Välgust põhjustatud röntgenikiirguse lävi tehakse kindlaks simulatsioonide abil

USA, Prantsusmaa ja Tšehhi teadlased on teinud uusi teadmisi selle kohta, kuidas pikselöögi ajal tekib röntgenikiirgus. Arvutisimulatsioone kasutades meeskond eesotsas Viktor Pasko Penn State'i ülikoolis näitas, kuidas välkude eest vastutavate elektronide laviinid vallanduvad välgu eelkäija tekitatud elektriväljade minimaalse läve juures. See avastus võib viia uute meetodite väljatöötamiseni röntgenikiirte tootmiseks laboris.

Maapealsed gammakiirguse välgud (TGF-id) hõlmavad suure energiaga footonite emissiooni Maa atmosfääri allikatest. Kuigi kasutatakse terminit gammakiirgus, tekib enamik footonitest elektronide kiirendusel ja on seetõttu röntgenikiirgus.

Neid röntgenikiirgusid kiirgatakse megaelektronvoltide energiavahemikus ja nende teke on tihedalt seotud välguga. Kuigi TGF-id on haruldased ja uskumatult lühikesed, jälgivad neid nüüd regulaarselt kosmosest pärit gammakiirgust tuvastavad seadmed.

Kosmoseteleskoobid

"TGF-id avastas 1994. aastal NASA Compton Gamma Ray Observatory," selgitab Pasko. "Sellest ajast alates on paljud teised orbitaalobservatooriumid neid suure energiaga sündmusi jäädvustanud, sealhulgas NASA Fermi gammakiirguse kosmoseteleskoop."

Pärast nende esialgset avastamist seostati TGF-ide päritolu elektronidega, mis vabanevad õhumolekulidest "välgujuhtide" intensiivsete elektriväljade toimel. Need on ioniseeritud õhu kanalid, mis moodustuvad negatiivselt laetud pilvemaasi ja positiivselt laetud maapinna vahele. Nagu nimigi ütleb, järgneb välgujuhtide loomisele peagi pikselahendus.

Kui need elektronid on välgujuhis vabanenud, kiirendab neid elektriväli ja nad põrkuvad molekulidega, et vabastada rohkem elektrone. See protsess jätkub, luues väga kiiresti üha rohkem elektrone, mida Pasko kirjeldab "elektronlaviiniks".

Ioniseerivad röntgenikiirgused

Kui elektronid põrkuvad molekulidega, kiirgatakse osa elektronide kaotatud energiast röntgenkiirte kujul. Need röntgenikiired liiguvad kõigis suundades – ka tagasi mööda elektronlaviini teed. Selle tulemusena võivad röntgenikiired ioniseerida rohkem molekule laviinist ülesvoolu, vabastades rohkem elektrone ja muutes TGF-id veelgi heledamaks.

Pärast selle esialgse mudeli väljatöötamist 2000. aastate alguses püüdsid teadlased seda käitumist arvutisimulatsioonides uuesti luua. Seni ei ole need simulatsioonid siiski suutnud tõelistes välgulöökides täheldatud TGF-ide suurust täpselt jäljendada.

Pasko ja tema kolleegid usuvad, et see edu puudumine on seotud nende simulatsioonide suhteliselt suure suurusega, mis tavaliselt modelleerivad mitu kilomeetrit läbivaid piirkondi. Kuid see viimane töö viitab sellele, et TGF-id moodustuvad tavaliselt väga kompaktsetes piirkondades (suurusega 10–100 m), mis ümbritsevad välgujuhtide otsi. Seni on selle kompaktsuse põhjused jäänud suures osas saladuseks.

Minimaalne lävi

Oma uuringus eeldasid teadlased, et TGF-id tekivad ainult siis, kui välgujuhi elektrivälja tugevus ületab minimaalse läviväärtuse. Simuleerides kompaktsemaid ruumipiirkondi, suutsid Pasko ja kolleegid selle läve kindlaks teha. Veelgi enam, sel viisil toodetud TGF-id vastasid tegelikele vaatlustele palju paremini kui varasemad simulatsioonid.

Välk tekitab radioaktiivseid isotoope

Pasko ja tema kolleegid loodavad, et tulevased simulatsioonid võivad TGF-i elektronlaviini mehhanismi palju täpsemalt jäljendada, mis võib viia uute meetoditeni röntgenikiirte tootmiseks laboris. "Elektroodide juuresolekul võib sama võimendusmehhanism ja röntgenikiirgus hõlmata katoodimaterjalist põgenevate elektronide teket, " selgitab Pasko.

Lõppkokkuvõttes võib see anda sügavama ülevaate sellest, kuidas röntgenikiirgust saab tekitada gaaside kontrollitud elektrilahenduste kaudu. See võib viia kompaktsete ja väga tõhusate röntgenikiirgusallikateni. Pasko järeldab: "Ootame palju uusi ja huvitavaid uuringuid, et uurida erinevaid elektroodide materjale, samuti gaasi rõhurežiime ja koostisi, mis tooks kaasa röntgenikiirguse suurendamise väikeste tühjendusmahtude korral."

Töö on kirjeldatud aastal Geophysical Research Letters.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/