เกณฑ์สำหรับการฉายรังสีเอกซ์จากฟ้าแลบระบุโดยการจำลอง

ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิธีสร้างแสงวาบจากรังสีเอกซ์ในระหว่างเกิดฟ้าผ่าโดยนักวิจัยในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส และสาธารณรัฐเช็ก โดยใช้คอมพิวเตอร์จำลอง นำทีมโดย วิคเตอร์ ปาสโก ที่ Penn State University แสดงให้เห็นว่าการถล่มของอิเล็กตรอนที่รับผิดชอบการกะพริบนั้นถูกกระตุ้นที่ระดับต่ำสุดของสนามไฟฟ้าที่ผลิตโดยสารตั้งต้นของฟ้าผ่า การค้นพบนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาเทคนิคใหม่ในการผลิตรังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการ

แสงวาบรังสีแกมมาบนพื้นโลก (TGFs) เกี่ยวข้องกับการปล่อยโฟตอนพลังงานสูงจากแหล่งกำเนิดภายในชั้นบรรยากาศของโลก ในขณะที่คำว่า รังสีแกมมา ถูกนำมาใช้ โฟตอนส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอน ดังนั้นจึงเป็นรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์เหล่านี้ถูกปล่อยออกมาในช่วงพลังงานเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ และการสร้างรังสีเอกซ์เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับฟ้าผ่า แม้ว่า TGFs จะหาได้ยากและสั้นมาก แต่ปัจจุบันเครื่องมือเหล่านี้ตรวจจับรังสีแกมมาจากอวกาศได้อย่างสม่ำเสมอ

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ

“TGFs ถูกค้นพบในปี 1994 โดยหอสังเกตการณ์รังสีแกมมาคอมป์ตันของ NASA” พาสโกอธิบาย “ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา หอสังเกตการณ์วงโคจรอื่น ๆ อีกหลายแห่งได้จับภาพเหตุการณ์พลังงานสูงเหล่านี้ รวมทั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาแฟร์มีของนาซา”

หลังจากการค้นพบครั้งแรก ต้นกำเนิดของ TGFs ถูกเชื่อมโยงกับอิเล็กตรอนที่ปลดปล่อยจากโมเลกุลของอากาศโดยสนามไฟฟ้าที่รุนแรงของ "ตัวนำสายฟ้า" ช่องเหล่านี้เป็นช่องทางของอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งก่อตัวขึ้นระหว่างเมฆเบสที่มีประจุลบกับพื้นที่มีประจุบวก ตามชื่อที่แนะนำ การสร้างผู้นำสายฟ้าจะตามด้วยการปล่อยสายฟ้าในไม่ช้า

เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกปลดปล่อยออกมาในสายฟ้าผ่า พวกมันจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าและชนกับโมเลกุลเพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนมากขึ้น กระบวนการนี้ดำเนินต่อไป สร้างอิเล็กตรอนมากขึ้นอย่างรวดเร็วในสิ่งที่ Pasko อธิบายถึง "การถล่มของอิเล็กตรอน"

รังสีเอกซ์ไอออไนซ์

เมื่ออิเล็กตรอนชนกับโมเลกุล พลังงานบางส่วนที่อิเล็กตรอนสูญเสียไปจะแผ่ออกมาในรูปของรังสีเอกซ์ รังสีเอกซ์เหล่านี้เคลื่อนที่ไปทุกทิศทาง รวมทั้งย้อนกลับไปตามเส้นทางของอิเล็กตรอนถล่ม ผลที่ตามมาคือ รังสีเอกซ์สามารถแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลได้มากขึ้นที่ต้นน้ำจากหิมะถล่ม ปลดปล่อยอิเล็กตรอนมากขึ้น และทำให้ TGF สว่างยิ่งขึ้น

หลังจากแบบจำลองเริ่มต้นนี้เกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักวิจัยได้พยายามสร้างพฤติกรรมขึ้นใหม่ในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ การจำลองเหล่านี้ยังไม่สามารถเลียนแบบขนาดของ TGF ที่สังเกตได้จากฟ้าผ่าจริง

Pasko และเพื่อนร่วมงานเชื่อว่าการขาดความสำเร็จนี้เกี่ยวข้องกับขนาดที่ค่อนข้างใหญ่ของการจำลองเหล่านี้ ซึ่งมักจะจำลองภูมิภาคที่มีระยะทางหลายกิโลเมตร อย่างไรก็ตาม งานล่าสุดนี้ชี้ให้เห็นว่า TGF มักก่อตัวในพื้นที่ที่มีขนาดกะทัดรัดสูง (ขนาดตั้งแต่ 10–100 ม.) รอบๆ ปลายของผู้นำสายฟ้า จนถึงขณะนี้ เหตุผลที่เกี่ยวกับความกะทัดรัดนี้ยังคงเป็นปริศนาอยู่มาก

เกณฑ์ขั้นต่ำ

ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยสันนิษฐานว่า TGF จะก่อตัวขึ้นก็ต่อเมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าของผู้นำฟ้าผ่ามีค่าเกินเกณฑ์ขั้นต่ำเท่านั้น ด้วยการจำลองพื้นที่ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น Pasko และเพื่อนร่วมงานสามารถระบุเกณฑ์นี้ได้ ยิ่งไปกว่านั้น TGFs ที่ผลิตด้วยวิธีนี้จับคู่การสังเกตจริงอย่างใกล้ชิดกว่าการจำลองครั้งก่อนๆ

สายฟ้าสร้างไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี

Pasko และเพื่อนร่วมงานหวังว่าการจำลองในอนาคตสามารถเลียนแบบกลไกการถล่มของอิเล็กตรอน TGF ได้อย่างใกล้ชิดมากขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่เทคนิคใหม่ในการผลิตรังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการ Pasko อธิบาย "เมื่อมีอิเล็กโทรด กลไกการขยายและการผลิตรังสีเอกซ์แบบเดียวกันอาจเกี่ยวข้องกับการสร้างอิเล็กตรอนที่หลบหนีจากวัสดุแคโทด"

ในท้ายที่สุด สิ่งนี้อาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการผลิตรังสีเอกซ์ผ่านการปล่อยไฟฟ้าที่มีการควบคุมในก๊าซ ซึ่งอาจนำไปสู่แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูง Pasko สรุปว่า "เราคาดว่าจะมีงานวิจัยใหม่และน่าสนใจมากมายในการสำรวจวัสดุอิเล็กโทรดต่างๆ ตลอดจนระบบความดันก๊าซและองค์ประกอบที่จะนำไปสู่การผลิตรังสีเอกซ์ที่เพิ่มขึ้นจากปริมาณการปลดปล่อยที่น้อย"

อธิบายผลงานไว้ใน จดหมายฟิสิกส์วิจัย.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ซื้อและขายหุ้นในบริษัท PRE-IPO ด้วย PREIPO® เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/threshold-for-x-ray-flashes-from-lightning-is-identified-by-simulations/