几个世纪以来,避雷针一直被用来引导雷击,但现在科学家们展示了比简陋的金属棒更先进的东西。向天空发射的高功率激光被证明可以使闪电偏离方向,这可能带来激光避雷针的出现,从而保护更广泛的地区免受危险的打击。
闪电是能量最大的自然事件之一,在几分之一秒内释放出数百万伏的电压。这当然可以是破坏性的,破坏建筑物,切断电源,引发火灾并造成人员伤亡。 几个世纪以来,我们对雷击的最好防御是避雷针,这是一根简单的金属棒,连接在高大的建筑物上,吸引电力并引导它安全地落到地面上。但它们的范围有限--一根10米(33英尺)的避雷针只能保护其周围10米的区域。要保护像机场或风力发电场这样大的建筑物,就需要不可想象的大型避雷针。 现在,欧洲的研究人员已经展示了一个更有效的新系统。激光避雷针(LLR),顾名思义,就是在暴风雨期间将激光射入云层,以形成一条阻力最小的路径,让电流流过。而且它可以比避雷针延伸得更远。 该研究论文的最后一位作者Jean-Pierre Wolf说:"当非常高功率的激光脉冲被发射到大气中时,在光束内形成非常强烈的光丝。这些丝状物使空气中的氮和氧分子电离,然后释放出自由电子来移动。这种被电离的空气,称为'等离子体',成为一种电导体。" 为了证明这一概念,科学家们开发了一个新的激光系统,其平均功率为1千瓦,每秒脉冲约1000次,同时每个脉冲释放出一焦耳的能量。这套系统被安装在瑞士阿尔卑斯山最高的山峰Säntis的山顶上,靠近一座每年吸引约100次雷击的塔。 2021年6月至9月间,该团队在席卷该地区的风暴中测试了该系统。激光被射入塔顶附近的天空,试图在雷电到达塔的常规避雷针之前将其哄骗到光束上。在那个夏天,当激光器被打开时,有四次闪电击中了塔楼,果然它可以使闪电弯曲。
根据激光避雷针的实验数据建立的模型,可以清楚地看到闪电在到达塔楼之前跟随激光束一段时间。 沃尔夫说:"我们从第一个激光闪电事件中发现,放电可以在到达塔楼之前跟随光束近60米(197英尺),从而使保护面的半径从120米增加到180米(394英尺到590英尺)。" 使用激光作为避雷针的想法已经存在了很长时间,并在实验室实验中显示出了前景,但该团队说这是第一次在现实世界中展示。其他科学家提出,石墨烯牵引光束可以做得更好,但这需要更复杂的设置。 该团队说,LLR项目的最终目标是使用激光将10米长的避雷针的影响扩大500米(1640英尺)。 该研究发表在《自然-光子学》杂志上。该团队在下面的视频中描述了这项工作。 |