Ученые впервые управляют молниями с помощью лазерных лучей

Jun 29, 2023

Громоотводы использовались для направления ударов молний на протяжении веков, но теперь ученые продемонстрировали нечто более продвинутое, чем скромная металлическая палка. Было показано, что излучение мощного лазера в небо отклоняет молнии, что может привести к созданию лазерных громоотводов, защищающих большую территорию от опасных ударов.

Молния — одно из самых энергичных природных явлений, высвобождающее миллионы вольт за доли секунды. Это, конечно, может иметь разрушительные последствия, разрушая здания, отключая электроэнергию, вызывая пожары и приводя к травмам и смертям.

На протяжении веков нашей лучшей защитой от ударов молнии был громоотвод — простая металлическая палка, прикрепленная к высоким зданиям, которая притягивает электричество и безопасно направляет его на землю. Но у них ограниченный радиус действия: 10-метровый (33-футовый) громоотвод может защитить территорию площадью всего 10 м вокруг себя. Для защиты такого большого здания, как, скажем, аэропорт или ветряная электростанция, потребуются невероятно большие громоотводы.

Теперь исследователи в Европе продемонстрировали более эффективную новую систему. Лазерный громоотвод (LLR), как следует из названия, предполагает излучение лазера в облака во время грозы, чтобы создать путь наименьшего сопротивления для прохождения электричества. И он может простираться гораздо дальше, чем громоотвод.

«Когда в атмосферу испускаются очень мощные лазерные импульсы, внутри луча образуются нити очень интенсивного света», — сказал Жан-Пьер Вольф, последний автор исследования. «Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода, присутствующие в воздухе, которые затем высвобождают свободные электроны для движения. Этот ионизированный воздух, называемый «плазмой», становится электрическим проводником».

Чтобы продемонстрировать концепцию, ученые разработали новую лазерную систему средней мощностью 1 кВт, пульсирующую примерно 1000 раз в секунду и высвобождающую один Джоуль энергии за импульс. Он был установлен на вершине Сентиса в Швейцарских Альпах, рядом с башней, на которую ежегодно ударяет около 100 молний.

В период с июня по сентябрь 2021 года команда тестировала систему во время ураганов, прокатившихся по региону. Лазер был направлен в небо возле вершины башни, чтобы попытаться направить молнию на луч до того, как он достигнет обычного громоотвода башни. Тем летом в башню ударили четыре молнии, пока был включен лазер, и, конечно же, погнул болт.

«После первого случая лазерной молнии мы обнаружили, что разряд может следовать за лучом почти 60 м (197 футов), прежде чем достигнет башни, тем самым увеличивая радиус защитной поверхности со 120 м до 180 м (от 394 до 590 футов). ), - сказал Вольф.

Идея использования лазеров в качестве громоотводов существует уже давно и показала себя многообещающей в лабораторных экспериментах, но команда говорит, что это первый раз, когда она была продемонстрирована в реальном мире. Другие ученые предположили, что графеновые притягивающие лучи могли бы выполнять эту работу еще лучше, но для этого потребуются более сложные установки.

Конечная цель проекта LLR — с помощью лазера расширить влияние 10-метрового громоотвода на 500 м (1640 футов), говорит команда.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics. Команда описывает работу в видео ниже.

Источник: УНИЖЕ