Згідно з новим дослідженням європейських вчених, лазер можна використовувати як громовідвод. Дослідники використовували потужний промінь, щоб вловити блискавки під час грози над Швейцарськими Альпами. Використання лазерів замість класичних металевих громовідводів може допомогти захистити великі чутливі об’єкти, такі як атомні електростанції.
Блискавка – одне з найбільш вражаючих атмосферних явищ. Підраховано, що цей небесний розряд напругою в сотні тисяч ампер є причиною до 24 000 смертей у світі на рік, а один удар може знищити будівлі, лінії електропередач і цілі гектари лісів і лугів.
Незважаючи на руйнівний потенціал блискавки, наші способи захисту від неї майже не змінилися з тих пір, як Бенджамін Франклін винайшов громовідвод у 1752 році – і досі. Кілька днів тому журнал “Nature Photonics” опублікував дослідження, в якому для управління стихією використовувався спрямований у небо гігантський лазер.
Тестування на вершині гори
Проект Лазерний блискавковідвід (LLR) – це робота вчених з Женевського університету, Політехнічного університету Парижа та багатьох інших науково-технічних установ. Його серцем є потужний лазерний промінь потужністю один кіловат. Конструкцію встановили на вершині гори Сентіс у Швейцарії, на висоті 2502 метри над рівнем моря.
Лазер був спрямований в небо над телекомунікаційною вежею Swisscom. Ця споруда, оснащена класичним громовідводом, є однією з найбільш вразливих до ударів блискавки в Європі. У період з червня по вересень 2021 року лазер вмикався щоразу, коли в регіоні прогнозували грозову активність.
«Наша мета полягала в тому, щоб перевірити, чи зміниться включення лазера», — пояснює координатор проекту Орельєн Хуар з Laboratoire d’Optique Appliquée Парижа. – Ми порівняли дані за часи, коли лазерний промінь був активним, із даними, зібраними під час природного удару блискавки у вежу.
Лазер LLR на вершині гори Сентіс у Швейцарії TRUMPF/Мартін Столберг
Як працює лазерний громовідвод?
Аналіз даних показав, що LLR діяв як громовідвод, притягуючи блискавку. Блискавка слідувала за променем майже 60 метрів, перш ніж влучити у вежу. Важливо, що на відміну від інших лазерів, LLR працює навіть у складних погодних умовах, таких як туман, який часто можна побачити на піку Сентіс, який може зупинити промінь, оскільки він буквально пронизує хмари. Цей результат раніше спостерігався лише в лабораторії.
Як пояснюють автори дослідження, LLR направляв блискавку по лазерному променю, використовуючи канали іонізованого повітря, які є дуже хорошим електропровідником.
«Коли потужні лазерні імпульси випромінюються в атмосферу, всередині пучка утворюються промені дуже інтенсивного світла», — пояснює Жан-П’єр Вольф з Женевського університету. – Вони іонізують молекули азоту та кисню, присутні в повітрі, які потім вивільняють вільні електрони. Це іонізоване повітря, яке називається плазмою, стає електричним провідником, додає він.
Лазер LLR на вершині гори Сентіс у ШвейцаріїTRUMPF/Мартін Столберг
Лазер проти металу
Вчені підкреслюють, що використання лазерів як громовідводів може мати багато застосувань. Традиційний стрижень захищає територію радіусом, який приблизно дорівнює її висоті – громовідвод заввишки 10 м захистить територію радіусом 10 м. Однак, оскільки щогли не можна подовжувати нескінченно, це не оптимальна система для захисту великих таких областях, як аеропорти, вітрові електростанції чи атомні електростанції.
Така проблема не виникає у випадку лазерного променя, який за сприятливих атмосферних умов може простягатися практично нескінченно. Однак вчені вказують на кілька обмежень – використання LLR вимагало закриття прилеглої території для повітряного руху, щоб не спричинити трагічної аварії, а тому його використання в аеропортах вимагатиме створення детальних процедур безпеки.
Наступним кроком дослідників стане розширення радіусу дії лазерного громовідводу. Довгострокова мета полягає в тому, щоб використовувати LLR для розширення 10 метрів блискавкозахисту до вражаючих 500 метрів.
Удар блискавки лазером «громовідвід» – моделюванняКсав’є Равіне/UNIGE
Основне джерело фото: TRUMPF/Мартін Столберг
