Wetenschap
Wetenschappers vangen röntgenstralen op van opwaartse positieve bliksem
Wereldwijd is bliksem elk jaar verantwoordelijk voor meer dan 4.000 dodelijke slachtoffers en miljarden dollars aan schade; Zwitserland zelf krijgt jaarlijks zo’n 150.000 stakingen te verduren. Het precies begrijpen hoe bliksem ontstaat, is van cruciaal belang om de risico's te verminderen, maar omdat bliksemverschijnselen zich voordoen op tijdschalen van minder dan een milliseconde, zijn directe metingen uiterst moeilijk te verkrijgen.
Nu hebben onderzoekers van het Electromagnetic Compatibility Lab, onder leiding van Farhad Rachidi, van de EPFL's School of Engineering voor het eerst rechtstreeks een ongrijpbaar fenomeen gemeten dat veel verklaart over de geboorte van een bliksemschicht:röntgenstraling.
In een gezamenlijk onderzoek met de Universiteit voor Toegepaste Wetenschappen van West-Zwitserland en de Universiteit van Uppsala in Zweden registreerden ze blikseminslagen op de Säntis-toren in het noordoosten van Zwitserland, waarbij ze röntgenstralen identificeerden die verband hielden met het begin van opwaartse positieve flitsen. Deze flitsen beginnen met negatief geladen ranken (leiders) die stapsgewijs omhoog stijgen vanaf een object op grote hoogte, voordat ze verbinding maken met een onweerswolk, waardoor positieve lading naar de grond wordt overgebracht.
"Op zeeniveau zijn opwaartse flitsen zeldzaam, maar op grote hoogte kunnen ze het dominante type worden. Ze kunnen ook schadelijker zijn, omdat bij een opwaartse flits de bliksem langer in contact blijft met een constructie dan tijdens een opwaartse flits." neerwaartse flits, waardoor het meer tijd heeft om elektrische lading over te dragen", legt Electromagnetic Compatibility Lab Ph.D. kandidaat Toma Oregel-Chaumont.
Hoewel röntgenstraling eerder is waargenomen bij andere soorten bliksem, is dit de eerste keer dat ze zijn vastgelegd via opwaartse positieve flitsen. Oregel-Chaumont, de eerste auteur van een Wetenschappelijke rapporten artikel dat de waarnemingen beschrijft, zegt dat ze waardevolle inzichten bieden in hoe bliksem, en in het bijzonder opwaartse bliksem, ontstaat.
‘Het feitelijke mechanisme waardoor bliksem ontstaat en zich voortplant is nog steeds een mysterie. De waarneming van opwaartse bliksem vanaf hoge constructies zoals de Säntis-toren maakt het mogelijk om röntgenmetingen te correleren met andere gelijktijdig gemeten grootheden, zoals hogesnelheidsvideo-observaties en elektrische waarnemingen. stroming."
Een unieke observatiemogelijkheid
Het is misschien niet verrassend dat de nieuwe waarnemingen in Zwitserland zijn gedaan, aangezien de Säntis-toren unieke en ideale meetomstandigheden biedt. De 124 meter hoge toren staat bovenop een hoge top van de Appenzeller Alpen, waardoor het een uitstekend bliksemdoel is. Er is een duidelijke zichtlijn vanaf naburige pieken en de uitgestrekte onderzoeksfaciliteit staat vol met hogesnelheidscamera's, röntgendetectoren, elektrische veldsensoren en stroommeetapparatuur.
Cruciaal was dat de snelheid en gevoeligheid van deze apparatuur ervoor zorgden dat het team een verschil kon zien tussen negatieve leidersstappen die röntgenstraling uitzonden en degenen die dat niet deden, wat een theorie van bliksemvorming ondersteunde die bekend staat als het Cold Runaway Electron Model. In een notendop ondersteunde de associatie van röntgenstraling met zeer snelle veranderingen in het elektrische veld de theorie dat plotselinge toenames in het elektrische veld van de lucht ervoor zorgen dat elektronen uit de omgeving ‘weglopen’ en een plasma worden:bliksem.
"Als natuurkundige vind ik het leuk om de theorie achter waarnemingen te begrijpen, maar deze informatie is ook belangrijk voor het begrijpen van bliksem vanuit een technisch perspectief:steeds meer structuren op grote hoogte, zoals windturbines en vliegtuigen, worden gebouwd van composiet Deze materialen zijn minder geleidend dan metalen zoals aluminium, waardoor ze meer opwarmen, waardoor ze kwetsbaar zijn voor schade door opwaartse bliksem”, zegt Oregel-Chaumont.
De waarnemingen bij Säntis, waar jaarlijks meer dan 100 blikseminslagen plaatsvinden, zijn nog steeds aan de gang. Vervolgens zijn de wetenschappers van plan een microgolfsensor toe te voegen aan het arsenaal aan apparatuur van de toren; Dit zou kunnen helpen bepalen of het Cold Runaway-model ook van toepassing is op neerwaartse bliksem, aangezien microgolven, in tegenstelling tot röntgenstraling, vanuit de wolken kunnen worden gemeten.