Laserstraal leidt het pad van blikseminslagen af

Het afvuren van een laserstraal in de lucht kan het pad van een blikseminslag omleiden, heeft een internationaal team van wetenschappers ontdekt. De onderzoekers zeggen dat hun werk kan leiden tot betere bliksembeveiliging voor luchthavens en andere kritieke infrastructuren, en de weg vrijmaakt voor nieuwe atmosferische toepassingen van ultrakorte lasers.

Satellietgegevens suggereren dat er over de hele wereld tussen de 40 en 120 bliksemflitsen zijn - inclusief wolk-naar-grond en wolkbliksem - elke seconde. Dergelijke elektrostatische ontladingen tussen wolken en het aardoppervlak zijn elk jaar verantwoordelijk voor duizenden doden en miljarden dollars aan schade.

De meest voorkomende bescherming tegen blikseminslag is de bliksemafleider, ook wel Franklin-afleider genoemd. Deze elektrisch geleidende metalen mast biedt een voorkeursinslagpunt voor bliksem en geleidt de elektrische ontlading veilig naar de grond.

Maar Franklin-staven werken niet altijd perfect en bieden een beperkte dekking. Het gebied dat ze beschermen heeft een straal die ongeveer gelijk is aan hun hoogte: een staaf van 10 m beschermt een gebied met een straal van 10 m. Dit betekent dat een betrouwbare bescherming van grote delen van de infrastructuur meerdere of onhaalbaar hoge staven vereist.

Als alternatief hebben wetenschappers voorgesteld om intense laserpulsen te gebruiken om blikseminslagen te begeleiden. Het idee, dat voorheen alleen in laboratoriumomstandigheden werd onderzocht, is dat de laserstraal zou werken als een grote beweegbare staaf.

De basistheorie achter een op laser gebaseerde bliksemafleider is dat intense en korte laserpulsen in de lucht worden afgevuurd, waar ze voldoende intens worden om luchtmoleculen te ioniseren. Langs deze lange smalle kanalen van ioniserende laserpulsen worden luchtmoleculen snel verwarmd en met supersonische snelheden uitgestoten. Dit laat langlevende luchtkanalen met een verminderde dichtheid achter die elektrisch beter geleidend zijn dan omliggende gebieden, waardoor de elektrische ontladingen van bliksem zich gemakkelijker kunnen verplaatsen.

"Wanneer zeer krachtige laserpulsen in de atmosfeer worden uitgezonden, vormen zich filamenten van zeer intens licht in de straal", legt uit Jean-Pierre Wolf, een natuurkundige aan de Universiteit van Genève. “Deze filamenten ioniseren de stikstof- en zuurstofmoleculen in de lucht, die vervolgens elektronen vrijgeven die vrij kunnen bewegen. Deze geïoniseerde lucht, plasma genoemd, wordt een elektrische geleider.”

Om dit idee te testen, gingen Wolf en een team van onderzoekers uit Europa en de VS naar een van Europa's bliksemsnelle hotspots: de Säntis-berg in het noordoosten van Zwitserland. Op de top van deze 2500 meter hoge berg staat een 124 meter hoge telecommunicatietoren die zo'n 100 keer per jaar door de bliksem wordt getroffen.

Het team installeerde een speciaal ontwikkelde laser nabij de communicatietoren. Ter grootte van een grote auto en met een gewicht van meer dan drie ton, zendt de laser pulsen uit met een duur van picoseconden en 500 mJ energie met een snelheid van ongeveer duizend pulsen per seconde. Tussen juli en september 2021 bedienden de onderzoekers de laser gedurende in totaal 6.3 uur aan onweersbuien binnen een straal van 3 km van de toren.

Kunnen lasers het pad van de bliksem sturen en beheersen?

Gedurende de twee maanden durende experimentele periode werd de toren geraakt door minstens 16 bliksemflitsen, waarvan er vier plaatsvonden tijdens laseractiviteit. Alle vier deze opwaartse blikseminslagen werden door de laser omgeleid. De wetenschappers gebruikten bliksemstroommetingen op de toren, elektromagnetische veldantennes en röntgensensoren om details vast te leggen van elektromagnetische golven en röntgenuitbarstingen die door de bliksemontladingen werden gegenereerd om de locatie van de inslagen te bevestigen.

Het pad van een van de inslagen werd ook vastgelegd door twee hogesnelheidscamera's. Op de beelden is te zien dat de blikseminslag aanvankelijk ongeveer 50 m de baan van de laser volgde.

"Vanaf de eerste blikseminslag met behulp van de laser ontdekten we dat de ontlading de straal bijna 60 m kon volgen voordat hij de toren bereikte, wat betekent dat de straal van het beschermingsoppervlak toenam van 120 m naar 180 m", zegt Wolf.

De onderzoekers rapporteren hun resultaten in Natuur Fotonica.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/