Ambang batas untuk kilatan sinar-X dari petir diidentifikasi dengan simulasi

Wawasan baru tentang bagaimana kilatan sinar-X dihasilkan selama sambaran petir telah dibuat oleh para peneliti di AS, Prancis, dan Republik Ceko. Menggunakan simulasi komputer, sebuah tim dipimpin oleh Victor Pasko di Penn State University menunjukkan bagaimana longsoran elektron yang bertanggung jawab atas kilatan dipicu pada ambang minimum medan listrik yang dihasilkan oleh pendahulu petir. Penemuan ini dapat mengarah pada pengembangan teknik baru untuk menghasilkan sinar-X di laboratorium.

Kilatan sinar gamma terestrial (TGFs) melibatkan emisi foton berenergi tinggi dari sumber di dalam atmosfer bumi. Sementara istilah sinar gamma digunakan, sebagian besar foton diciptakan oleh percepatan elektron dan oleh karena itu merupakan sinar-X.

Sinar-X ini dipancarkan dalam rentang energi megaelektronvolt dan penciptaannya terkait erat dengan petir. Meskipun TGF langka dan sangat singkat, mereka sekarang diamati secara teratur oleh instrumen yang mendeteksi sinar gamma dari luar angkasa.

Teleskop luar angkasa

“TGF ditemukan pada tahun 1994 oleh Observatorium Sinar Gamma Compton NASA,” jelas Pasko. “Sejak saat itu, banyak observatorium orbit lainnya telah menangkap peristiwa energi tinggi ini, termasuk Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-ray NASA.”

Mengikuti penemuan awal mereka, asal-usul TGF terkait dengan elektron yang dibebaskan dari molekul udara oleh medan listrik yang kuat dari "pemimpin petir". Ini adalah saluran udara terionisasi yang terbentuk antara dasar awan bermuatan negatif dan tanah bermuatan positif. Seperti namanya, penciptaan pemimpin petir segera diikuti oleh pelepasan petir.

Setelah elektron-elektron ini dibebaskan dalam pemimpin petir, mereka dipercepat oleh medan listrik dan bertabrakan dengan molekul untuk membebaskan lebih banyak elektron. Proses ini berlanjut, dengan sangat cepat menciptakan lebih banyak elektron dalam apa yang digambarkan Pasko sebagai "longsoran elektron".

Sinar-X ionisasi

Saat elektron bertabrakan dengan molekul, sebagian energi yang hilang oleh elektron dipancarkan dalam bentuk sinar-X. Sinar-X ini bergerak ke segala arah – termasuk kembali di sepanjang jalur longsoran elektron. Akibatnya, sinar-X dapat mengionisasi lebih banyak molekul di hulu dari longsoran salju, membebaskan lebih banyak elektron dan membuat TGF menjadi lebih terang.

Setelah model awal ini disusun pada awal tahun 2000-an, para peneliti berusaha menciptakan kembali perilaku tersebut dalam simulasi komputer. Namun, sejauh ini, simulasi ini belum berhasil meniru ukuran TGF yang diamati dalam sambaran petir nyata.

Pasko dan rekannya percaya bahwa kurangnya keberhasilan ini terkait dengan ukuran yang relatif besar dari simulasi ini, yang biasanya memodelkan wilayah dengan lebar beberapa kilometer. Namun, karya terbaru ini menunjukkan bahwa TGF biasanya terbentuk di daerah yang sangat padat (berukuran mulai dari 10–100 m) di sekitar ujung pemimpin petir. Hingga saat ini, alasan seputar kekompakan ini sebagian besar masih menjadi misteri.

Ambang batas minimum

Dalam studi mereka, para peneliti berasumsi bahwa TGF hanya terbentuk ketika kekuatan medan listrik pemimpin petir melebihi nilai ambang minimum. Dengan mensimulasikan wilayah ruang yang lebih padat, Pasko dan rekannya mampu mengidentifikasi ambang ini. Terlebih lagi, TGF yang dihasilkan dengan cara ini cocok dengan pengamatan nyata jauh lebih dekat daripada simulasi sebelumnya.

Petir menciptakan isotop radioaktif

Pasko dan rekan berharap bahwa simulasi masa depan bisa meniru mekanisme longsoran elektron TGF jauh lebih dekat – berpotensi mengarah ke teknik baru untuk menghasilkan sinar-X di laboratorium. “Dengan adanya elektroda, mekanisme amplifikasi dan produksi sinar-X yang sama mungkin melibatkan pembentukan elektron lepas dari bahan katoda,” jelas Pasko.

Pada akhirnya, ini dapat mengarah pada wawasan yang lebih dalam tentang bagaimana sinar-X dapat diproduksi melalui pelepasan listrik yang terkontrol dalam gas. Hal ini dapat menghasilkan sumber sinar-X yang ringkas dan sangat efisien. Pasko menyimpulkan, "kami mengantisipasi banyak penelitian baru dan menarik untuk mengeksplorasi bahan elektroda yang berbeda, serta aturan dan komposisi tekanan gas yang akan mengarah pada peningkatan produksi sinar-X dari volume pelepasan kecil."

Pekerjaan dijelaskan dalam Geophysical Research Letters.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/