Bez cookies je omezený přístup! Bez COOKIEs je omezený přístup!

Strach z radiačního ozáření je asi ta poslední starost když vás zasáhne blesk. Přesto něco takového hrozí.

Již delší dobu panovalo podezření, že vysoké hustoty energií v blesku dokáží generovat ionizující záření, ale teprve v devadesátých letech minulého století se podařilo domněnku potvrdit. Družice Compton a RHESSI byly postaveny za účelem výzkumu vesmírného gama záření a energetických částic. Mimo jiné však objevily ještě zvláštní třídu gama záblesků pocházejících z bouřkových oblastí na Zemi. Tyto záblesky jsou velice krátké, většinou trvají kolem jedné milisekundy.

Gama záblesky vznikající při úderu blesku směřují většinou nahoru a jsou způsobeny relativistickými elektrony urychlenými obrovskými elektrickými poli v blesku. Vzhledem k tomu, že se jedná o velmi tvrdé gama (za gama fotony považujeme fotony s energií větší než 0.1 MeV, z blesku unikají fotony s energií asi 20x vyšší), vyrojily se brzy obavy, zda blesky nemohou být zdrojem radioaktivních izotopů N₁₃ nebo O₁₅.

Myšlenka to není úplně nová, již před sto lety s podobným nápadem přišel skotský fyzik Charles Wilson, ale tehdejší detekční technika nemohla jeho domněnky potvrdit. To se podařilo až nedávno Teruaki Enotovi a jeho kolegům z Kjótské University, kteří pracovali na detektorech jaderné elektrárny Kashiwazaki-Kariwa v projektu ThunderCloud.

Emblém projektu ThunderCloud (Twiter Teruaki Enoto)

Enotův tým si položil otázku, jak prokázat přítomnost radioaktivních izotopů kyslíku nebo dusíku v době úderu blesku nebo krátce po něm, než atmosférické proudění zředí jejich koncentraci na okraj měřitelnosti. Brzy dospěli k názoru, že takový přístup by byl značně problematický, a zaměřili se na detekci jiných produktů případného štěpení jader.

Nezbývalo než pasivně vyčkávat, až se bouřka přiblíží dostatečně blízko k jejich detektorům. Po několika letech čekání se dočkali. Dva souběžné blesky udeřily ve vzdálenosti asi dva kilometry a současně detektory zaznamenaly silný gama záblesk trvající stovky milisekund.

Patrně tu došlo k tomu, že původní gama záblesk způsobený samotným bleskem se spotřeboval na vyražení neutronů z jader dusíku N₁₄. Volné neutrony byly zakrátko pohlceny jiným jádrem dusíku, který se tím transformoval na excitovaný izotop N₁₅ a posléze vyzářil gama foton. Tento proces nějakou dobu trvá, což vysvětluje dlouhou dobu dosvitu.

Izotopu dusíku N₁₄ se také může přeměnit jeden neutron na proton a obohatit tak naši atmosféru o izotop uhlíku C₁₄. Vraťme se však k prvnímu jádru dusíku, ze kterého byl gama fotonem vyražen neutron. Přeměnil se tak na nestabilní izotop N₁₃, který se inverzním beta rozpadem změní na stabilní atom uhlíku C₁₃. Přitom se z jádra uvolní pozitron.

Neutron je částice složená z protonu a elektronu. Za určitých podmínek se může tento svazek rozpadnout. Pozorovatel proces zaznamená jako přeměnu neutronu v proton, při kterém se vyzářil elektron (a antineutrino). Proud elektronů se nazývá beta záření, proto je tento proces znám jako tzv. beta rozpad.

Jsou ovšem známy i opačné procesy, kdy se proton přemění na neutron. Zdá se to jako nemožné, protože neutron je těžší, proton se rozpadnout nemůže, jemu můžeme jen něco přidat. Zkusme čistě matematický trik. Protonu přidáme elektron tak, že mu odebereme antielektron, takzvaný pozitron. Pak to skutečně vypadá tak, že se proton rozpadá na neutron a pozitron (a neutrino). Mluvíme o inverzním beta rozpadu.

Život pozitronu v našem světě je velice krátký, při první srážce s elektronem anihiluje na dvojici gama fotonů s charakteristickou energií 0.51 MeV. Právě tyto fotony byly registrovány po dobu zhruba jedné minuty.

Schématický nástin procesů, při kterých dává blesk vzniknout radioaktivním izotopům a sekundární spršce gama záření (Twiter Teruaki Enoto)

Vyhodnocování naměřených údajů byla věnována maximální péče. Byl například uvažován i směr a síla větru v době úderu blesku, aby se zohlednily všechny možné vlivy na přístroje. Teruaki Enoto tvrdí, že není možná jiná interpretace naměřených údajů, a tak lze mít za prokázané, že při úderu blesku vznikají radioaktivní izotopy.

Přesto nejsou všechny záhady ještě objasněny. Je možné, že za jiných podmínek dochází k jiným procesům a vznikají jiné izotopy. Měření Enotova týmu můžeme brát jako základ nového oboru, který jistě přinese mnoho dalších záhad. Víme například, že pozemské bouře jsou ve srovnání s elektrickými výboji na jiných planetách zanedbatelné. Je výzvou pro konstruktéry meziplanetárních sond vyvinout přístroje schopné změřit, k čemu dochází při nesrovnatelně mohutnějších výbojích.

Errata: