Estimation of the radiation risk to aircrew and aircraft passengers associated with atmospheric electricity events such as terrestrial gamma ray flashes and gamma ray glows
Creators
- Pallu, Melody
- Universite d'Orleans, ecole doctorale energie, materiaux, sciences de la terre et de l'univers, Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace - LPC2E, 3A Avenue de la Recherche Scientifique, 45071, Orleans Cedex 02 (France)
- Institut de Radioprotection et de Surete Nucleaire - IRSN (France)
Description
Thunderstorms produce high-energy events discovered in the 1990's, named terrestrial gamma ray flashes (TGFs) and gamma ray glows. TGFs are bursts of gamma rays, detectable by satellite, which last less than 100 μs. The energy of produced photons can reach ∼40 MeV. Concerning gamma ray glows, they are increases of the background radiation level in thunderstorms, with longer durations (from seconds to tens of minutes) but generating photon fluxes less important. Both events are produced by the same physical processes implying high-energy electrons, named relativistic runaway electron avalanches (RREAs). Those events are produced between 10 and 15 km of altitude, being coincident with commercial flight altitudes. In this thesis, we address the possible additional exposure due to these events for passengers and commercial aircrews. We performed several set of tools to answer this problematic. First, the theoretical estimation of radiation doses delivered by TGFs using numerical simulations shows that high doses are generated by source electrons, however in compact regions. Then, a statistical study estimates the probability for an aircraft to be hit by a TGF, using satellite data and flight routes, is weak. Finally, we present the development of a gamma ray spectrometer to detect these events in close proximity and predictions on the future measurements that will be performed for TGFs and gamma ray glows. (author)
Abstract (French)
Les orages sont le lieu de production d'evenements de haute energie decouverts dans les annees 90, appeles flashs gamma terrestres (TGF), et gamma ray glows. Les TGF sont des bouffees de photons gamma, detectables par satellite, dont la duree est de moins de 100 μs. Les energies des photons produits peuvent atteindre ∼40 MeV. Quant aux gamma ray glows, elles sont des augmentations du rayonnement de fond dans les orages, sur des durees plus longues (quelques secondes a dizaines de minutes) mais generant des flux de photons beaucoup moins importants. Ces deux types d'evenements sont produits par les memes mecanismes physiques impliquant des electrons de haute energie, appeles avalanches d'electrons runaway relativistes. Ces evenements sont produits a des altitudes entre 10 et 15 km, coincidant avec les altitudes des vols commerciaux. Dans cette these, nous adressons le probleme d'une exposition supplementaire due a ces evenements pour les passagers et le personnel navigant de l'aviation civile. Nous avons entrepris differents moyens d'etude afin d'apporter une reponse a cette problematique, en s'appuyant sur diverses methodes. D'abord, l'estimation theorique des doses generees par les TGF a l'aide de simulation numeriques montre que de fortes doses sont generees par les electrons source, cependant dans des regions compactes. Dans un second temps, une etude statistique estime que la probabilite qu'un avion commercial soit touche par la source d'un TGF, en utilisant des donnees satellites et des trajectoires d'avion, est faible. Enfin, nous presentons le developpement d'un spectrometre gamma et les predictions des mesures futures concernant les TGF et les gamma ray glows. (auteur)
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Etude des doses pour le personnel navigant de l'aviation civile liees aux flashs gamma terrestres et autres phenomenes electriques atmospheriques
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 193 p.
- Report number
- FRNC-TH--14982
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54115685
- Subject category
- S61: RADIATION PROTECTION AND DOSIMETRY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- BACKGROUND RADIATION; COMPUTERIZED SIMULATION; ELECTRICITY; GAMMA RADIATION; GAMMA SPECTROMETERS; PHOTONS; RADIATION DOSES; RELATIVISTIC RANGE; RUNAWAY ELECTRONS
- Descriptors DEC
- BOSONS; DOSES; ELECTROMAGNETIC RADIATION; ELECTRONS; ELEMENTARY PARTICLES; ENERGY RANGE; FERMIONS; IONIZING RADIATIONS; LEPTONS; MASSLESS PARTICLES; MEASURING INSTRUMENTS; RADIATIONS; SIMULATION; SPECTROMETERS
Optional Information
- Notes
- [130 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses