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在冬季雷暴期间研究向下的地面伽马射线闪光

闪电是一种独特而迷人的现象,已经研究了几个世纪。虽然我们现在对这种自然发生的奇观有了更好的理解,但其中许多秘密尚未被发现。

几十年来,研究人员已经意识到雷击伴随着伽马射线闪光,这是一种电磁辐射。这些闪光可以是面向下的(即,指向地面)或面向上的(即,向上指向空间)。

大多数过去的研究都是从太空中观察到这些闪光,因此主要关注向上的伽马射线闪光。在一项有趣的新研究中,东京大学和其他日本大学的研究小组首次研究了雷暴期间发生的向下伽马射线辐射。他们在“ 物理评论快报”上发表的论文证实,向下闪光与向上闪光的闪光相同,并且它们对地球上的人没有害处。

“自20世纪90年代以来,在轨道卫星上观察到强烈的伽马射线发射称为地面伽马射线闪光(TGFs),与闪电放电同时发生,”进行这项研究的研究人员之一Yuuki Wada告诉Phys.org。“虽然它们通常是从雷暴进入太空,其中一些被称为向下的TGFs,但是,它们很难测量它们的地面伽马射线通量,因为向下的TGFs更接近于伽马射线探测器。并使他们饱和。“

在他们的研究中,Wada和他的同事研究了2017年11月24日在冬季雷暴期间发生的伽马射线闪光。在那一天,安装在日本Kashiwazaki-Kariwa核电站海平面的辐射探测器检测到强烈的伽马射线爆发,这与强大的闪电放电相吻合。通过研究这些探测器收集的数据,研究人员收集了最初针对地面的闪电相关TGFs的观察结果。

“我们使用了两种类型的辐射探测器,”Wada解释道。“一个人有更好的时间分辨率和对γ射线的敏感性,但很容易通过高通量的向下TGFs来饱和。它用于确认向下TGFs的发生。另一个是由东京电力公司控股公司运营的气体剂量计。时间分辨率低于前者,但伽马射线率要高得多。“

值得注意的是,Wada和他的同事是第一个成功测量向下辐射剂量的向下TGFs的人。此外,通过使用多个气体剂量计测量光线,他们在多个观察点获得了高质量的数据。

研究人员能够确定他们创建的Monte-Carlo模拟的准确性,这与高质量数据相当。这最终使他们能够发现向下的TGFs的关键物理特征,包括它们在雷云中的起源。

“人们认为转化生长因子来源于在闪电中加速的高能电子,”Wada说。“然而,地球上密集的大气阻止了电子获得相对论的能量。我们相信,向下TGFs的观察将在寻找这个问题的答案方面发挥重要作用,因为它们可以通过多个更近的地面仪器观察到。”

Wada及其同事收集的观察结果有许多有趣的含义。首先,他们的工作证实,向下的TGFs本质上与先前从太空中观察到的向上TGF的现象相同。

他们的研究结果还表明,对于正在发生雷暴的地区的人们来说,TGFs是相当安全的。另一方面,TFG源自云中的位置可能不是非常安全。

除了扩大我们对雷暴期间发生的伽马射线爆发的理解之外,该研究小组开展的这项研究揭示了雷电风暴期间常用于收集数据的探测器的一些局限性。这可以为开发改进检测的新工具提供信息,最终导致使用辐射监测器收集更高质量的数据。

“我们小组现在正在日本金泽市建立一个新的辐射监测网络,该网络因强大而频繁的冬季闪电而闻名,”参与该研究的另一位研究员Teru Enoto告诉Phys.org。“这个网络将为我们提供更多的闪电高能量事件,类似于此事件。我们还与市民支持者合作,用便携式辐射探测器覆盖更广泛的区域。我们非常高兴通过我们揭示闪电的神秘面纱。支持公民和开放科学的方法。“

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