雷によるX線閃光の閾値をシミュレーションで特定

落雷時に X 線フラッシュがどのように生成されるかについての新しい洞察が、米国、フランス、およびチェコ共和国の研究者によって作成されました。 コンピューター シミュレーションを使用して、 ヴィクトル・パスコ ペンシルバニア州立大学の研究者らは、雷の前駆体によって生成される電界の最小しきい値で、フラッシュの原因となる電子のなだれがどのように引き起こされるかを示しました。 この発見は、実験室で X 線を生成するための新しい技術の開発につながる可能性があります。

地球ガンマ線閃光 (TGF) は、地球の大気中の源からの高エネルギー光子の放出を伴います。 ガンマ線という用語が使用されていますが、ほとんどの光子は電子の加速によって生成されるため、X 線です。

これらの X 線は、メガエレクトロンボルトのエネルギー範囲で放出され、その生成は雷と密接に関連しています。 TGF はまれで信じられないほど短時間ですが、宇宙からのガンマ線を検出する機器によって定期的に観測されています。

宇宙望遠鏡

「TGF は 1994 年に NASA のコンプトン ガンマ線天文台によって発見されました」と Pasko 氏は説明します。 「それ以来、NASA のフェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡など、他の多くの軌道観測所がこれらの高エネルギー イベントを捉えてきました。」

最初の発見に続いて、TGF の起源は、「稲妻のリーダー」の強力な電場によって空気分子から解放される電子に関連付けられました。 これらは、負に帯電した雲底と正に帯電した地面との間に形成されるイオン化された空気のチャネルです。 名前が示すように、ライトニング リーダーの作成の直後に、ライトニング放電が続きます。

これらの電子がライトニングリーダーで解放されると、電場によって加速され、分子と衝突してより多くの電子を解放します。 このプロセスは継続し、Pasko が「電子なだれ」と表現するように、ますます多くの電子を非常に急速に生成します。

電離X線

電子が分子と衝突すると、電子によって失われたエネルギーの一部が X 線の形で放射されます。 これらの X 線は、電子なだれの経路に沿って戻ることを含め、あらゆる方向に移動します。 その結果、X 線はなだれの上流でより多くの分子をイオン化し、より多くの電子を解放して TGF をさらに明るくすることができます。

この最初のモデルが 2000 年代初頭に考案された後、研究者はコンピューター シミュレーションで動作を再現しようとしました。 ただし、これまでのところ、これらのシミュレーションでは、実際の落雷で観測された TGF のサイズを厳密に模倣することはできませんでした。

パスコと同僚は、この成功の欠如は、これらのシミュレーションのサイズが比較的大きいことに関連していると考えています。これらのシミュレーションは、通常、数キロメートルの領域をモデル化しています。 ただし、この最新の研究は、TGF が通常、稲妻のリーダーの先端を囲む非常にコンパクトな領域 (サイズが 10 ～ 100 m の範囲) で形成されることを示唆しています。 これまで、このコンパクトさを取り巻く理由はほとんど謎のままでした。

最小しきい値

彼らの研究では、研究者は、稲妻リーダーの電場の強度が最小しきい値を超えたときにのみTGFが形成されると仮定しました。 空間のよりコンパクトな領域をシミュレートすることにより、Pasko と同僚はこのしきい値を特定することができました。 さらに、この方法で生成された TGF は、以前のシミュレーションよりも実際の観測とはるかによく一致しました。

雷は放射性同位体を作る

Pasko と同僚は、将来のシミュレーションが TGF の電子なだれメカニズムをはるかに厳密に模倣し、実験室で X 線を生成するための新しい技術につながる可能性があることを望んでいます。 「電極が存在する場合、同じ増幅メカニズムと X 線生成には、カソード材料からの暴走電子の生成が含まれる可能性があります」と Pasko は説明します。

最終的に、これは、ガス中の制御された放電によってどのように X 線が生成されるかについて、より深い洞察につながる可能性があります。 これは、コンパクトで高効率の X 線源につながる可能性があります。 Pasko 氏は、次のように結論付けています。

に作品が記載されています 地球物理学研究レターズ.

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• プラトアイストリーム。 Web3 データ インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 未来を鋳造する w エイドリエン・アシュリー。 こちらからアクセスしてください。
• PREIPO® を使用して PRE-IPO 企業の株式を売買します。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/