Kosmische Strahlung

Die kosmische Strahlung besteht aus einer elektromagnetischen Hintergrundstrahlung (1,6 mm) und einer Korpuskularstrahlung, die von V. F. Heß [HES13] bereits 1912 nachgewiesen werden konnte. Sie besteht aus energiereichen Nukleonen (Protonen, Neutronen), Neutrinos, Photonen, Röntgen- und g-Strahlung, a-Teilchen, aber auch schweren Atomkernen (Bor bis Blei). Neben einer vor ca. 20 Jahren entdeckten sogenannten anomalen Strahlung, wird die Teilchenstrahlung nach ihrer Herkunft formell in zwei Komponenten unterteilt, in die solare und die galaktische kosmische Strahlung. Diese unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und Energieverteilung, welche exemplarisch für Protonen in einem Sonnenabstand von 1 A.E. (Astronomische Einheit) in folgender Abbildung aufgezeigt ist.

Solare kosmische Strahlung (SCR)

Der Ursprung der solaren kosmischen Strahlung (SCR = solar cosmic rays) ist die Sonne. Sie wird dort in Sonneneruptionen, sog. „solar flares", emittiert. Die Eruptionshäufigkeit variiert in kurzen (11-Jahres-Zyklus) und langen Zyklen (z.B. Schwabe-Zyklus). Diese räumlich begrenzten Ereignisse in der Photo- und Chromosphäre der Sonne nehmen Zeiträume von einigen Stunden bis Tagen ein [LÜP93]. Die SCR setzt sich im Mittel vor allem aus etwa 98 % Protonen und 2 % a-Teilchen zusammen [GOS88], aber auch Neutronen und schwere Kerne konnten in den letzten Jahren nachgewiesen werden. Sich ändernde Magnetfelder beschleunigen die freigesetzten geladenen Teilchen auf Energien von bis zu einigen 100 MeV/Nukleon. Die in voriger Abbildung dargestellte Energieverteilung wurde aus Analyseergebnissen von Mondproben berechnet [BOD93,RAO94]. Teilchen, welche Energien von nur 0,3-3 keV/Nukleon („Solarer Wind") erreichen, können als Implantate in Regolithmaterial von Meteoriten oder Mond nachgewiesen werden. Produkte von Kernreaktionen, die durch SCR induziert werden, waren dahingegen zwar schon lange in Meteoriten berechnet worden [z.B. LAL67,MIC82], konnten aber erst vor einigen Jahren im L-Chondriten Salem experimentell bestätigt werden [EVA87,NIS90]. Die Ursache besteht darin, dass die Eindringtiefe der SCR vorwiegend aufgrund von Ionisierungseffekten nur wenige cm (< 15 g/cm²) beträgt und dieser Bereich meist durch Ablation in der Erdatmosphäre verloren geht.

Galaktische kosmische Strahlung (GCR)

Die Herkunft der galaktischen kosmischen Strahlung, einer im Gegensatz zur SCR isotropen Teilchenstrahlung, liegt außerhalb unseres Sonnensystems. Ihr genauer Ursprung ist allerdings nicht ganz geklärt. So werden Ejektionen von Supernova-Material bzw. interstellarer Materie, die durch Schockwellen, welche ihrerseits hervorgerufen durch Supernovae beschleunigt wurden, als mögliche Quellen diskutiert. Die GCR besteht hauptsächlich aus ca. 87 % Protonen, 12 % a-Teilchen und weniger als 1 % schweren Kernen [SIM83]. Durch Wechselwirkung mit wandernden Magnetfeldern in der Galaxis ist eine stufenweise Beschleunigung bis auf Energien von 10²⁰eV möglich. Die ortsabhängigen Spektren sind demnach auch der Modulation der Sonne und somit den oben erwähnten Sonnenzyklen ausgesetzt. Für die in dieser Arbeit untersuchten langlebigen Radionuklide kann der Modulationsparameter allerdings als konstant (620 MeV, siehe Abbildung, [LEY97]) angesehen werden. Eine ausführliche Beschreibung zur Bestimmung dieser Parameter findet sich z.B. in [LEY97,MIC91].

Last modified 01.06.2000

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