Громоотводы веками использовались для направления ударов молнии, но теперь ученые продемонстрировали нечто более совершенное, чем скромный металлический прут. Было показано, что излучение мощного лазера в небо отклоняет разряды молнии, что может привести к созданию лазерных молниеотводов, защищающих более широкую область от опасных ударов.
Молния — одно из самых энергичных природных явлений, высвобождающая миллионы вольт за доли секунды. Это, конечно, может быть разрушительным, повреждая здания, отключая электричество, вызывая пожары и причиняя травмы и смерть.
На протяжении веков нашей лучшей защитой от ударов молнии был громоотвод, простой металлический прут, прикрепленный к высоким зданиям, который притягивает электричество и безопасно направляет его в землю. Но у него ограниченный радиус действия — 10-метровый громоотвод может защитить территорию всего в 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 (Laser Lightning Rod, LLR) включает в себя, как следует из названия, луч лазера в облака во время грозы, чтобы проложить путь наименьшего сопротивления для прохождения электричества. И он может простираться намного дальше, чем громоотвод.
«Когда в атмосферу излучаются лазерные импульсы очень высокой мощности, 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 со средней мощностью 1 кВт, пульсирующую примерно 1000 раз в секунду, высвобождая один джоуль энергии за импульс. Она была установлена на вершине горы Зентис в швейцарских Альпах, рядом с башней, которая ежегодно привлекает около 100 ударов молнии.
Башня-радиотранслятор высотой 123,5 м на на вершине горы Зентис высотой 2502 мнад уровнем моря на северо-востоке Швейцарии. Фото: Unsplash.
В период с июня по сентябрь 2021 года команда тестировала систему во время гроз, пронесшихся по региону. Лазер был направлен в небо возле вершины башни, чтобы попытаться привлечь молнию к лучу до того, как она достигнет обычного громоотвода башни. В течение того лета четыре удара молнии попали в башню, когда был включен лазер, и конечно это изрядно погнуло разряд.
«Мы обнаружили, что после первого случая молнии при включенном лазере, разряд мог следовать за лучом почти на 60 м, прежде чем достиг башни, что увеличило радиус защищаемой поверхности со 120 м до 180 м», — сказал Вольф.
Модель, построенная на основе данных эксперимента с лазерным громоотводом, где отчетливо видно, как молния какое-то время следует за лазерным лучом, прежде чем достичь башни. Фото: Xavier Ravinet - UNIGE.
Идея использования лазеров в качестве громоотводов существует уже давно и показала многообещающие результаты в лабораторных экспериментах, но команда говорит, что это первый раз, когда это было продемонстрировано в реальном мире. Другие ученые предположили, что графеновые тяговые лучи могли бы справиться с этой задачей еще лучше, но для этого потребуются более сложные установки.
По словам команды, конечной целью проекта LLR является использование лазера для расширения влияния 10-метрового громоотвода на 500 м.
Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics. Команда описывает работу в видео ниже.
Отклонение молнии лазерным громоотводом. Видео: UNIGE.
Источник: UNIGE
