ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПОТОКОМ АЛЬФА-ЧАСТИЦ НА СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
UDK: 511.11
Алиев Ибратжон Хатамович1, Абдурахмонов Султонали Мукарамович2
1ElectronLaboratoryLLC, НИИ «ФРЯР», 151100, Республика Узбекистан, Ферганская обл., г. Маргилан
2Ферганский политехнический институт, 151100, Республика Узбекистан, Ферганская обл., г. Фергана
Аннотация. В работе осуществлён анализ бомбардировки пластины кристаллического кремния, используемого в качестве солнечных элементов для генерации электрической энергии посредством фотоэлектрического эффекта, пучком альфа-частиц космического излучения. Использованный пучок имеет низкий уровень монохромотичности, средний ток в 10 мкА и энергию близкую к резонансной, с крупной площадью бомбардировки. В ходе исследование констатировано действие облучения на действие солнечной батареи, изменение её эффективности, с вычислением выражений для последующей генерации электрической энергии.
Ключевые слова: модели анализа ядерной реакции, картеж ядерной реакции, солнечная панель, кристаллический кремний.
Введение. Современные технологии солнечных панелей получили широкое применение в различных областях современной промышленности, среди которых выделяется космическая индустрия, горно-исследовательская, авиационная и прочие. Каждый из указанных отраслей осуществляет свою деятельность на больших высотах, в высоких слоях атмосферы и за её пределами, благодаря чему наблюдается в указанных областях высокий уровень радиационной активности. Рассматривая каждый из областей уместно отметить, что в космическом пространстве источником излучения служат звёзды и их разновидности, квазары, блазары, пульсары, каждый из который является источником излучения в диапазоне от радиоволн, инфракрасного и видимого спектра до ультрафиолетового, рентгеновского излучения наряду с гамма-квантами.
В состав космического излучения наряду с указанными типами потоков относятся ионизирующие составляющие в лице тяжёлых быстрых частиц, в том числе электронов, позитронов, гамма-квантов с высокими энергиями, образующиеся в результате аннигиляции, протоны, дейтроны, тритоны и альфа-частицы [1—2; 4]. Каждый из указанных частиц бомбардируют пластины, находящиеся в безвоздушном космическом пространстве, но вместе с этим, отдельную опасность они представляют даже после контакта с атмосферой, поскольку благодаря наличию магнитного поля у планеты, они накапливаются, поддержанные электромагнитными векторами планеты, направляясь к полюсам, в зависимости от заряда, откуда в магнитной воронке действуют отдельный эффект, выводящий пучки частиц и космического излучения вновь в космическое пространство [3].
Описываемый эффект создаёт ионосферу и радиоактивную оболочку вокруг планеты, по мере приближения, к которому степень величины подверженности к описываемому явлению увеличивается. Аналогичные результаты наблюдаются для работ у полюсов планеты, где настоящий фактор становиться ещё более активным во время наличия полярного сияния — прихода потока солнечного и космического излучения с сильной ионизацией атмосферы, с образованием результирующего излучения. Исходя из всего представленного, можно сделать заключение о том, что рассматриваемый в том числе в масштабе бомбардировки альфа-частицами одной из самых часто применяемых разновидностей солнечных элементов является и делает настоящее исследование актуальным.
Исследование. Исследование осуществляется с учётом рассмотрения ситуации взаимодействия с атомами кристаллического кремния альфа-частиц, имеющиеся в составе космического излучения, как это показывает экспериментальное наблюдение [1]. В ходе исследования, использована модель анализа резонансных ядерных реакций Алиева [5—6]. Благодаря этому уместно указание направления излучения со степенью монохромотичности в 1 кэВ для малых энергий, током порядка 10 мкА, направляемые на всю площадь солнечной пластины. После направления описанного пучка альфа-частиц наступает стадия упругого взаимодействия, а после неупругого взаимодействия. В целом такое явление может быть описано картежом (1).
Согласно представленной модели, можно наглядно рассмотреть все возможности осуществляемого взаимодействия [5—9; 11]. Первая строка картежа представляет собой случай упругого взаимодействия, когда взаимодействия как такового не происходит и следующей возможной линией картежа является реакция с вылетом протона и образованием фосфора-31, затем электрона с хлором-32, затем позитрона с фосфором-32, после нейтрона с серой-31, затем дейтрона с фосфором-30, тритона с фосфором-29 и образованием единого ядра серы-32 посредством объединения.
В данном случае принимали бы участия ядра кремния-28 с массой 27,9769265350555 а. е. м., фосфора-31 с 30,9737619986777 а. е. м., хлора-32 с 31,9856846666 а. е. м., фосфора-32 с 31,97390764444 а. е. м., серы-31 с 30,979557012525 а. е. м., фосфора-30 с 29,97831349777 а. е. м., фосфора-29 с 28,981800444 а. е. м., серы-32 с 31,97207117441414 а. е. м. [9—11; 13—14]
1. Рассеяние Резерфорда
Начало анализа рассеяния Резерфорда осуществляется посредством определения радиуса ядра-мишени (2), с образующимся входящим кулоновским барьером (3).
Исходя из определённых значений выходящего кулоновского барьера вычисляется значение для критической скорости (4), необходимая для преодоления налетающей альфа-частей для перехода в стадию неупругого рассеяния [12; 15—17], все частицы в пучке с энергией меньшей этой являются подверженными анализу посредством модели рассеяния Резерфорда — упругого рассеяния.
Модель Резерфорда предполагает действия на определённое процентное соотношение частиц в пучке. А также соответствующим образом представляется в качестве дифференциального сечения рассеяния (5) [16—17; 19] с учётом в 0,9 стерадиан эффективность детектирующего рассеяние датчика в камере бомбардировки при экспериментальном моделировании и с дальнейшим переходом в полный масштаб [18].
Перед преобразование полученного значения в процентное соотношение частиц по рассеянию Резерфорда, необходимо констатировать факт степени приближения альфа-частицы к ядру. Для этого вычисляется расстояние приближения (7), коего предварительно вычисляется константа приближения (6) в системе СГС.
Результат наглядным образом демонстрирует достаточно большую по сравнению с радиусом действия ядерных сил 10—15 м величину, благодаря чему наглядно демонстрируется момент действия рассеяния Резерфорда. Возвращаясь к задаче о переводе значения дифференциального сечения рассеяния в процентное соотношение, для этого определяется материал мишени — кристаллический кремний с известной плотностью, массой ядра, а следовательно, и плотностью ядер (8), толщиной (9) и процентным соотношением (10).
В результате, было определено, что из всего направленного пучка 0,345% будут подвержены упругому рассеянию. После констатации этого факта необходим переход к рассмотрению вариаций неупругого взаимодействия — прямого проведения каналов ядерной реакции.
1. Ядерная реакция
Каждый из каналов ядерной реакции имеет собственный выход и порог, обусловленные в первом случае разностью масс образовывающихся частиц, во втором — критической энергией, достигаемая в данном случае и необходимая для достижения. Так, выход первого канала вычислен в (11), второго в (13), третьего в (15), четвёртого в (17), пятого в (19), шестого в (21), седьмого в (22), порог первого канала вычислен в (12), второго в (14), третьего в (16), четвёртого в (18), пятого в (20), шестого в (22) и седьмого в (24).
Таким образом, на основе вычисленных значений выхода и порога ядерной реакции получается выражение промежуточного картежа (25).
В действительности, кроме рассеяния Резерфорда произойдёт только третий и седьмой канал в масштабе неупругих каналов. Однако, образовывающиеся ядра в данном случае, непосредственно фосфор-32, радиоактивен (26) и подвержен раёспаду
