On the Effects of Bremsstrahlung Radiation During Energetic Electron Precipitation
On the Effects of Bremsstrahlung Radiation During Energetic Electron Precipitation
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高能电子沉淀过程中轫致辐射的影响
DOI：
10.1002/2017gl076510
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发表时间：
2018
影响因子：
5.2
通讯作者：
Kero, Antti
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu, Wei;Marshall, Robert A.;Fang, Xiaohua;Turunen, Esa;Kero, Antti
高能粒子在地球大气层中的沉降可以显著改变高层和中层大气的性质、动力学以及化学成分。本文利用蒙特卡罗模型，从第一性原理出发，模拟了单能电子束与大气的相互作用，着重讨论了韧致辐射过程及其电离产物和大气效应。电离率分布的俯仰角依赖性已经被量化：峰值电离率的高度取决于俯仰角几公里。我们还表明，沉淀的电子能量的形式的韧致辐射光子的运输导致电离的高度显着低于直接碰撞电离，低至20公里的1 MeV沉淀电子。此外，化学模拟结果表明，在高能电子沉淀过程中，由于韧致辐射诱导的电离产生的大气化学效应可能是微不足道的。
Precipitation of energetic particles into the Earth's atmosphere can significantly change the properties, dynamics, as well as the chemical composition of the upper and middle atmosphere. In this paper, using Monte Carlo models, we simulate, from first principles, the interaction of monoenergetic beams of precipitating electrons with the atmosphere, with particular emphasis on the process of bremsstrahlung radiation and its resultant ionization production and atmospheric effects. The pitch angle dependence of the ionization rate profile has been quantified: the altitude of peak ionization rate depends on the pitch angle by a few kilometers. We also demonstrate that the transport of precipitating electron energy in the form of bremsstrahlung photons leads to ionization at altitudes significantly lower than the direct impact ionization, as low as ∼20 km for 1 MeV precipitating electrons. Moreover, chemical modeling results suggest that the chemical effects in the atmosphere due to bremsstrahlung‐induced ionization production during energetic electron precipitation are likely insignificant.
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