Naukowcy użyli potężnego lasera, aby odbić błyskawicę

Zapisz się do biuletynu naukowego teorii cudów CNN. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o ekscytujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.



CNN

Naukowcom udało się stworzyć wirtualny piorunochron z dużym, potężnym laserem na szczycie góry w Szwajcarii, który z powodzeniem usuwał uderzenia pioruna z drogi.

Technologia odbijania błyskawic niewiele się zmieniła od czasu wynalezienia jej przez Bena Franklina piorunochron w 1752 r. Pręt Franklina lub spiczasty metalowy słup na szczycie budynków i innych konstrukcji narażonych na uderzenia pioruna zatrzymuje piorun i bezpiecznie kieruje uderzenia na ziemię.

Jednak strefa ochronna prętów Franklin jest zależna od ich wysokości – piorunochron o wysokości 10 metrów (32,8 stopy) ochroni obszar o promieniu 10 metrów.

Ponieważ wysokość piorunochronów nie jest nieskończona, duże rozpiętości, takie jak lotniska, wyrzutnie, elektrownie, farmy wiatrowe i elektrownie jądrowe, stanowią wyzwanie. Pioruny powodują do 24 000 zgonów rocznie i może spowodować przerwy w dostawie prądu, pożary lasów i zniszczenie infrastruktury, zgodnie z art badanie, które szczegółowo opisuje wyniki opublikowane w poniedziałek w czasopiśmie Naturalna fotonika.

Naukowcy postanowili sprawdzić, czy wiązka laserowa skierowana w niebo może działać jak jeden duży wirtualny i przenośny piorunochron. Wcześniejsze badania potwierdziły pogląd, że impulsy laserowe mogą wpływać na trajektorię uderzenia pioruna, ale ta praca została wykonana tylko w laboratorium.

Laser wielkości dużego samochodu został zainstalowany w pobliżu wieży telekomunikacyjnej na szczycie góry Säntis w północno-wschodniej Szwajcarii. Piorun uderza w wieżę około 100 razy w roku.

Naukowcy aktywowali laser latem 2021 roku od czerwca do września przez ponad sześć godzin podczas burz. Laserowy piorunochron, jak nazywają go członkowie europejskiego konsorcjum, które go opracowało, był w stanie skierować cztery uderzenia pioruna.

Szybkie kamery zarejestrowały uderzenia, a inne obserwacje przeprowadzono przy użyciu zarówno fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości wytwarzanych przez pioruny, jak i rozbłysków rentgenowskich związanych z uderzeniami.

„Kiedy impulsy laserowe o bardzo dużej mocy są emitowane do atmosfery, wewnątrz wiązki tworzą się włókna bardzo intensywnego światła” – powiedział współautor badania Jean-Pierre Wolf, profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie Genewskim.

„Te włókna jonizują cząsteczki azotu i tlenu w powietrzu, które następnie uwalniają elektrony, które mogą się swobodnie poruszać. To zjonizowane powietrze, zwane plazmą, staje się przewodnikiem elektrycznym.

Kanały naładowanych cząstek w laserze pomogły kierować uderzeniami piorunów wzdłuż wiązki laserowej. Laser był w stanie wystrzelić do 1000 impulsów na sekundę.

Laserowy piorunochron waży ponad 3 tony, ma 1,5 metra szerokości i 8 metrów długości.

Urządzenie zostało przetestowane na wysokości 2502 metrów (8208 stóp) na szczycie góry Säntis i zostało zaprojektowane przez TRUMPF Science Lasers w Monachium w Niemczech do pracy nawet w trudnych warunkach pogodowych, takich jak mgła, która często unosi się wokół szczytu góry.

Według naukowców piorun podążał za wiązką laserową przez kilkadziesiąt metrów, zanim dotarł do wieży (w kolorze czerwonym i białym).

„Główną trudnością było to, że była to kampania naturalnej wielkości. Musieliśmy przygotować środowisko, w którym moglibyśmy zamontować i chronić laser” – powiedział współautor badania, Pierre Walch, doktorant w Joint Research Unit Laboratoire d’Optique Appliquée. z Politechniki Paryskiej, W oświadczeniu École Polytechnique i ENSTA Paris, francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych.

Ilekroć podczas testu przewidywano aktywność burzową wokół góry, obszar ten był zamknięty dla ruchu lotniczego.

„Celem było sprawdzenie, czy istnieje różnica z laserem lub bez” – powiedział w oświadczeniu główny autor badania Aurélien Houard, badacz z Laboratoire d’Optique Appliquée. „Porównaliśmy dane zebrane, gdy włókno laserowe zostało wykonane nad wieżą i kiedy w wieżę w naturalny sposób uderzył piorun”.

Zespół badawczy pracował prawie rok nad analizą danych zebranych podczas eksperymentu.

„Od pierwszego wyładowania atmosferycznego, w którym użyto lasera, odkryliśmy, że wyładowanie może podążać za wiązką prawie 60 metrów (196 stóp) przed dotarciem do wieży, co oznacza, że ​​zwiększyło promień powierzchni ochronnej ze 120 metrów (393 stóp) do 180 metrów (590 stóp).

Następnie zespół badawczy chce zwiększyć możliwości lasera poprzez rozszerzenie jego zasięgu i strefy ochronnej, mając nadzieję, że pewnego dnia będzie mógł być stosowany jako alternatywa dla tradycyjnego piorunochronu na dużych obszarach.

Leave a Comment