סף הבזקי רנטגן מברק מזוהה על ידי סימולציות

תובנות חדשות לגבי האופן שבו הבזקי רנטגן מיוצרים במהלך פגיעות ברק נעשו על ידי חוקרים בארה"ב, צרפת וצ'כיה. באמצעות הדמיות מחשב, צוות בראשות ויקטור פאסקו באוניברסיטת פן סטייט הראו כיצד מפולת שלגים של אלקטרונים האחראים להבזקים מופעלות בסף מינימלי של השדות החשמליים המיוצרים על ידי המבשר לברק. גילוי זה עשוי להוביל לפיתוח טכניקות חדשות להפקת קרני רנטגן במעבדה.

הבזקי קרני גמא ארציים (TGF) כוללים פליטת פוטונים עתירי אנרגיה ממקורות בתוך האטמוספירה של כדור הארץ. בעוד שמשתמשים במונח קרני גמא, רוב הפוטונים נוצרים על ידי האצה של אלקטרונים ולכן הם קרני רנטגן.

קרני רנטגן אלו נפלטות בתחום האנרגיה של מגה-אלקטרון וולט ויצירתן קשורה קשר הדוק לברק. למרות ש-TGF הם נדירים וקצרים להפליא, הם נצפים כעת באופן קבוע על ידי מכשירים שמזהים קרני גמא מהחלל.

טלסקופי חלל

"TGFs התגלו בשנת 1994 על ידי מצפה הכוכבים Compton Gamma Ray של נאס"א", מסביר פאסקו. "מאז, מצפה כוכבים מסלולי רבים אחרים לכדו את אירועי האנרגיה הגבוהה הללו, כולל טלסקופ החלל פרמי גמא של נאס"א".

בעקבות הגילוי הראשוני שלהם, מקורם של TGFs היה מקושר לאלקטרונים המשוחררים ממולקולות אוויר על ידי שדות חשמליים עזים של "מנהיגי ברק". אלו הם תעלות אוויר מיונן שנוצרות בין בסיס ענן בעל מטען שלילי לבין הקרקע הטעונה חיובית. כפי שהשם מרמז, יצירתם של מובילי ברק גוררת אחרי זמן קצר פריקות ברק.

ברגע שהאלקטרונים האלה משתחררים במוביל ברק, הם מואצים על ידי השדה החשמלי ומתנגשים במולקולות כדי לשחרר יותר אלקטרונים. תהליך זה נמשך, ויוצר במהירות רבה יותר ויותר אלקטרונים במה שפאסקו מתאר "מפולת אלקטרונים".

קרני רנטגן מייננות

כאשר האלקטרונים מתנגשים במולקולות, חלק מהאנרגיה שאבדה האלקטרונים מוקרנת בצורה של קרני רנטגן. קרני רנטגן אלו נעות לכל הכיוונים - כולל חזרה לאורך הנתיב של מפולת האלקטרונים. כתוצאה מכך, קרני הרנטגן יכולות ליינן יותר מולקולות במעלה הזרם מהמפולת, לשחרר יותר אלקטרונים ולהפוך את ה-TGF לבהירים עוד יותר.

לאחר שהמודל הראשוני הזה נוצר בתחילת שנות ה-2000, ניסו החוקרים לשחזר את ההתנהגות בסימולציות ממוחשבות. אולם עד כה, הדמיות אלו לא הצליחו לחקות מקרוב את הגדלים של TGF שנצפו במכות ברק אמיתיות.

פאסקו ועמיתיו מאמינים שחוסר ההצלחה הזה קשור לגודל הגדול יחסית של הדמיות אלה, שבדרך כלל מדגימות אזורים שרוחבים מספר קילומטרים. עם זאת, עבודה אחרונה זו מציעה כי TGFs נוצרים בדרך כלל באזורים קומפקטיים ביותר (בגודל של 10-100 מ') המקיפים את קצותיהם של מובילי ברק. עד עכשיו, הסיבות סביב הקומפקטיות הזו נותרו ברובם בגדר תעלומה.

סף מינימום

במחקרם הניחו החוקרים ש-TGF נוצרים רק כאשר עוצמת השדה החשמלי של מוביל הברק עולה על ערך סף מינימלי. על ידי הדמיית אזורים קומפקטיים יותר של החלל, פאסקו ועמיתיו הצליחו לזהות את הסף הזה. מה שכן, ה-TGFs שהופקו בדרך זו תאמו תצפיות אמיתיות הרבה יותר מהדמיות קודמות.

ברק יוצר איזוטופים רדיואקטיביים

Pasko ועמיתיו מקווים שסימולציות עתידיות יכולות לחקות את מנגנון מפולת האלקטרונים של TGF בצורה הרבה יותר קרובה - שעלולה להוביל לטכניקות חדשות להפקת קרני רנטגן במעבדה. "בנוכחות אלקטרודות, אותו מנגנון הגברה וייצור קרני רנטגן עשויים לכלול יצירת אלקטרונים נמלטים מחומר הקתודה", מסביר פאסקו.

בסופו של דבר, זה יכול להוביל לתובנות מעמיקות יותר כיצד ניתן להפיק קרני רנטגן באמצעות פריקות חשמליות מבוקרות בגזים. זה יכול להוביל למקורות רנטגן קומפקטיים ויעילים ביותר. פסקו מסכם, "אנו צופים הרבה מחקר חדש ומעניין לחקור חומרי אלקטרודה שונים, כמו גם משטרי לחץ גז והרכבים שיובילו לייצור משופר של קרני רנטגן מנפחי פריקה קטנים".

העבודה מתוארת ב מחקר מכתבים הגיאופיסי.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/