Laserski žarek preusmeri pot udara strele

Izstrelitev laserskega žarka v nebo lahko preusmeri pot udara strele, je ugotovila mednarodna skupina znanstvenikov. Raziskovalci pravijo, da bi njihovo delo lahko privedlo do boljše zaščite pred strelo za letališča in druge kritične infrastrukture ter utiralo pot novim atmosferskim aplikacijam ultrakratkih laserjev.

Satelitski podatki kažejo, da je po vsem svetu vsako sekundo od 40 do 120 strel – vključno s strelami oblak-zemlja in oblaki. Takšne elektrostatične razelektritve med oblaki in zemeljsko površino so vsako leto odgovorne za na tisoče smrti in škodo v vrednosti milijard dolarjev.

Najpogostejša zaščita pred udari strele je strelovod, poznan tudi kot Franklinov drog. Ta električno prevodni kovinski jambor ponuja prednostno točko udara strele in varno vodi električno razelektritev do tal.

Toda palice Franklin ne delujejo vedno popolno in zagotavljajo omejeno pokritost. Območje, ki ga varujejo, ima polmer, ki je približno enak njihovi višini: 10 m palica bo zaščitila območje s polmerom 10 m. To pomeni, da zanesljiva zaščita velikih površin infrastrukture zahteva več ali neizvedljivo visoke palice.

Kot alternativo so znanstveniki predlagali uporabo intenzivnih laserskih impulzov za vodenje udarov strele. Zamisel, ki so jo prej raziskovali le v laboratorijskih pogojih, je, da bi laserski žarek deloval kot velika premična palica.

Osnovna teorija laserskega strelovoda je, da se intenzivni in kratki laserski impulzi sprožijo v zrak, kjer postanejo dovolj intenzivni, da ionizirajo molekule zraka. Vzdolž teh dolgih ozkih kanalov ionizirajočih laserskih impulzov se molekule zraka hitro segrejejo in izženejo z nadzvočno hitrostjo. To pušča za seboj dolgotrajne zračne kanale z zmanjšano gostoto, ki so bolj električno prevodni od okoliških regij, kar ponuja lažjo pot električnim razelektritvam strele.

"Ko se v ozračje oddajajo zelo močni laserski impulzi, se znotraj žarka oblikujejo filamenti zelo intenzivne svetlobe," pojasnjuje Jean Pierre Wolf, fizik na univerzi v Ženevi. »Ti filamenti ionizirajo molekule dušika in kisika v zraku, ki nato sprostijo elektrone, ki se lahko prosto gibljejo. Ta ioniziran zrak, imenovan plazma, postane električni prevodnik.«

Da bi preizkusili to zamisel, so se Wolf in skupina raziskovalcev iz Evrope in ZDA odpravili na eno od žarišč strele v Evropi: goro Säntis v severovzhodni Švici. Na vrhu te 2500 m visoke gore je 124 m visok telekomunikacijski stolp, v katerega strela udari približno 100-krat na leto.

Ekipa je v bližini komunikacijskega stolpa namestila posebej razvit laser. Laser velikosti velikega avtomobila in teže več kot tri tone je oddajal impulze pikosekundnega trajanja in energije 500 mJ s hitrostjo okoli tisoč impulzov na sekundo. Med julijem in septembrom leta 2021 so raziskovalci upravljali z laserjem v skupno 6.3 h nevihte, ki se je zgodila v razdalji 3 km od stolpa.

Ali lahko laserji vodijo in nadzorujejo pot strele?

V dvomesečnem eksperimentalnem obdobju je stolp zadelo najmanj 16 strel, od katerih so se štirje zgodili med lasersko aktivnostjo. Vse štiri udare strele navzgor je preusmeril laser. Znanstveniki so uporabili meritve toka strele na stolpu, antene elektromagnetnega polja in rentgenske senzorje, da bi zajeli podrobnosti elektromagnetnih valov in rentgenskih izbruhov, ki jih ustvarijo razelektritve strele, da bi potrdili lokacijo udarcev.

Pot enega od udarov sta posneli tudi dve hitri kameri. Slike kažejo, da je udar strele sprva sledil poti laserja približno 50 m.

»Od prvega dogodka strele z uporabo laserja smo ugotovili, da lahko razelektritev sledi žarku skoraj 60 m, preden doseže stolp, kar pomeni, da je povečal polmer zaščitne površine s 120 m na 180 m,« pravi Wolf.

Raziskovalci poročajo o svojih rezultatih v Narava fotonika.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/