Ubicación de los detectores en la central nuclear de Kashiwazaki-Kariwa. Los círculos naranjas muestran los detectores A – C, círculos azules puestos de vigilancia (MP), y la estrella verde la posición estimada donde tuvo lugar el TGF. El tamaño de los círculos azules indica la dosis del TGF presente. Las cruces rojas y las elipses de línea discontinua muestran las posiciones de las descargas de rayos y sus errores informados por JLDN, respectivamente. Los números 1 a 3 indican el orden temporal de estas descargas. El detector B y el MP6 se instalan coespacialmente. Los datos de MP8 no estaban disponibles en el presente estudio. Crédito:Wada et al.
El rayo es un fenómeno único y fascinante que se ha estudiado durante siglos. Aunque ahora tenemos una mejor comprensión de este espectáculo que ocurre naturalmente, muchos de sus secretos aún no se han descubierto.
Durante varias décadas, Los investigadores han sido conscientes de que los rayos van acompañados de destellos de rayos gamma, un tipo de radiación electromagnética. Estos destellos pueden estar orientados hacia abajo (es decir, dirigidos al suelo) o hacia arriba (es decir, dirigidos hacia arriba en el espacio).
La mayoría de los estudios anteriores han observado estos destellos desde el espacio, y, por lo tanto, se han centrado principalmente en los destellos de rayos gamma que miran hacia arriba. En un nuevo e intrigante estudio, un equipo de investigación de la Universidad de Tokio y otras universidades japonesas ha investigado las emisiones descendentes de rayos gamma que tienen lugar durante las tormentas eléctricas por primera vez. Su papel publicado en Cartas de revisión física , confirma que los destellos orientados hacia abajo son los mismos que los dirigidos hacia arriba, y que no son dañinos para las personas en la Tierra.
"Desde la década de 1990, Se han observado intensas emisiones de rayos gamma denominadas destellos de rayos gamma terrestres (TGF) por satélites en órbita coincidentes con descargas de rayos, "Yuuki Wada, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Si bien generalmente se dirigen desde tormentas eléctricas al espacio, Algunos, llamados TGF descendentes, ir al suelo. Sin embargo, fue difícil medir sus flujos de rayos gamma en el suelo porque los TGF descendentes tienen lugar más cerca de los detectores de rayos gamma y los saturan ".
En su estudio, Wada y sus colegas estudiaron los destellos de rayos gamma que ocurrieron el 24 de noviembre de 2017 durante una fuerte tormenta invernal. En esa fecha, los detectores de radiación instalados al nivel del mar en la central nuclear de Kashiwazaki-Kariwa en Japón detectaron una fuerte explosión de rayos gamma, que coincidió con una potente descarga de rayo. Al estudiar los datos recopilados por estos detectores, los investigadores recopilaron las primeras observaciones de TGF asociados a rayos dirigidos al suelo.
"Usamos dos tipos de detectores de radiación, "Wada explicó." Uno tiene una mejor resolución de tiempo y sensibilidad a los rayos gamma, pero podría saturarse fácilmente por altos flujos de TGF descendentes. Se utiliza para confirmar la aparición de TGF descendentes. El otro son dosímetros de gas operados por Tokyo Electric Power Company Holdings. Estos tienen menos resolución de tiempo que los anteriores, pero soportan tasas de rayos gamma mucho más altas ".
Notablemente, Wada y sus colegas son los primeros en medir con éxito las dosis de radiación en el suelo de los TGF orientados hacia abajo. Es más, midiendo los rayos utilizando varios dosímetros de gas, lograron datos de alta calidad en múltiples puntos de observación.
Los investigadores pudieron determinar la precisión de las simulaciones de Montecarlo que habían creado, que eran comparables a los datos de alta calidad. En última instancia, esto les permitió descubrir las características físicas clave de los TGF orientados hacia abajo, incluyendo su origen dentro de la nube de tormenta.
"Se cree que los TGF se originan a partir de electrones energéticos que se aceleran en un rayo, "Dijo Wada." Sin embargo, la densa atmósfera de la Tierra evita que los electrones obtengan energía relativista. Estamos convencidos de que las observaciones de TGF descendentes jugarán un papel importante para encontrar respuestas a esta pregunta, porque pueden ser observados por múltiples aparatos terrestres más cercanos ".
Las observaciones recopiladas por Wada y sus colegas tienen numerosas implicaciones interesantes. Primeramente, su trabajo confirma que los TGF descendentes son intrínsecamente el mismo fenómeno que los TGF ascendentes que se observaron previamente desde el espacio.
Sus resultados también sugieren que los TGF son bastante seguros para las personas en el suelo en el área donde se está produciendo una tormenta. Por otra parte, la ubicación dentro de una nube de donde se origina el TFG podría no ser muy segura.
Además de ampliar nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma que tienen lugar durante las tormentas eléctricas, El estudio realizado por este equipo de investigadores reveló algunas limitaciones de los detectores que se utilizan comúnmente para recopilar datos durante las tormentas eléctricas. Esto podría informar el desarrollo de nuevas herramientas para mejorar la detección, lo que en última instancia conduce a la recopilación de datos de mayor calidad mediante el uso de monitores de radiación.
"Nuestro grupo ahora está creando una nueva red de monitoreo de radiación en la ciudad de Kanazawa en Japón, que es famoso por los frecuentes y poderosos rayos de invierno, "Teru Enoto, otro investigador involucrado en el estudio, dijo Phys.org. "Esta red nos proporcionará una cantidad mucho mayor de eventos de alta energía en el relámpago, similar a este evento. También estamos colaborando con los ciudadanos que nos apoyan para cubrir un área más amplia con detectores de radiación portátiles. Estamos muy emocionados de revelar los misterios de los rayos a través de nuestro enfoque de ciencia abierta y de apoyo a los ciudadanos ".
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