번개로 인한 X선 섬광의 임계값은 시뮬레이션으로 식별됩니다.

번개로 인한 X선 섬광의 임계값은 시뮬레이션으로 식별됩니다.

타임 스탬프 : 9 년 2023 월 9 일 오전 26시 XNUMX 분

번개 연구원
번개 연구원: Reza Janalizadeh(왼쪽)와 Victor Pasko는 번개에 의해 X선이 생성되는 방식에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. (제공: Jeff Xu/Penn State)

미국, 프랑스, ​​체코의 연구원들은 번개가 치는 동안 X선 섬광이 어떻게 생성되는지에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 빅터 파스코 Penn State University의 연구진은 번개의 전조에 의해 생성된 전기장의 최소 임계값에서 섬광을 담당하는 전자의 눈사태가 어떻게 유발되는지 보여주었습니다. 이 발견은 실험실에서 X선을 생성하는 새로운 기술 개발로 이어질 수 있습니다.

지상파 감마선 섬광(TGF)은 지구 대기 내의 소스에서 고에너지 광자를 방출하는 것과 관련이 있습니다. 감마선이라는 용어가 사용되지만 대부분의 광자는 전자의 가속에 의해 생성되므로 X선입니다.

이 X선은 메가전자볼트 에너지 범위에서 방출되며 생성은 번개와 밀접한 관련이 있습니다. TGF는 드물고 믿을 수 없을 정도로 짧지만 이제는 우주에서 감마선을 감지하는 장비로 정기적으로 관찰됩니다.

우주 망원경

"TGF는 1994년 NASA의 Compton 감마선 관측소에서 발견되었습니다."라고 Pasko는 설명합니다. "그 이후로 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경을 포함하여 다른 많은 궤도 관측소에서 이러한 고에너지 이벤트를 포착했습니다."

초기 발견 이후, TGF의 기원은 "번개 지도자"의 강렬한 전기장에 의해 공기 분자에서 해방된 전자와 연결되었습니다. 이들은 음전하를 띤 운저와 양전하를 띤 지면 사이에 형성되는 이온화된 공기 채널입니다. 이름에서 알 수 있듯이 번개 지도자가 생성되면 곧 번개 방전이 이어집니다.

이러한 전자가 번개 리더에서 해방되면 전기장에 의해 가속되어 분자와 충돌하여 더 많은 전자를 해방합니다. 이 프로세스는 계속되어 Pasko가 "전자 사태"라고 설명하는 것에서 점점 더 많은 전자를 매우 빠르게 생성합니다.

이온화 엑스레이

전자가 분자와 충돌하면서 전자가 잃어버린 에너지의 일부가 X선 형태로 방출됩니다. 이 X-레이는 전자 사태의 경로를 따라 되돌아가는 것을 포함하여 모든 방향으로 이동합니다. 그 결과, X선은 눈사태로부터 더 많은 분자를 이온화하여 더 많은 전자를 방출하고 TGF를 더욱 밝게 만들 수 있습니다.

2000년대 초반에 이 초기 모델이 고안된 후 연구자들은 컴퓨터 시뮬레이션에서 동작을 재현하려고 시도했습니다. 그러나 지금까지 이러한 시뮬레이션은 실제 낙뢰에서 관찰된 TGF의 크기를 거의 모방하지 못했습니다.

Pasko와 동료들은 이러한 성공의 부족이 이러한 시뮬레이션의 상대적으로 큰 크기와 관련이 있다고 생각합니다. 일반적으로 수 킬로미터에 걸쳐 지역을 모델링합니다. 그러나 이 최신 연구는 TGF가 일반적으로 번개 리더의 끝을 둘러싸는 매우 조밀한 영역(크기가 10-100m 범위)에서 형성됨을 시사합니다. 지금까지 이러한 콤팩트함을 둘러싼 이유는 ​​대부분 수수께끼로 남아 있었습니다.

최소 임계값

그들의 연구에서 연구원들은 번개 리더의 전기장의 강도가 최소 임계값을 초과할 때만 TGF가 형성된다고 가정했습니다. 보다 조밀한 공간 영역을 시뮬레이션함으로써 Pasko와 동료들은 이 임계값을 식별할 수 있었습니다. 또한 이러한 방식으로 생성된 TGF는 이전 시뮬레이션보다 훨씬 더 실제 관찰과 일치했습니다.

Pasko와 동료들은 미래의 시뮬레이션이 TGF 전자 사태 메커니즘을 훨씬 더 가깝게 모방하여 잠재적으로 실험실에서 X선을 생성하는 새로운 기술로 이어질 수 있기를 희망합니다. "전극이 있는 경우 동일한 증폭 메커니즘과 X선 생성이 음극 물질에서 폭주 전자 생성을 포함할 수 있습니다."라고 Pasko는 설명합니다.

궁극적으로 이것은 가스의 제어된 전기 방전을 통해 X선이 생성될 수 있는 방법에 대한 더 깊은 통찰력으로 이어질 수 있습니다. 이것은 작고 매우 효율적인 X선 소스로 이어질 수 있습니다. Pasko는 "소량의 방전량에서 향상된 X선 생산으로 이어질 가스 압력 체계 및 구성뿐만 아니라 다양한 전극 재료를 탐색하기 위한 새롭고 흥미로운 많은 연구가 기대됩니다."라고 결론지었습니다.

작업은 지구 물리학 연구 편지.

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