يتم تحديد عتبة ومضات الأشعة السينية الصادرة عن البرق بواسطة عمليات المحاكاة

توصل باحثون في الولايات المتحدة وفرنسا وجمهورية التشيك إلى رؤى جديدة حول كيفية إنتاج ومضات الأشعة السينية أثناء ضربات الصواعق. باستخدام المحاكاة الحاسوبية ، يقود فريق فيكتور باسكو في جامعة ولاية بنسلفانيا ، كيف يتم تشغيل الانهيارات الجليدية من الإلكترونات المسؤولة عن الومضات عند الحد الأدنى من المجالات الكهربائية التي تنتجها مقدمة البرق. قد يؤدي هذا الاكتشاف إلى تطوير تقنيات جديدة لإنتاج الأشعة السينية في المختبر.

تتضمن ومضات أشعة جاما الأرضية (TGFs) انبعاث فوتونات عالية الطاقة من مصادر داخل الغلاف الجوي للأرض. بينما يستخدم مصطلح أشعة جاما ، يتم إنشاء معظم الفوتونات من خلال تسارع الإلكترونات وبالتالي فهي أشعة سينية.

تنبعث هذه الأشعة السينية في نطاق طاقة ميغا إلكترون فولت ويرتبط تكوينها ارتباطًا وثيقًا بالبرق. على الرغم من أن TGFs نادرة وقصيرة بشكل لا يصدق ، إلا أنها تُلاحظ الآن بانتظام بواسطة الأجهزة التي تكتشف أشعة جاما من الفضاء.

التلسكوبات الفضائية

يوضح باسكو: "تم اكتشاف TGFs في عام 1994 بواسطة مرصد كومبتون لأشعة جاما التابع لناسا". "منذ ذلك الحين ، التقطت العديد من المراصد المدارية الأخرى هذه الأحداث عالية الطاقة ، بما في ذلك تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا."

بعد اكتشافهم الأولي ، تم ربط أصول TGFs بالإلكترونات التي تحررت من جزيئات الهواء بواسطة المجالات الكهربائية المكثفة لـ "قادة البرق". هذه هي قنوات الهواء المتأين التي تتكون بين قاعدة سحابة سالبة الشحنة والأرض ذات الشحنة الموجبة. كما يوحي الاسم ، فإن إنشاء قادة البرق يتبعه بعد فترة وجيزة تصريفات البرق.

بمجرد تحرير هذه الإلكترونات في قائد البرق ، يتم تسريعها بواسطة المجال الكهربائي وتصطدم بالجزيئات لتحرير المزيد من الإلكترونات. تستمر هذه العملية ، وتنتج بسرعة المزيد والمزيد من الإلكترونات فيما يصفه باسكو "الانهيار الإلكترونى".

الأشعة السينية المؤينة

عندما تصطدم الإلكترونات بالجزيئات ، تُشع بعض الطاقة المفقودة بواسطة الإلكترونات على شكل أشعة سينية. تنتقل هذه الأشعة السينية في جميع الاتجاهات - بما في ذلك العودة على طول مسار الانهيار الإلكترون. ونتيجة لذلك ، يمكن للأشعة السينية تأيين المزيد من الجزيئات المنبع من الانهيار الجليدي ، وتحرير المزيد من الإلكترونات وجعل TGFs أكثر إشراقًا.

بعد تصميم هذا النموذج الأولي في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، حاول الباحثون إعادة إنشاء السلوك في محاكاة الكمبيوتر. حتى الآن ، ومع ذلك ، لم تتمكن هذه المحاكاة من محاكاة أحجام TGFs التي لوحظت في ضربات البرق الحقيقية.

يعتقد باسكو وزملاؤه أن هذا النقص في النجاح مرتبط بالحجم الكبير نسبيًا لهذه المحاكاة ، والتي عادةً ما تمثل مناطق يبلغ عرضها عدة كيلومترات. ومع ذلك ، يشير هذا العمل الأخير إلى أن TGFs تتشكل عادةً في مناطق مضغوطة للغاية (تتراوح من 10 إلى 100 متر في الحجم) تحيط بأطراف قادة البرق. حتى الآن ، ظلت الأسباب المحيطة بهذا الاكتناز إلى حد كبير لغزا.

الحد الأدنى

افترض الباحثون في دراستهم أن TGFs تتشكل فقط عندما تتجاوز قوة المجال الكهربائي لزعيم البرق الحد الأدنى لقيمة العتبة. من خلال محاكاة مناطق مضغوطة أكثر في الفضاء ، تمكن باسكو وزملاؤه من تحديد هذه العتبة. علاوة على ذلك ، فإن TGFs التي تم إنتاجها بهذه الطريقة تتطابق مع الملاحظات الحقيقية بشكل أقرب بكثير من عمليات المحاكاة السابقة.

البرق يخلق النظائر المشعة

يأمل باسكو وزملاؤه أن عمليات المحاكاة المستقبلية يمكن أن تحاكي آلية الانهيار الإلكترون TGF عن كثب - مما قد يؤدي إلى تقنيات جديدة لإنتاج الأشعة السينية في المختبر. يوضح باسكو: "في وجود الأقطاب الكهربائية ، قد تتضمن آلية التضخيم نفسها وإنتاج الأشعة السينية توليد إلكترونات جامحة من مادة الكاثود".

في النهاية ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى رؤى أعمق حول كيفية إنتاج الأشعة السينية من خلال عمليات التفريغ الكهربائية التي يتم التحكم فيها في الغازات. يمكن أن يؤدي ذلك إلى مصادر أشعة سينية مدمجة وعالية الكفاءة. يختتم باسكو بقوله: "نتوقع الكثير من الأبحاث الجديدة والمثيرة للاهتمام لاستكشاف مواد مختلفة من الأقطاب الكهربائية ، بالإضافة إلى أنظمة ضغط الغاز والتركيبات التي من شأنها أن تؤدي إلى إنتاج أشعة سينية معززة من أحجام التفريغ الصغيرة."

يوصف العمل في خطابات البحوث الجيوفيزيائية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/