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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/39672
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Title: Monte Carlo methods on low and high energy atmospheric phenomena
Authors: Diniz, Gabriel Sousa
Orientador(es):: Ferreira, Ivan Soares
Assunto:: Método de Monte Carlo
Neutron emission
Terrestrial Gamma ray Flashes
Issue Date: 27-Nov-2020
Citation: DINIZ, Gabriel Sousa. Monte Carlo methods on low and high energy atmospheric phenomena. 2020. xviii, 143 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Abstract: Emissões de radiação e partículas com energia de até 100 MeV foram detectadas em solo e relacionadas com nuvens de tempestade. Este fenômeno envolve um conjunto de partículas, começando com elétrons acelerados que produzem fótons e; em combinação com estes fótons; re- sultam em uma avalanche de cargas elétricas e promovem descargas como o relâmpago ao mesmo tempo que produzem as emissões conhecidas como Terrestrial Gamma ray Flashes. Os fótons desse fenômeno estão em uma janela de energia a qual os permite interagir com as partículas do ar via Giant Dipole Resonance, o que resulta na emissão de nêutrons e prótons. Este trabalho pre- tende analisar os Terrestrial Gamma ray Flashes tanto por sua produção hadrônica, i.e. nêutrons e prótons, quanto pelo aceleramento de elétrons que os originam. Através de simulações Monte Carlo, analiza-se os campos elétricos necessários para colocar um elétrons em estado de runaway. Este estado significa que há maior ganho de energia pelo campo elétrico do que perda de energia pelas colisões, sendo condição necessária para a origem do Terrestrial Gamma ray Flashes. Aqui, verifica-se a possibilidade de runaway com campos elétricos mais baixos que anteriormente reg- istrados. Por outro lado, simulações Monte Carlo, de feixes de fótons direcionados ao solo e com energia entre 10-100 MeV foram implementadas para comparar a detecção de nêutrons no solo com a literatura atual, assim como quantizar a produção dos nêutrons e prótons, estes últimos, ainda não detectados. Os resultados mostram que há uma produção de prótons comparável a de nêutrons, enquanto a detecção de nêutrons se concentra em 0,5 km de distância do eixo de sime- tria da fonte e produzem uma assinatura em fótons de energia ≈ 1 MeV no solo por causa das colisões com ar.
Abstract: Particles and radiation emissions with energy up to 100 MeV were detected at ground and related to thunderclouds. A variety of particles is produced during these emissions, starting with acceler- ated electrons that emit photons and, together with the photons, are responsible for an avalanche of accelerated charges that result on discharges such as the lightning and the phenomenon known as Terrestrial Gamma ray Flashes. The energy of these photons cover the range of Giant Dipole Resonance, an interaction which results in the emission of neutrons and protons. This work ana- lyzes the Terrestrial Gamma ray Flashes both by its hadronic production (neutrons and protons) and by the electron acceleration that originates them. Monte Carlo simulations are implemented to investigate the probability of low electric fields driving electrons to runaway state. Such state is characterized by a higher energy gain due to the electric field than energy loss by collisions. It is verified a possibility of runaway state with electric fields lower than it was previously observed. The investigation of the photonuclear reactions were through simulations with Monte Carlo tech- niques of monodirected beams of photons with energy between 10 and 100 MeV to compare the detection at ground level of the produced neutrons with the results on the literature, as well as the neutron and proton production, although there is no record of proton detection yet. The results shown a comparable production of protons and neutrons, a concentration of the detected neutrons at a radius of 0.5 km from the simulation symmetry axis and a photon signature (with energy in the order of 1 MeV) on ground that is produced by the neutrons movement toward the ground due to collisions with the air.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2020.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
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