Matematiksel model, şimşekle üretilen X-ışınları için anlayış cıvatası sağlar

2000’lerin başında bilim adamları, tıbbi görüntüleme için kullanılanın aynısı olan yüksek enerjili fotonlar içeren X-ışınları üreten yıldırım deşarjını gözlemlediler. Araştırmacılar bu fenomeni laboratuvarda yeniden yaratabildiler, ancak yıldırımın nasıl ve neden X-ışınları ürettiğini tam olarak açıklayamadılar.
Şimdi, yirmi yıl sonra, bir Penn Eyaletiliderliğindeki ekip, Dünya atmosferindeki şimşek aktivitesiyle ilişkili doğal olarak oluşan X ışınlarını açıklayan yeni bir fiziksel mekanizma keşfetti. Bilim adamları sonuçlarını yayınladılar. Jeofizik Araştırma Mektupları.
bu ABD Ulusal Bilim Vakfı-desteklenen bulgu, başka bir fenomene de ışık tutabilir: metal bir kapı tokmağına dokunulduğunda bazen hissedilen küçük şok. Kıvılcım deşarjı olarak adlandırılan, bir gövde ile bir iletken arasında bir voltaj farkı oluşturulduğunda meydana gelir.
1960’larda yapılan bir dizi laboratuvar deneyinde, bilim adamları kıvılcım deşarjlarının tıpkı şimşek gibi X-ışınları ürettiğini keşfettiler. 60 yılı aşkın bir süre sonra, bilim adamları hala bu sürecin temelini oluşturan mekanizmayı daha iyi anlamak için laboratuvar deneyleri yürütüyorlar.
Yıldırım, karasal gama ışını flaşları veya TGF’ler olarak adlandırılan onlarca mega elektron-volt enerjiye sahip muhteşem yüksek enerjili X-ışınları patlamaları yayan “göreceli elektronların” bir kısmından oluşur. Araştırmacılar, TGF gözlemlerini açıklamak için simülasyonlar ve modeller oluşturdular, ancak baş yazar Victor Pasko’ya göre, simüle edilmiş ve gerçek boyutlar arasında bir uyumsuzluk var. Ekip, kompakt uzayda nasıl meydana gelebileceğini daha iyi anlamak için TGF fenomenini matematiksel olarak modelledi.
Pasko, “Simülasyonların hepsi çok büyük – genellikle birkaç kilometre çapında – ve bunu şu anda gerçek gözlemlerle uzlaştırmakta güçlük çekiyoruz, çünkü yıldırım yayıldığında çok kompakt” dedi Pasko, yıldırımın uzay kanalının tipik olarak birkaç santimetre ölçeğinde olduğunu açıklıyor. bu kanalların uçlarında 100 metreye kadar genişleyen X-ışınları üreten elektrik deşarj aktivitesi ile.
“Bu kaynak neden bu kadar kompakt? Şimdiye kadar bir muammaydı. Çok küçük hacimlerle çalıştığımız için, 1960’lardan beri devam eden kıvılcım deşarjlı laboratuvar deneyleri için de çıkarımları olabilir.”
Pasko, bir elektrik alanının elektron sayısını nasıl yükselttiğine dair açıklamayı geliştirdiklerini ve fenomeni yönlendirdiklerini söyledi. Elektronlar, hızlanma yaşadıkça havayı oluşturan tek tek atomlara dağılır. Elektronlar hareket ettikçe, çoğu enerji kazandıkça ileri gider ve bir kar çığı gibi çoğalarak daha fazla elektron üretmelerini sağlar. Elektronlar çığ gibi, fotonları geriye doğru fırlatan ve yeni elektronlar üreten X-ışınları üretirler.
Matematiksel modelleme, elektronlar tarafından yayılan X-ışınları geriye doğru gidip yeni elektronlar ürettiğinde elektron çığlarını güçlendiren geri besleme mekanizmasını doğrulayan Pasko’ya göre elektrik alanı için bir eşik oluşturdu.