Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Strona główna Tygodnik "Nature"
Dodatkowy u góry
Dodatkowy u góry

Błyskawica tworzy nowe izotopy


Fizycy dowodzą, że burza z piorunami wywołuje reakcje nuklearne w atmosferze.


Burza z błyskawicami oświetla chmury nad Kagoshimą w Japonii.

Błyskawica na niebie nad Japonią wytworzyła pozytrony – cząstkę antymaterii będącą odpowiednikiem elektronu, oraz radioaktywny węgiel-14, potwierdzając teoretyczne przypuszczenie według artykułu opublikowanego w Nature.

Od lat dziewięćdziesiątych XX wieku, orbitujące obserwatoria zaprojektowane do obserwacji nieba wykryły również promienie gamma pochodzące z Ziemi, o których sądzono, że mają swój początek w zjawiskach atmosferycznych. Aby zbadać tę teorię, Teruaki Enoto, astrofizyk z Kyoto University w Japonii i jego współpracownicy ustawili szereg wykrywaczy promieni gamma w pobliżu elektrowni atomowej Kashiwazaki-Kariwa. – Zimowe burze w Japonii słyną ze swoich spektakularnych błyskawic – mówi, –a niskie chmury czynią je stosunkowo łatwymi do obserwowania.

6 lutego detektory wykryły niezwykłe zjawisko. Podwójny piorun tuż przy nabrzeżu wystrzelił początkowy, jedno milisekundowy impuls promieni gamma o stosunkowo wysokiej energii sięgającej 10 megaelektronowoltów. Nastąpiła po tym poświata promieni gamma trwająca krócej niż pół sekundy. Potem nastąpił charakterystyczny sygnałÂ  — promienie gamma skoncentrowane w 511 kiloelektronowoltach energii, które trwało przez około minutę. Fizycy mówią, że jest to bezsprzecznie cecha charakterystyczna pozytronów niszczonych w wybuchu energii, gdy uderzą w elektrony z otaczającej materii.

Razem, te trzy fale promieni gamma wskazują na reakcję fotonuklearną, po raz pierwszy zaproponowanąÂ  dekadę temu przez Leonida Babicha, fizyka z Rosyjskiego Federalnego Centrum Atomowego w Sarowie. Błyskawica może przyspieszyć niektóre elektrony niemal do prędkości światła, a elektrony mogą wówczas wytworzyć promienie gamma. Babich zasugerował, że gdy jeden z tych promieni gamma uderza w jądro atomu azotu z atmosfery, kolizja może przemieścić neutron. Po krótkotrwałym skakaniu wokoło, większość neutronów zostaje wchłonięta przez inne jądra azotu. Dodaje to jądrom energii i wprawia je w stan wzbudzony. Podczas powrotu jądra do pierwotnego stanu, emituje ono kolejny promień gamma — przyczyniając się do poświaty zdradzającej istnienie promieni gamma.

W międzyczasie, jądro azotu, które straciło jeden neutron jest bardzo niestabilne. Ulega radioaktywnemu rozpadowi w ciągu następnej minuty, emitując w tym czasie pozytron, który niemal natychmiast ulega zniszczeniu z elektronem, wytwarzając dwa fotony o energii 511-keV. Jak mówi Enoto, był to trzeci sygnał. Podejrzewa on, że jego detektory mogły to zobaczyć tylko dlatego, że chwilowo radioaktywna chmura była nisko i poruszała się w stronę detektorów. Ta kombinacja okoliczności może pomóc wyjaśnić dlaczego fotonuklearne zjawisko jest widywane tak rzadko. Enoto mówi, że jego zespół zaobserwował kilka podobnych zdarzeń, ale że to opisane w artykule jest jak dotąd jedynym wyraźnym zdarzeniem.

Babich przewidział również, że nie wszystkie neutrony wytrącone z azotu przez promień gamma zostają pochłonięte. Niektóre z nich zainicjują transmutację innego jądra azotu w węgiel-14, radioaktywny izotop mający o dwa neutrony więcej niż zwykły węgiel. Ten izotop może być wchłaniany przez organizmy; potem rozpada się w przewidywalnym tempie długo po śmierci organizmu, co sprawia, że jest to użyteczny zegar dla archeologów.

Generalnie uważa się, że głównym źródłem węgla-14 w atmosferze jest promieniowanie kosmiczne. Błyskawica mogłaby w zasadzie również przyczynić się do tego zapasu. Jednak dziś nie jest jeszcze jasne, ile izotopu jest produkowane w ten sposób - mówi Enoto - częściowo dlatego, że możliwe jest, że nie wszystkie pioruny inicjują reakcję fotonuklearną.

"Zgadzam się z ich interpretacją ich danych," mówi fizyk Joseph Dwyer z University of New Hampshire w Durham. Ale dodaje, że w wyjaśnieniach zespołu Enoto brakuje kilku puzzli układanki związanej z pozytronami w atmosferze. W szczególności, reakcja fotonuklearna wydaje się nie pasować do zdarzenia zaobserwowanego przez Dwyera w 2009 z samolotu badawczego. Jego detektor wykrył ślad antymaterii tylko przez ułamek sekundy – zbyt krótko jak na pochodzenie z rozpadu nuklearnego - dodaje. Ponadto, jego detektor nie wykrył w tym przypadku początkowego błysku. "Jeżeli tam był, to powinien być bardzo oczywisty."

Źródło: www.nature.com/news/lightning-makes-new-isotopes-1.23033

Zdjęcie: Magalie L’Abbé/Getty
http://laboratoria.net/naturecom/27946.html
Informacje dnia: Spożycie oleju rzepakowego wpływa na pamięć 25 konkurs w ramach inicjatywy Cornet Technologie z Politechniki Łódzkiej nagrodzone w Hong Kongu V edycja konkursu Lider Nauk Farmaceutycznych 20 mln zł dla Uniwersytetów Młodego Odkrywcy ERCIM Fellowship Programme Spożycie oleju rzepakowego wpływa na pamięć 25 konkurs w ramach inicjatywy Cornet Technologie z Politechniki Łódzkiej nagrodzone w Hong Kongu V edycja konkursu Lider Nauk Farmaceutycznych 20 mln zł dla Uniwersytetów Młodego Odkrywcy ERCIM Fellowship Programme Spożycie oleju rzepakowego wpływa na pamięć 25 konkurs w ramach inicjatywy Cornet Technologie z Politechniki Łódzkiej nagrodzone w Hong Kongu V edycja konkursu Lider Nauk Farmaceutycznych 20 mln zł dla Uniwersytetów Młodego Odkrywcy ERCIM Fellowship Programme

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Biomantis Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA BIOOPEN 2016 Mlodym Okiem Nanotechnologia Lodz Genomica SYMBIOZA 2017 Podkarpacka Konferencja Młodych Naukowców UAM CISNIENIE POZNAN Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja „Pomiędzy naukami – zjazd fizyków i chemików” WIMC WARSZAWA 2016 Konferencja Biomedyczna Projektor Jagielloński Instytut Lotnictwa EuroLab