Chùm tia laze chuyển hướng đường sét đánh

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã phát hiện ra rằng việc bắn một chùm tia laze lên bầu trời có thể chuyển hướng đường đi của một tia sét. Các nhà nghiên cứu nói rằng công việc của họ có thể dẫn đến khả năng chống sét tốt hơn cho sân bay và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác, cũng như mở đường cho các ứng dụng mới của laser cực ngắn trong khí quyển.

Dữ liệu vệ tinh cho thấy rằng trên toàn thế giới có từ 40 đến 120 tia sét – bao gồm cả sét đánh từ mây xuống đất và sét trên mây – mỗi giây. Sự phóng tĩnh điện như vậy giữa các đám mây và bề mặt Trái đất là nguyên nhân gây ra hàng nghìn cái chết và thiệt hại hàng tỷ đô la mỗi năm.

Biện pháp bảo vệ phổ biến nhất chống sét đánh là cột thu lôi, còn được gọi là cột Franklin. Cột kim loại dẫn điện này cung cấp một điểm tấn công ưu tiên cho sét và hướng dẫn phóng điện xuống đất một cách an toàn.

Nhưng thanh Franklin không phải lúc nào cũng hoạt động hoàn hảo và cung cấp phạm vi bảo hiểm hạn chế. Khu vực chúng bảo vệ có bán kính gần tương đương với chiều cao của chúng: một thanh 10 m sẽ bảo vệ khu vực có bán kính 10 m. Điều này có nghĩa là việc bảo vệ đáng tin cậy các khu vực cơ sở hạ tầng rộng lớn đòi hỏi nhiều thanh cao hoặc không khả thi.

Thay vào đó, các nhà khoa học đã đề xuất rằng các xung laze cường độ cao có thể được sử dụng để định hướng sét đánh. Ý tưởng, mà trước đây chỉ được khám phá trong điều kiện phòng thí nghiệm, là chùm tia laze sẽ hoạt động như một thanh di động lớn.

Lý thuyết cơ bản đằng sau cột thu lôi dựa trên laze là các xung laze cường độ cao và ngắn được bắn vào không khí, nơi chúng trở nên đủ mạnh để ion hóa các phân tử không khí. Dọc theo các kênh xung laser ion hóa hẹp, dài này, các phân tử không khí nhanh chóng bị đốt nóng và trục xuất ở tốc độ siêu thanh. Điều này để lại các kênh không khí tồn tại lâu dài với mật độ giảm dẫn điện tốt hơn các vùng xung quanh, tạo ra một con đường dễ dàng hơn cho sự phóng điện của sét di chuyển dọc theo.

“Khi các xung laze công suất rất cao được phát vào bầu khí quyển, các sợi ánh sáng cực mạnh hình thành bên trong chùm tia,” giải thích Jean-Pierre Sói, một nhà vật lý tại Đại học Geneva. “Những sợi này ion hóa các phân tử nitơ và oxy trong không khí, sau đó giải phóng các electron tự do di chuyển. Không khí bị ion hóa này, được gọi là plasma, trở thành chất dẫn điện.”

Để kiểm tra ý tưởng này, Wolf và một nhóm các nhà nghiên cứu từ Châu Âu và Hoa Kỳ đã đến một trong những điểm nóng về sấm sét của Châu Âu: núi Säntis ở đông bắc Thụy Sĩ. Trên đỉnh ngọn núi cao 2500 m này là một tháp viễn thông cao 124 m bị sét đánh khoảng 100 lần một năm.

Nhóm đã lắp đặt một tia laser được phát triển đặc biệt gần tháp liên lạc. Kích thước của một chiếc ô tô lớn và nặng hơn ba tấn, tia laser phát ra các xung có thời lượng pico giây và năng lượng 500 mJ với tốc độ khoảng một nghìn xung mỗi giây. Từ tháng 2021 đến tháng 6.3 năm 3, các nhà nghiên cứu đã vận hành tia laser trong tổng thời gian XNUMX giờ hoạt động giông bão xảy ra trong phạm vi XNUMX km quanh tòa tháp.

Laser có thể hướng dẫn và kiểm soát đường đi của sét không?

Trong thời gian thử nghiệm kéo dài hai tháng, tòa tháp đã bị ít nhất 16 tia sét đánh trúng, bốn trong số đó xảy ra trong quá trình hoạt động của tia laser. Tất cả bốn tia sét hướng lên này đều bị chuyển hướng bởi tia laze. Các nhà khoa học đã sử dụng các phép đo dòng sét trên tháp, ăng-ten trường điện từ và cảm biến tia X để ghi lại chi tiết về sóng điện từ và các vụ nổ tia X do các tia sét tạo ra để xác nhận vị trí của các cuộc tấn công.

Đường đi của một trong những cuộc đình công cũng được ghi lại bởi hai camera tốc độ cao. Các hình ảnh cho thấy tia sét ban đầu đi theo đường đi của tia laser trong khoảng 50 m.

Wolf cho biết: “Từ sự kiện tia sét đầu tiên sử dụng tia laser, chúng tôi nhận thấy rằng tia phóng điện có thể đi theo chùm tia gần 60 m trước khi đến tháp, nghĩa là nó đã tăng bán kính của bề mặt bảo vệ từ 120 m lên 180 m.

Các nhà nghiên cứu báo cáo kết quả của họ trong Thiên nhiên Photonics.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/