Monte Carlo simulations of nuclear processes during solar flares in a magneto active plasma

As erupções solares são fenômenos explosivos que envolvem a liberação de energia de 1027 a 1032 erg na atmosfera solar em dezenas de segundos a dezenas de minutos, manifestada como emissão de radiação quase em todo o espectro eletromagnético, às vezes associado a movimentos de massa envolvendo a fuga de partículas energéticas. Nós fazemos ainda não entendi completamente os mecanismos precisos pelos quais a energia é armazenada no campo magnético circula acima das regiões ativas e repentinamente liberado. Além disso,não entendemos totalmente o mecanismo que acelera as partículas. Não obstante,sabemos que a reconexão magnética em plasmas tênues desempenha um papel fundamental. Monte Simulações de Carlo, incluindo campos magnéticos, tornam-se computacionalmente impraticáveis em o contexto da explosão solar, uma vez que o comprimento dos loops magnéticos, milhares de km, é várias ordens de magnitude maiores do que o gyroradius das partículas envolvidas,de cm a m dependendo da espécie de partícula e da força do campo magnético. Para resolver este problema, nós escrevemos um novo módulo para o pacote Geant4 usando a abordagem do Centro de Orientação (GC), em que o movimento das partículas é medido ao longo de um gyrofrequency. Descrevemos a formulação e implementação deste método, em em particular, lidando com a incerteza na girofase, de modo que as velocidades das partículas são bem definidas para entrada para as reações de tratamento dos módulos Geant4. A modelagem da produção de partículas secundárias por íons energéticos na presença de campos magnéticos dentro da abordagem GC, o que permite reduzir o tempo de execução de simulações de dois a cinco ordens de magnitude em comparação com a abordagem padrão de Newton-Lorentz, fornecerá uma estrutura para interpretar as observações detalhadas esperadas de instrumentos de ponta, como ALMA e LLAMA, bem como gammaray existente medições do satélite Fermi e experiências anteriores.Solar flares are explosive phenomena involving the energy release of 1027 to 1032 erg in the solar atmosphere in tens of seconds to tens of minutes, manifested as emission of radiation nearly over the entire electromagnetic spectrum, sometimes associated with mass motions involving the escape of energetic particles. We do not yet completely understand the precise mechanisms by which energy is stored in the magnetic field loops above active regions and suddenly released. Moreover, we do not fully understand the mechanism that accelerates particles. Nonetheless, we know that magnetic reconnection in tenuous plasmas plays a key role. Monte Carlo simulations including magnetic fields become computationally impractical in the solar flare context since the length of the magnetic loops, thousands of km, is several orders of magnitude larger than the gyroradius of the particles involved, from cm to m depending on the particle species and the magnetic field strength. To address this problem we have written a new module for the Geant4 package using the Guiding Centre (GC) approach, in which the particle motion is averaged over a gyrofrequency. We describe the formulation and implementation of this method, in particular dealing with the uncertainty in the gyrophase so that particle velocities are well-defined for input to the Geant4 modules handling reactions. The modelling of secondary particle production by energetic ions in the presence of magnetic fields within the GC approach, which allows to reduce the runtime of simulations from two to five orders of magnitude compared to the standard Newton-Lorentz approach, will provide a framework for interpreting the detailed observations expected from leading-edge instruments such as ALMA and LLAMA, as well as existing gammaray measurements from the Fermi satellite and earlier experiments.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paul