Monte Carlo methods on low and high energy atmospheric phenomena

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.