Emplacements des détecteurs dans la centrale nucléaire de Kashiwazaki-Kariwa. Les cercles oranges indiquent les détecteurs A–C, cercles bleus postes de surveillance (MP), et l'étoile verte la position estimée où le TGF a eu lieu. La taille des cercles bleus indique la dose du TGF présent. Les croix rouges et les ellipses en pointillés indiquent les positions des décharges de foudre et leurs erreurs signalées par JLDN, respectivement. Les chiffres 1 à 3 indiquent l'ordre temporel de ces décharges. Les détecteurs B et MP6 sont installés co-spatiaux. Les données MP8 n'étaient pas disponibles dans la présente étude. Crédit :Wada et al.
La foudre est un phénomène unique et fascinant qui a été étudié pendant des siècles. Bien que nous ayons maintenant une meilleure compréhension de ce spectacle naturel, beaucoup de ses secrets restent à découvrir.
Depuis plusieurs décennies, les chercheurs savent que les éclairs s'accompagnent d'éclairs gamma, un type de rayonnement électromagnétique. Ces flashs peuvent être orientés vers le bas (c'est-à-dire dirigés vers le sol) ou orientés vers le haut (c'est-à-dire dirigés vers le haut dans l'espace).
La plupart des études antérieures ont observé ces éclairs depuis l'espace, et se sont donc principalement concentrés sur les flashs gamma orientés vers le haut. Dans une nouvelle étude intrigante, une équipe de recherche de l'Université de Tokyo et d'autres universités japonaises ont étudié pour la toute première fois les émissions descendantes de rayons gamma qui ont lieu pendant les orages. Leur papier, Publié dans Lettres d'examen physique , confirme que les flashs orientés vers le bas sont les mêmes que ceux dirigés vers le haut, et qu'ils ne sont pas nocifs pour les gens sur Terre.
« Depuis les années 1990, des émissions intenses de rayons gamma appelées flashs gamma terrestres (TGF) ont été observées par des satellites en orbite coïncidant avec des décharges de foudre, " Yuuki Wada, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Alors qu'ils sont généralement dirigés des orages vers l'espace, certains d'entre eux, appelés TGF à la baisse, aller au sol. Cependant, il était difficile de mesurer leurs flux de rayons gamma au sol parce que les TGF descendants ont lieu plus près des détecteurs de rayons gamma et les saturent. »
Dans leur étude, Wada et ses collègues ont étudié les flashs de rayons gamma qui se sont produits le 24 novembre 2017 lors d'un violent orage hivernal. À cette date, des détecteurs de rayonnement installés au niveau de la mer à la centrale nucléaire de Kashiwazaki-Kariwa au Japon ont détecté une forte rafale de rayons gamma, qui a coïncidé avec une puissante décharge de foudre. En étudiant les données recueillies par ces détecteurs, les chercheurs ont rassemblé les toutes premières observations de TGF associés à la foudre dirigés vers le sol.
"Nous avons utilisé deux types de détecteurs de rayonnement, " expliqua Wada. " On a une meilleure résolution temporelle et une meilleure sensibilité aux rayons gamma, mais pourrait être facilement saturé par des flux élevés de TGF descendants. Il est utilisé pour confirmer l'apparition de TGF à la baisse. L'autre est constitué de dosimètres à gaz exploités par Tokyo Electric Power Company Holdings. Ceux-ci ont moins de résolution temporelle que les premiers, mais supportent des taux de rayons gamma beaucoup plus élevés."
Remarquablement, Wada et ses collègues sont les premiers à mesurer avec succès les doses de rayonnement au sol des TGF orientés vers le bas. De plus, en mesurant les rayons à l'aide de plusieurs dosimètres à gaz, ils ont obtenu des données de haute qualité à plusieurs points d'observation.
Les chercheurs ont pu vérifier l'exactitude des simulations Monte-Carlo qu'ils avaient créées, comparables aux données de haute qualité. Cela leur a finalement permis de découvrir les principales caractéristiques physiques des TGF orientés vers le bas, y compris leur origine dans le nuage d'orage.
"On pense que les TGF proviennent d'électrons énergétiques accélérant dans la foudre, " dit Wada. " Cependant, l'atmosphère dense sur Terre empêche les électrons d'obtenir une énergie relativiste. Nous sommes convaincus que les observations de TGF à la baisse joueront un rôle important pour trouver des réponses à cette question, car ils peuvent être observés par des appareils au sol multiples et plus rapprochés."
Les observations recueillies par Wada et ses collègues ont de nombreuses implications intéressantes. Premièrement, leurs travaux confirment que les TGF descendants sont intrinsèquement le même phénomène que les TGF ascendants qui étaient auparavant observés depuis l'espace.
Leurs résultats suggèrent également que les TGF sont assez sûrs pour les personnes au sol dans la zone où se déroule un orage. D'autre part, l'emplacement dans un nuage d'où provient le TFG peut ne pas être très sûr.
En plus d'élargir notre compréhension des sursauts gamma qui se produisent pendant les orages, l'étude menée par cette équipe de chercheurs a dévoilé certaines limites des détecteurs couramment utilisés pour collecter des données lors d'orages. Cela pourrait éclairer le développement de nouveaux outils pour améliorer la détection, conduisant finalement à la collecte de données de meilleure qualité à l'aide de moniteurs de rayonnement.
« Notre groupe est en train de créer un nouveau réseau de surveillance des rayonnements dans la ville de Kanazawa au Japon, qui est célèbre pour les éclairs d'hiver puissants et fréquents, " Teru Enoto, un autre chercheur impliqué dans l'étude, dit Phys.org. "Ce réseau nous fournira beaucoup plus d'événements à haute énergie lors de la foudre, semblable à cet événement. Nous collaborons également avec des supporters citoyens pour couvrir une zone plus large avec des détecteurs de rayonnement portables. Nous sommes très heureux de révéler les mystères de la foudre via notre approche de soutien aux citoyens et de science ouverte. »
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