Tærskel for røntgenglimt fra lyn er identificeret ved simuleringer

Ny indsigt i, hvordan røntgenglimt produceres under lynnedslag, er blevet lavet af forskere i USA, Frankrig og Tjekkiet. Ved hjælp af computersimuleringer har et team ledet af Victor Pasko ved Penn State University viste, hvordan laviner af elektroner, der er ansvarlige for blinkene, udløses ved en minimumstærskel for de elektriske felter, der produceres af forstadiet til lynet. Denne opdagelse kan føre til udviklingen af ​​nye teknikker til fremstilling af røntgenstråler i laboratoriet.

Terrestriske gammastråleblink (TGF'er) involverer emission af højenergifotoner fra kilder i Jordens atmosfære. Mens udtrykket gammastråler bruges, er de fleste af fotonerne skabt af elektronernes acceleration og er derfor røntgenstråler.

Disse røntgenstråler udsendes i megaelektronvolt-energiområdet, og deres skabelse er tæt forbundet med lyn. Selvom TGF'er er sjældne og utrolig korte, observeres de nu regelmæssigt af instrumenter, der registrerer gammastråler fra rummet.

Rumteleskoper

"TGF'er blev opdaget i 1994 af NASAs Compton Gamma Ray Observatory," forklarer Pasko. "Siden da har mange andre orbitale observatorier fanget disse højenergibegivenheder, inklusive NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope."

Efter deres første opdagelse blev oprindelsen af ​​TGF'er forbundet med elektroner, der frigøres fra luftmolekyler af de intense elektriske felter fra "lynledere". Disse er kanaler af ioniseret luft, der dannes mellem en negativt ladet skybas og den positivt ladede jord. Som navnet antyder, bliver skabelsen af ​​lynledere kort efterfulgt af lynudladninger.

Når disse elektroner er frigivet i en lynleder, accelereres de af det elektriske felt og kolliderer med molekyler for at frigøre flere elektroner. Denne proces fortsætter og skaber meget hurtigt flere og flere elektroner i det, som Pasko beskriver en "elektronlavine".

Ioniserende røntgenstråler

Når elektronerne kolliderer med molekyler, udstråles noget af den energi, som elektronerne taber, i form af røntgenstråler. Disse røntgenstråler bevæger sig i alle retninger - også tilbage langs elektronlavinen. Som et resultat kan røntgenstrålerne ionisere flere molekyler opstrøms fra lavinen, frigive flere elektroner og gøre TGF'erne endnu lysere.

Efter at denne oprindelige model blev udtænkt i begyndelsen af ​​2000'erne, forsøgte forskere at genskabe adfærden i computersimuleringer. Indtil videre har disse simuleringer dog ikke formået at efterligne størrelserne af TGF'er, der er observeret ved rigtige lynnedslag.

Pasko og kolleger mener, at denne manglende succes er relateret til den relativt store størrelse af disse simuleringer, som normalt modellerer regioner, der er flere kilometer på tværs. Dette seneste arbejde tyder imidlertid på, at TGF'er typisk dannes i meget kompakte områder (spænder fra 10-100 m i størrelse) omkring spidserne af lynledere. Indtil nu har årsagerne omkring denne kompakthed stort set forblevet et mysterium.

Minimumsgrænse

I deres undersøgelse antog forskerne, at TGF'er kun dannes, når styrken af ​​lynlederens elektriske felt overstiger en minimumstærskelværdi. Ved at simulere mere kompakte områder af rummet var Pasko og kolleger i stand til at identificere denne tærskel. Hvad mere er, de TGF'er, der blev produceret på denne måde, matchede virkelige observationer langt tættere end tidligere simuleringer.

Lyn skaber radioaktive isotoper

Pasko og kolleger håber, at fremtidige simuleringer kan efterligne TGF-elektronlavinemekanismen langt tættere - hvilket potentielt kan føre til nye teknikker til at producere røntgenstråler i laboratoriet. "I nærvær af elektroder kan den samme forstærkningsmekanisme og røntgenproduktion involvere generering af løbske elektroner fra katodematerialet," forklarer Pasko.

I sidste ende kan dette føre til en dybere indsigt i, hvordan røntgenstråler kan produceres gennem kontrollerede elektriske udladninger i gasser. Dette kan føre til kompakte, højeffektive røntgenkilder. Pasko konkluderer, "vi forventer en masse ny og interessant forskning for at udforske forskellige elektrodematerialer, såvel som gastryksregimer og sammensætninger, der vil føre til forbedret røntgenproduktion fra små udladningsvolumener."

Arbejdet er beskrevet i Geofysiske forskningsbreve.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Udmøntning af fremtiden med Adryenn Ashley. Adgang her.
• Køb og sælg aktier i PRE-IPO-virksomheder med PREIPO®. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/