Молнию поймали за созданием радиоактивных изотопов

Япoнскиe физики впeрвыe прoнaблюдaли «живьeм» прeдскaзaннoe тeoрeтикaми рoждeниe рaдиoaктивныx изoтoпoв при удaрe мoлнии. Стaтья oпубликoвaнa в   журнaлe Nature.

Мoлнии являются eстeствeнными ускoритeлями чaстиц. Лaвины рeлятивистскиx убeгaющиx элeктрoнoв, кoтoрыe рaзвивaются в   элeктричeскиx пoляx в   грoзoвыx oблaкax, гeнeрируют тoрмoзнoe гaммa-излучeниe, кoтoрыe oбнaруживaются нaзeмными, кoсмичeскими и   лeтaющими oбсeрвaтoриями. Энeргия гaммa-квaнтoв дoстaтoчнo вeликa, чтoбы oни мoгли инициировать атмосферные фотоядерные реакции, продуктами которых являются нейтроны и   позитроны (последние образуются при β-распаде рождающихся радиоактивных изотопов). Однако точных данных наблюдений, подтверждавших это, до   сих пор не   было.

Подтвердить наличие продуктов фотоядерных реакций, происходящих при грозовом разряде удалось группе японских физиков под руководством Теруаки Эното (Teruaki Enoto). Во   время грозы 6   февраля 2017   года четыре детектора, установленные на   АЭС «Касивадзаки-Карива», которая находилась на   расстоянии 0,5–1,7   километра от   молнии, одновременно зарегистрировали интенсивную вспышку гамма-излучения, которая длилась около 200   миллисекунд. Затем, в   течение минуты после основной вспышки, наблюдалось послесвечение в   гамма-диапазоне, которое сопровождалось регистрацией излучения на   линии около 0,511   МэВ.

Местоположение детекторов и субсекундное затухающее гамма-излучение высокой энергии, зарегистрированное тремя детекторами. Стрелка показывает направление ветра, желтые круги   — места образования грозовых разрядов. Teruaki Enoto et al./Nature 551 (November   2017)

Данные говорят о   том, что источник послесвечения в   гамма-диапазоне отличается от   источника основной части гамма-квантов. Кроме того, регистрируемое излучение на   линии 0,511   МэВ соответствует процессу аннигиляции электрон-позитронной пары. Механизм образования позитронов при грозовом разряде заключается в   инициации атмосферных фотоядерных реакций 14N + γ → 13N + n   и   16O + γ → 15O + n, в   ходе которых рождаются нестабильные изотопы кислорода и   азота, которые в   дальнейшем претерпевают β+-распад. Быстрые нейтроны, родившиеся в   фотоядерных реакциях, постепенно теряют свою энергию за   счет множественных упругих рассеяний с   ядрами атомов атмосферных газов, в   частности азота. При этом процессе 96   процентов нейтронов исчезают в   ходе реакции 14N + n → 14C + p, которая не   сопровождается испусканием гамма-квантов, а   остальные четыре процента нейтронов претерпевают радиационный захват атмосферным азотом или веществом поверхности Земли, при этом ядра, которые захватывают нейтрон, излучают гамма-кванты, например в   ходе реакции 14N + n → 15N + γ. Теоретическая скорость захвата нейтронов и   смоделированные с   учетом атмосферы, местоположения и   энергетического разрешения детекторов спектры гамма-излучения согласуются с   наблюдаемыми данными.

На   Земле известно только два пути природного происхождения изотопов углерода. Так, например, стабильный изотоп 13C был создан в   ходе звездного нуклеосинтеза и   находился в   составе протосолнечной туманности, а   нестабильный изотоп 14C образуется в   атмосфере благодаря космическим лучам. Атмосферные фотоядерные реакции, вызванные молнией, представляют собой ранее неизвестный канал для генерации на   Земле изотопов углерода, азота и   кислорода (13C, 14C, 13N, 15N и   15O), кроме того изотопы 13N и   15O   позволяют развить новую методику изучения молний при помощи регистрации образующихся при разряде позитронов наземными детекторами.

Автор: Александр Войтюк

Комментарии и уведомления в настоящее время закрыты..

Комментарии закрыты.