Pragul pentru fulgerele cu raze X de la fulgere este identificat prin simulări

Cercetătorii din SUA, Franța și Republica Cehă au făcut noi perspective asupra modului în care fulgerele cu raze X sunt produse în timpul loviturilor de fulger. Folosind simulări computerizate, o echipă condusă de Victor Pasko de la Penn State University au arătat cum avalanșele de electroni responsabili de fulgere sunt declanșate la un prag minim câmpurile electrice produse de precursorul fulgerului. Această descoperire ar putea duce la dezvoltarea de noi tehnici pentru producerea de raze X în laborator.

Flash-urile de raze gamma terestre (TGF) implică emisia de fotoni de înaltă energie din surse din atmosfera Pământului. În timp ce termenul de raze gamma este folosit, majoritatea fotonilor sunt creați prin accelerarea electronilor și, prin urmare, sunt raze X.

Aceste raze X sunt emise în intervalul de energie megaelectronvolt și crearea lor este strâns asociată cu fulgerul. Deși TGF-urile sunt rare și incredibil de scurte, acum sunt observate în mod regulat de instrumente care detectează razele gamma din spațiu.

Telescoape spațiale

„TGF-urile au fost descoperite în 1994 de Observatorul Compton Gamma Ray al NASA”, explică Pasko. „De atunci, multe alte observatoare orbitale au surprins aceste evenimente de înaltă energie, inclusiv telescopul spațial Fermi Gamma-ray de la NASA.”

În urma descoperirii lor inițiale, originile TGF-urilor au fost legate de electronii care sunt eliberați din moleculele de aer de câmpurile electrice intense ale „liderilor fulgerului”. Acestea sunt canale de aer ionizat care se formează între un nor încărcat negativ și pământul încărcat pozitiv. După cum sugerează și numele, crearea liderilor fulgerelor este urmată la scurt timp de descărcări de fulgere.

Odată ce acești electroni sunt eliberați într-un lider de fulger, ei sunt accelerați de câmpul electric și se ciocnesc cu molecule pentru a elibera mai mulți electroni. Acest proces continuă, creând foarte rapid tot mai mulți electroni în ceea ce Pasko descrie o „avalanșă de electroni”.

Raze X ionizante

Pe măsură ce electronii se ciocnesc de molecule, o parte din energia pierdută de electroni este radiată sub formă de raze X. Aceste raze X călătoresc în toate direcțiile – inclusiv înapoi pe calea avalanșei de electroni. Ca rezultat, razele X pot ioniza mai multe molecule în amonte de avalanșă, eliberând mai mulți electroni și făcând TGF-urile și mai strălucitoare.

După ce acest model inițial a fost conceput la începutul anilor 2000, cercetătorii au încercat să recreeze comportamentul în simulările computerizate. Până acum, însă, aceste simulări nu au reușit să imite îndeaproape dimensiunile TGF-urilor observate în loviturile de fulger reale.

Pasko și colegii săi cred că această lipsă de succes este legată de dimensiunea relativ mare a acestor simulări, care de obicei modelează regiuni care au câțiva kilometri. Cu toate acestea, această ultimă lucrare sugerează că TGF-urile se formează în mod obișnuit în regiuni extrem de compacte (cu dimensiuni cuprinse între 10 și 100 m) care înconjoară vârfurile liderilor fulgere. Până acum, motivele care înconjoară această compactitate au rămas în mare parte un mister.

Pragul minim

În studiul lor, cercetătorii au presupus că TGF-urile se formează numai atunci când puterea câmpului electric al liderului fulgerului depășește o valoare minimă de prag. Simulând regiuni mai compacte ale spațiului, Pasko și colegii au reușit să identifice acest prag. În plus, TGF-urile produse în acest fel se potriveau cu observațiile reale mult mai strâns decât simulările anterioare.

Fulgerul creează izotopi radioactivi

Pasko și colegii săi speră că simulările viitoare ar putea imita mult mai îndeaproape mecanismul de avalanșă de electroni TGF, ceea ce poate duce la noi tehnici de producere a razelor X în laborator. „În prezența electrozilor, același mecanism de amplificare și producția de raze X pot implica generarea de electroni fugari din materialul catodului”, explică Pasko.

În cele din urmă, acest lucru ar putea duce la o înțelegere mai profundă a modului în care razele X pot fi produse prin descărcări electrice controlate în gaze. Acest lucru ar putea duce la surse de raze X compacte, foarte eficiente. Pasko concluzionează: „anticipăm o mulțime de cercetări noi și interesante pentru a explora diferite materiale pentru electrozi, precum și regimuri și compoziții de presiune a gazului care ar duce la o producție îmbunătățită de raze X din volume mici de descărcare”.

Lucrarea este descrisă în Geophysical Research Letters.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Cumpărați și vindeți acțiuni în companii PRE-IPO cu PREIPO®. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/