Позитронна спектроскопія γ-спалахів в атмосфері землі

Автор(и)

  • Д. М. Дойков Одеський національний морський університет, Україна
  • М. Д. Дойков Пловдівській університет "Паісій Хілендарській", Болгарія

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2023.61.290221

Ключові слова:

іоносферна плазма, плазма з КДФ в струмових трубках, локальне електричне поле атмосфери, γ-спалах

Анотація

Відкриття нової генерації напівпровідників на базі перовскітів, тобто CsPbBr3,  відкрило нові можливості для їх впровадження в техніку вимірювань γ-спектрів. У статті проведено моделювання позитронних та індукованих зіткненнями протонів та α-частинок з атомами атмосфері Землі γ-спектрів протягом дії блискавок. Враховуючи інтервали часу і енергії в яких діють вивченні явища в аерозолях Землі розглянуто структуру таких γ-спектрів. Запропоновано вивчати блискавичну плазму у інтервалах часу від 10-5с до 1 с. Інтервали енергії від (0.01 – 10)МеВ. У голові блискавки різність потенціалів досягає 108В, а розрідженість збільшує довжину вільного пробігу у три разі у порівнянні с рівнем моря. Тому енергетичного ресурсу електричного поля блискавки достатньо для прискорення електронів, протонів и α-частинок до 6-8 МеВ. Іонізаційні втрати і втрати від пружних зіткнень сорту частинок залежать від кожного каналу їх взаємодій з атомами атмосфері Землі. Тобто енергії частинок лімітовані з боку верхньої границі. Після вибору каналів було проведено відбір та розрахунок залежності повного перерізу зіткнень для відібраного каналу реакцій зіткнень і потім ядерних перетворень. Рис. 1 – Рис. 4 з участю протонів, Рис. 5 – Рис. 9 з участю α-частинок. Розглянуто формування радіоактивних ізотопів з ексцесом протонів, розпад яких доводить до формування позитронів і меншого за номером стабільного ізотопу. Було отримано, що найбільш можливим ланцюгом ядерних перетворень е реакція «випарювання» нейтрону: α+ 14/7N--> α+n +..., 13/7N --> 13/7C + e+. Зроблено та показано переріз реакції Рис.10. Нижня енергетична границя реакції лімітована значеннями  у 6 МеВ.  Зроблено висновок про кінетичну енергію α-частинок у цьому каналі ядерних перетворень. Розрахунок продуктивності каналу дає 20-40 γ-квантів з анігіляції позитронів з електронами (Eγ = 0.511 МеВ). Потік індукованих γ-квантів складає (100-200) на см-2 детектору у момент токового вибуху блискавки. Проведено розрахунок струмових імпульсів від кожного з квантів кристалом детектора. Мінімальній імпульс складає 15 пА. Темнавий струм (5-10) пА. Тому потік γ-квантів вид блискавок може давати до 50 нА. Для оптимізації роботи детектора і підвищення чутливості використовується різниця потенціалів 500 В. Треба зазначити, що для зменшення темнового струму перовскітів охолодження детектору практично не потрібно і дає значний економічний ефект. Одночасно з цим корисний імпульс зростає до мікроампер і легко обробляється доступним для придбання обладнанням. 

Посилання

Doikov D., Yushchenko A., Jeong Y. Diagnostics of Diffuse Two-Phase Matter Using Techniques of Positron Annihilation Spectroscopy in Gamma-Ray and Optical Spectra // J. Astron. Space Sci. – 2019. – Vol. 36, no. 3. – P. 1-5.

Doikov D. N., Andrievsky S. M., Yushchenko A. V. Gas and Dust Emission in Cold Environments with Enhanced Content of Radioactive 4422Ti Isotope // Journal of physical studies. – 2018. – Vol. 22, no. 2. – P. 2901-1–2901-8.

Huan Zhang, You-He Zhou Reconstructing the electrical structure of dust storms from locally observed electric field data // Nature Communications. – 2020. – Vol. 11. https://www.nature.com/articles/s41467-020-18759-0

Fangze Liu, Rong Wu, Jing Wei, Wanyi Nieatal. Recent Progress in Halide Perovskite Radiation Detectors for Gamma-Ray // ACS Energy Lett. – 2022. – Vol. 7. – P. 1066-1085. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00031

Carlos A. López, Carmen Abia, María Consuelo Alvarez-Galván at al. Crystal Structure Features of CsPbBr3 Perovskite Prepared by Mechanochemical Synthesis // ACS Omega. – 2020. – Vol. 5, no. 11. – P. 5931-5938. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b04248

Gould R. J. Direct Positron Annihilation and Positronium Formation in Thermal Plasmas // Astroph. J. – 1989. – Vol. 344. – P. 232. https://doi.org/10.1086/167792

Gould R. J. Energy loss of relativistic electrons and positrons traversing cosmic matter // Astroph. J. – 1975. – Vol. 196. – P. 689-694. https://doi.org/10.1086/153457

Tanaka S., Yamano N., Hata K. et al. Proc. of 8th Int. Conf. on Rad. Shielding, Arlington, 1994, April 24-28. 2. – P. 965; Am. Nucl. Soc. Inc. https://wwwndc.jaea.go.jp/ftpnd/sae/acl.html

Doikov M. Dual Hard and Optical Radiation Detectors for Fast Nuclear Processes. Odessa Astronomical Publications. – 2022. – Vol. 35. – P. 24-29. https://doi.org/10.18524/1810-4215.2022.35.268000

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-09

Номер

№ 61 (2023)

Розділ

Електрофізика

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).