Radioaktivní blesky

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. 

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.

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. 

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. 

Takhle vypadá zpomalený záznam růstu atmosférického výboje, jak ho zaznamenala rychlostní kamera.