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    在冬季雷暴期間研究向下的地面伽馬射線閃光

    閃電是一種獨特而迷人的現象,已經研究了幾個世紀。雖然我們現在對這種自然發生的奇觀有了更好的理解,但其中許多秘密尚未被發現。

    幾十年來,研究人員已經意識到雷擊伴隨著伽馬射線閃光,這是一種電磁輻射。這些閃光可以是面向下的(即,指向地面)或面向上的(即,向上指向空間)。

    大多數過去的研究都是從太空中觀察到這些閃光,因此主要關注向上的伽馬射線閃光。在一項有趣的新研究中,東京大學和其他日本大學的研究小組首次研究了雷暴期間發生的向下伽馬射線輻射。他們在“ 物理評論快報”上發表的論文證實,向下閃光與向上閃光的閃光相同,并且它們對地球上的人沒有害處。

    “自20世紀90年代以來,在軌道衛星上觀察到強烈的伽馬射線發射稱為地面伽馬射線閃光(TGFs),與閃電放電同時發生,”進行這項研究的研究人員之一Yuuki Wada告訴Phys.org。“雖然它們通常是從雷暴進入太空,其中一些被稱為向下的TGFs,但是,它們很難測量它們的地面伽馬射線通量,因為向下的TGFs更接近于伽馬射線探測器。并使他們飽和。“

    在他們的研究中,Wada和他的同事研究了2017年11月24日在冬季雷暴期間發生的伽馬射線閃光。在那一天,安裝在日本Kashiwazaki-Kariwa核電站海平面的輻射探測器檢測到強烈的伽馬射線爆發,這與強大的閃電放電相吻合。通過研究這些探測器收集的數據,研究人員收集了最初針對地面的閃電相關TGFs的觀察結果。

    “我們使用了兩種類型的輻射探測器,”Wada解釋道。“一個人有更好的時間分辨率和對γ射線的敏感性,但很容易通過高通量的向下TGFs來飽和。它用于確認向下TGFs的發生。另一個是由東京電力公司控股公司運營的氣體劑量計。時間分辨率低于前者,但伽馬射線率要高得多。“

    值得注意的是,Wada和他的同事是第一個成功測量向下輻射劑量的向下TGFs的人。此外,通過使用多個氣體劑量計測量光線,他們在多個觀察點獲得了高質量的數據。

    研究人員能夠確定他們創建的Monte-Carlo模擬的準確性,這與高質量數據相當。這最終使他們能夠發現向下的TGFs的關鍵物理特征,包括它們在雷云中的起源。

    “人們認為轉化生長因子來源于在閃電中加速的高能電子,”Wada說。“然而,地球上密集的大氣阻止了電子獲得相對論的能量。我們相信,向下TGFs的觀察將在尋找這個問題的答案方面發揮重要作用,因為它們可以通過多個更近的地面儀器觀察到。”

    Wada及其同事收集的觀察結果有許多有趣的含義。首先,他們的工作證實,向下的TGFs本質上與先前從太空中觀察到的向上TGF的現象相同。

    他們的研究結果還表明,對于正在發生雷暴的地區的人們來說,TGFs是相當安全的。另一方面,TFG源自云中的位置可能不是非常安全。

    除了擴大我們對雷暴期間發生的伽馬射線爆發的理解之外,該研究小組開展的這項研究揭示了雷電風暴期間常用于收集數據的探測器的一些局限性。這可以為開發改進檢測的新工具提供信息,最終導致使用輻射監測器收集更高質量的數據。

    “我們小組現在正在日本金澤市建立一個新的輻射監測網絡,該網絡因強大而頻繁的冬季閃電而聞名,”參與該研究的另一位研究員Teru Enoto告訴Phys.org。“這個網絡將為我們提供更多的閃電高能量事件,類似于此事件。我們還與市民支持者合作,用便攜式輻射探測器覆蓋更廣泛的區域。我們非常高興通過我們揭示閃電的神秘面紗。支持公民和開放科學的方法。“

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