A lézersugár eltéríti a villámcsapások útját

Egy nemzetközi tudóscsoport megállapította, hogy egy lézersugarat az égbe lőve eltérítheti a villámcsapás útját. A kutatók szerint munkájuk jobb villámvédelmet eredményezhet a repülőterek és más kritikus infrastruktúrák számára, valamint megnyithatja az utat az ultrarövid lézerek új légköri alkalmazásai előtt.

Műholdas adatok azt sugallják, hogy a világon másodpercenként 40-120 villám villan fel – beleértve a felhő-föld és a felhő villámokat is. A felhők és a Föld felszíne közötti elektrosztatikus kisülések évente több ezer halálesetért és több milliárd dolláros kárért felelősek.

A villámcsapás ellen a leggyakoribb védelem a villámhárító, más néven Franklin rúd. Ez az elektromosan vezető fémoszlop előnyös csapáspontot kínál a villámcsapás számára, és biztonságosan vezeti az elektromos kisülést a földre.

A Franklin botok azonban nem mindig működnek tökéletesen, és korlátozott lefedettséget biztosítanak. Az általuk védett terület sugara nagyjából megegyezik a magasságukkal: egy 10 m-es rúd 10 m sugarú területet véd. Ez azt jelenti, hogy az infrastruktúra nagy területeinek megbízható védelméhez több vagy kivitelezhetetlenül magas rúd szükséges.

Alternatív megoldásként a tudósok azt javasolták, hogy intenzív lézerimpulzusokkal irányítsák a villámcsapásokat. A korábban csak laboratóriumi körülmények között feltárt elképzelés az, hogy a lézersugár nagy mozgatható rúdként működne.

A lézer alapú villámhárító mögött meghúzódó alapelmélet az, hogy intenzív és rövid lézerimpulzusokat bocsátanak ki a levegőbe, ahol kellően intenzívvé válnak a levegőmolekulák ionizálásához. Az ionizáló lézerimpulzusok hosszú, keskeny csatornái mentén a levegőmolekulák gyorsan felmelegednek és szuperszonikus sebességgel kilökődnek. Ez csökkentett sűrűségű, hosszú élettartamú levegőcsatornákat hagy maga után, amelyek elektromosan vezetőbbek, mint a környező régiók, így könnyebb utat biztosítanak a villámlás elektromos kisüléseinek.

„Amikor nagyon nagy teljesítményű lézerimpulzusokat bocsátanak ki a légkörbe, nagyon intenzív fényszálak képződnek a sugár belsejében” – magyarázza. Jean Pierre Wolf, a Genfi Egyetem fizikusa. „Ezek a filamentumok ionizálják a levegőben lévő nitrogén- és oxigénmolekulákat, amelyek aztán szabadon mozgó elektronokat szabadítanak fel. Ez az ionizált levegő, amelyet plazmának neveznek, elektromos vezetővé válik.

Hogy teszteljék ezt az ötletet, Wolf és egy kutatócsoport Európából és az Egyesült Államokból Európa egyik villámgyors pontjára indult: a Säntis-hegyre Svájc északkeleti részén. Ennek a 2500 méteres hegynek a tetején található egy 124 méter magas távközlési torony, amelybe évente körülbelül 100 alkalommal csap be villám.

A csapat egy speciális fejlesztésű lézert szerelt fel a kommunikációs torony közelében. A nagyméretű, három tonnát meghaladó tömegű lézer pikoszekundumos időtartamú és 500 mJ energiájú impulzusokat bocsátott ki, másodpercenként körülbelül ezer impulzus sebességgel. 2021 júliusa és szeptembere között a kutatók összesen 6.3 órán keresztül működtették a lézert a toronytól számított 3 kilométeres körzetben.

A lézerek irányíthatják és szabályozhatják a villám útját?

A két hónapos kísérleti időszak alatt a tornyot legalább 16 villámcsapás érte, ebből négy lézeres tevékenység során. Mind a négy felfelé irányuló villámcsapást elterelte a lézer. A tudósok a torony villámáram-mérésével, elektromágneses térantennákkal és röntgenérzékelőkkel rögzítették a villámcsapások által keltett elektromágneses hullámok és röntgenkitörések részleteit, hogy megerősítsék a csapások helyét.

Az egyik csapás útját két nagysebességű kamera is rögzítette. A képeken látható, hogy a villámcsapás kezdetben körülbelül 50 méteren keresztül követte a lézer útját.

„A lézert használó első villámcsapáskor azt tapasztaltuk, hogy a kisülés közel 60 méteren keresztül követte a sugarat, mielőtt elérte volna a tornyot, ami azt jelenti, hogy 120 m-ről 180 m-re növelte a védőfelület sugarát” – mondja Wolf.

A kutatók az eredményekről számolnak be Nature fotonika.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/