बिजली से एक्स-रे चमकने की दहलीज को सिमुलेशन द्वारा पहचाना जाता है

अमेरिका, फ्रांस और चेक गणराज्य के शोधकर्ताओं द्वारा बिजली गिरने के दौरान एक्स-रे फ्लैश कैसे उत्पन्न होते हैं, इस पर नई अंतर्दृष्टि प्राप्त हुई है। कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, एक टीम का नेतृत्व किया विक्टर पास्को पेन स्टेट यूनिवर्सिटी में दिखाया गया है कि कैसे चमक के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉनों के हिमस्खलन को न्यूनतम सीमा पर ट्रिगर किया जाता है, जो कि बिजली के पूर्ववर्ती द्वारा उत्पादित बिजली के क्षेत्र में होता है। इस खोज से प्रयोगशाला में एक्स-रे बनाने की नई तकनीकों का विकास हो सकता है।

स्थलीय गामा-किरण चमक (TGFs) में पृथ्वी के वायुमंडल के स्रोतों से उच्च-ऊर्जा फोटॉनों का उत्सर्जन शामिल है। जबकि गामा-रे शब्द का प्रयोग किया जाता है, अधिकांश फोटोन इलेक्ट्रॉनों के त्वरण द्वारा बनाए जाते हैं और इसलिए एक्स-रे होते हैं।

ये एक्स-रे मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट एनर्जी रेंज में उत्सर्जित होती हैं और उनका निर्माण बिजली के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है। हालांकि टीजीएफ दुर्लभ और अविश्वसनीय रूप से संक्षिप्त हैं, अब वे नियमित रूप से उन उपकरणों द्वारा देखे जाते हैं जो अंतरिक्ष से गामा किरणों का पता लगाते हैं।

अंतरिक्ष दूरबीन

"टीजीएफ की खोज 1994 में नासा के कॉम्पटन गामा रे ऑब्जर्वेटरी द्वारा की गई थी," पास्को बताते हैं। "तब से, कई अन्य कक्षीय वेधशालाओं ने नासा के फर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप सहित इन उच्च ऊर्जा घटनाओं पर कब्जा कर लिया है।"

उनकी प्रारंभिक खोज के बाद, टीजीएफ की उत्पत्ति उन इलेक्ट्रॉनों से जुड़ी हुई थी जो "लाइटिंग लीडर्स" के तीव्र विद्युत क्षेत्रों द्वारा हवा के अणुओं से मुक्त होते हैं। ये आयनित हवा के चैनल हैं जो नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए क्लाउड बेस और पॉजिटिवली चार्ज ग्राउंड के बीच बनते हैं। जैसा कि नाम से पता चलता है, लाइटनिंग लीडर्स के निर्माण के तुरंत बाद लाइटनिंग डिस्चार्ज होता है।

एक बार इन इलेक्ट्रॉनों को बिजली के नेता में मुक्त कर दिया जाता है, वे विद्युत क्षेत्र से त्वरित होते हैं और अधिक इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए अणुओं से टकराते हैं। यह प्रक्रिया जारी है, बहुत तेजी से अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करते हुए पास्को एक "इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन" का वर्णन करता है।

आयोनाइजिंग एक्स-रे

जैसे ही इलेक्ट्रॉन अणुओं से टकराते हैं, इलेक्ट्रॉनों द्वारा खोई गई कुछ ऊर्जा एक्स-रे के रूप में विकीर्ण हो जाती है। ये एक्स-रे सभी दिशाओं में यात्रा करती हैं - जिसमें इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन का मार्ग भी शामिल है। नतीजतन, एक्स-रे हिमस्खलन से ऊपर की ओर अधिक अणुओं को आयनित कर सकते हैं, अधिक इलेक्ट्रॉनों को मुक्त कर सकते हैं और टीजीएफ को और भी उज्जवल बना सकते हैं।

2000 के दशक की शुरुआत में इस शुरुआती मॉडल की कल्पना के बाद, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर सिमुलेशन में व्यवहार को फिर से बनाने का प्रयास किया। अभी तक, हालांकि, ये सिमुलेशन वास्तविक बिजली के हमलों में देखे गए टीजीएफ के आकार की बारीकी से नकल करने में कामयाब नहीं हुए हैं।

पास्को और उनके सहयोगियों का मानना ​​है कि सफलता की यह कमी इन सिमुलेशन के अपेक्षाकृत बड़े आकार से संबंधित है, जो आमतौर पर ऐसे क्षेत्रों को मॉडल करते हैं जो कई किलोमीटर के दायरे में हैं। हालांकि, इस नवीनतम कार्य से पता चलता है कि टीजीएफ आमतौर पर बिजली के नेताओं की युक्तियों के आस-पास अत्यधिक कॉम्पैक्ट क्षेत्रों (आकार में 10-100 मीटर से लेकर) में बनते हैं। अब तक, इस कॉम्पैक्टनेस के आसपास के कारण काफी हद तक एक रहस्य बने हुए हैं।

न्यूनतम दहलीज

अपने अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने माना कि टीजीएफ केवल तभी बनता है जब बिजली के नेता के विद्युत क्षेत्र की ताकत न्यूनतम सीमा मूल्य से अधिक हो जाती है। अंतरिक्ष के अधिक कॉम्पैक्ट क्षेत्रों का अनुकरण करके, पास्को और सहयोगी इस दहलीज की पहचान करने में सक्षम थे। क्या अधिक है, इस तरह से उत्पादित टीजीएफ पिछले सिमुलेशन की तुलना में कहीं अधिक बारीकी से वास्तविक टिप्पणियों से मेल खाते हैं।

बिजली रेडियोधर्मी समस्थानिक बनाती है

पास्को और सहकर्मियों को उम्मीद है कि भविष्य के सिमुलेशन टीजीएफ इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन तंत्र की अधिक बारीकी से नकल कर सकते हैं - संभावित रूप से प्रयोगशाला में एक्स-रे के उत्पादन के लिए नई तकनीकों का नेतृत्व कर सकते हैं। पास्को बताते हैं, "इलेक्ट्रोड की उपस्थिति में, समान प्रवर्धन तंत्र और एक्स-रे उत्पादन में कैथोड सामग्री से भागने वाले इलेक्ट्रॉनों की पीढ़ी शामिल हो सकती है।"

आखिरकार, इससे गैसों में नियंत्रित विद्युत निर्वहन के माध्यम से एक्स-रे का उत्पादन कैसे किया जा सकता है, इस बारे में गहरी अंतर्दृष्टि हो सकती है। इससे कॉम्पैक्ट, अत्यधिक कुशल एक्स-रे स्रोत हो सकते हैं। पास्को ने निष्कर्ष निकाला, "हम विभिन्न इलेक्ट्रोड सामग्रियों के साथ-साथ गैस दबाव व्यवस्थाओं और रचनाओं का पता लगाने के लिए बहुत से नए और रोचक शोध की उम्मीद करते हैं जो छोटे निर्वहन संस्करणों से एक्स-रे उत्पादन को बढ़ाएंगे।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/