레이저 빔은 낙뢰의 경로를 전환합니다.

레이저 빔은 낙뢰의 경로를 전환합니다.

타임 스탬프 : 24 년 2023 월 4 일 오전 45:XNUMX

레이저 유도 번개
레이저 유도 번개 스위스 알프스 산티스 산의 124m 높이 통신탑 옆 하늘로 레이저 빔이 쏘아진다. (제공: TRUMPF/Martin Stollberg)

레이저 빔을 하늘로 발사하면 낙뢰의 경로를 우회할 수 있다는 사실을 국제 과학자 팀이 발견했습니다. 연구원들은 그들의 작업이 공항 및 기타 중요한 인프라에 대한 더 나은 낙뢰 보호로 이어질 수 있을 뿐만 아니라 초단파 레이저의 새로운 대기 응용 분야를 위한 길을 닦을 수 있다고 말합니다.

위성 데이터에 따르면 전 세계적으로 매초 40~120번의 번갯불이 발생합니다. 구름과 지구 표면 사이의 이러한 정전기 방전은 매년 수천 명의 사망과 수십억 달러 상당의 피해를 초래합니다.

낙뢰에 대한 가장 일반적인 보호 장치는 프랭클린 막대라고도 하는 피뢰침입니다. 이 전기 전도성 금속 마스트는 낙뢰에 우선적인 타격점을 제공하고 전기 방전을 안전하게 지면으로 안내합니다.

그러나 프랭클린 봉이 항상 완벽하게 작동하는 것은 아니며 제한된 적용 범위를 제공합니다. 그들이 보호하는 영역의 반경은 대략 높이와 같습니다. 10m 막대는 반경 10m의 영역을 보호합니다. 즉, 인프라의 넓은 영역을 안정적으로 보호하려면 여러 개의 막대 또는 불가능할 정도로 긴 막대가 필요합니다.

대안으로 과학자들은 강력한 레이저 펄스를 사용하여 낙뢰를 안내할 수 있다고 제안했습니다. 이전에는 실험실 조건에서만 탐구되었던 아이디어는 레이저 빔이 움직이는 큰 막대 역할을 한다는 것입니다.

레이저 기반 피뢰침의 기본 이론은 강렬하고 짧은 레이저 펄스가 공기 중으로 발사되어 공기 분자를 이온화하기에 충분히 강해진다는 것입니다. 이온화 레이저 펄스의 길고 좁은 채널을 따라 공기 분자가 빠르게 가열되고 초음속으로 배출됩니다. 이로 인해 주변 지역보다 전기 전도성이 더 높은 밀도가 감소된 수명이 긴 공기 채널이 남게 되어 번개의 전기 방전이 이동할 수 있는 더 쉬운 경로를 제공합니다.

"매우 강력한 레이저 펄스가 대기 중으로 방출되면 빔 내부에 매우 강렬한 빛의 필라멘트가 형성됩니다."라고 설명합니다. 장 피에르 볼프, 제네바 대학의 물리학자. “이 필라멘트는 공기 중의 질소와 산소 분자를 이온화하여 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 방출합니다. 플라즈마라고 불리는 이 이온화된 공기는 전기 전도체가 됩니다.”

이 아이디어를 테스트하기 위해 Wolf와 유럽 및 미국의 연구팀은 유럽의 번개 핫스팟 중 하나인 스위스 북동부의 Säntis 산으로 향했습니다. 이 2500m 산 정상에는 124m 높이의 통신탑이 있어 100년에 XNUMX번 정도 벼락을 맞는다.

팀은 통신탑 근처에 특수 개발된 레이저를 설치했습니다. 대형 자동차의 크기와 무게가 500톤 이상인 레이저는 초당 약 천 펄스의 속도로 피코초 지속 시간과 2021mJ 에너지의 펄스를 방출했습니다. 6.3년 3월과 XNUMX월 사이에 연구원들은 타워의 XNUMXkm 내에서 발생하는 총 XNUMX시간의 뇌우 활동 동안 레이저를 작동했습니다.

16개월의 실험 기간 동안 타워는 최소 XNUMX번의 번개 섬광에 맞았고 그 중 XNUMX번은 레이저 활동 중에 발생했습니다. 네 번의 상향 낙뢰는 모두 레이저에 의해 전환되었습니다. 과학자들은 타워, 전자기장 안테나 및 X-레이 센서에서 낙뢰 전류 측정을 사용하여 낙뢰 방전에 의해 생성된 전자기파 및 X-레이 버스트의 세부 사항을 캡처하여 타격 위치를 확인했습니다.

타격 중 하나의 경로도 두 대의 고속 카메라로 기록되었습니다. 이미지는 낙뢰가 처음에 약 50m 동안 레이저의 경로를 따랐음을 보여줍니다.

Wolf는 "레이저를 사용한 첫 번째 번개 이벤트에서 방전이 타워에 도달하기 전에 거의 60m 동안 빔을 따를 수 있다는 것을 발견했습니다. 즉, 보호 표면의 반경이 120m에서 180m로 증가했습니다."라고 Wolf는 말합니다.

연구원들은 그들의 결과를 자연 Photonics.

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