类别：探索 / 日期：2023-01-19 / 浏览：602 / 评论：0
雷电是最极端的自然现象之一。这是一种突然的静电放电，电压高达数百万伏，电流可达数十万安培。
雷电极具破坏性，森林火灾、电力中断、基础设施受损……在全世界范围内，每年会有多达24000人因雷电死亡，更不用说大范围的破坏了，损失可能高达数百亿。
自1752年本杰明·富兰克林发明避雷针以来，避雷装置几乎没有变化。即使在今天，传统避雷针依旧是最有效的保护形式。它通常都是有着尖头的导电杆，由金属制成，与地面相连，在云层和地面之间为电荷提供了一条低阻的路径，从而有效地保护了建筑物。
它但问题在于保护范围。传统避雷针所保护的表面半径差不多和它的高度相当。可以这么理解，一个10米高的杆差不多能保护一片半径10米的区域。
然而，杆子的高度是不能无限延伸的，而且雷电的发生也毫无规律可循。因此，这种方案并不是保护比如机场、风力发电厂或者核电站这样的大面积敏感地点的最佳系统。
近日，一组欧洲研究团队开发出了一种颇具潜力的替代方案，被称为激光避雷针（LLR）。在瑞士森蒂斯峰顶上进行测试后，他们已经证明了这种方法的可行性。即使在恶劣的天气下，激光避雷针也能有效扩大保护范围。研究结果已发表在《自然·光子学》上。
让空气导电
简单来说，LLR的原理是通过产生电离空气通道，引导雷电沿着它的光束传播。
当非常高功率的激光脉冲被发射到大气中时，在光束内形成了非常强烈的光丝。这些细丝会使空气中的氮和氧分子电离，然后释放出可以自由移动的电子。这些被电离的空气，或者说等离子体，充当了一种有效的电导体。
换句话说，它可以从传统避雷针继续向上延伸，大大增加了高度，进而扩大它保护区域的范围。
若要真正实现LLR，则必须开发一种平均功率为一千瓦、每次脉冲为一焦耳、每次脉冲持续时间为一皮秒的新型激光。研究团队联合产业公司，开发出了这样一种长杆装置，宽1.5米，长8米，重超过3吨。
LLR。（图／Martin Stollberg, TRUMPF）
在这项研究中，这个太瓦级的激光器在位于阿彭策尔海拔2502米的森蒂斯峰顶进行了测试。它聚焦在瑞士电信公司一座124米高的发射塔上，这是欧洲受雷电影响的最大的结构之一，它的塔顶配备了一根传统避雷针。
2021年6月至9月间，每当预测有风暴活动时，研究人员就会启动激光，观察在激光开启和关闭的情况下是否会出现差异。此时，这一地区也必须提前进行空中交通管制。
在这段时间里，高塔至少被击中了15次，其中4次是在激光系统运行期间。他们比较了激光丝在塔上方保护时以及塔被雷电自然击中时收集到的数据，并用了近一年的时间来分析这些数据。
分析表明，LLR的激光可以有效地引导雷电。从第一个使用激光引导雷电的事件中，研究人员发现放电过程可以在闪电距离塔还有近60米时就沿着光束发生，这基本意味着它将保护范围的半径从120米增加到了180米。
数据分析还表明，LLR与其他激光不同，即使在恶劣的天气条件下也能发挥作用，比如森蒂斯峰顶经常出现的可能阻止光束的大雾天气。而激光确实能穿过云层。这种结果先前只在实验室里被观察到。
扩大范围
这个项目前后花费了5年，耗资400万欧元。研究人员为了安装这个激光发射器，不得不将它拆解成一小块一小块，再用缆车运上山顶，并雇佣了瑞士最大的直升机进行安置。
想要真正证明这种技术能有效地捕捉雷电，他们还有很长的路要走。团队下一步希望进一步提高激光的作用高度。长期目标包括使用LLR将10米的避雷针延长500米。
他们还想证明，激光不仅可以引导雷电，也有望触发雷电，“先发制人”地消除威胁。
发表评论 / 取消回复