглядно видно, что в реакции участвуют ядра кремний-28 с массой в 27,976926535055 а. е. м., магний-27 с атомной массой в 26,984340655 а. е. м., магний-28 в 27,983875432828 а. е. м., алюминий-27 – 26,98153841555 а. е. м., магний-26 – 25,98259297333 а. е. м., магний-25 – 24,98583697555 а. е. м., натрий-24 – 23,9909630121818 а. е. м. и алюминий-28 – 27,98191009888 а. е. м. Для продолжения анализа первоначально необходимо определение радиуса ядра-мишени (2), откуда возможно вычисление кулоновского барьера ядра (3) – минимальной энергии, необходимая для запуска ядерной реакции всех каналов от второго номера, по причине, что первый канал – канал рассеяния Резерфорда.

Исходя из определённых параметров стало возможно вычисление критической скорости пучка электронов (4), которая достаточно близка к скорости света и составляет 99,52272948% от скорости света