Potężny laser, który kieruje promienie w kierunku nieba, aby uniknąć jego efektu | Technika

Od czerwca 1752 roku, czyli prawie 271 lat temu, główne zabezpieczenie budynków i ich mieszkańców przed potężnymi wyładowaniami atmosferycznymi opiera się na wynalazku Benjamina Franklina: piorunochronie. Również urodzony w Bostonie polityk i myśliciel, wykazał, że chmury są ładowane elektrycznością, puszczając latawiec z metalową ramą i uwiązanym przełącznikiem, który przyciąga wyładowanie. Od tego czasu metalowe pręty na budynkach, które łapią pioruny i przenoszą je na Ziemię w celu ich zneutralizowania, uratowały tysiące istnień ludzkich i ważnych obiektów. Fotonika natury Poniedziałek publikuje pierwszy duży przełom od prawie trzech stuleci i skutecznie opanował tę siłę natury. W sumie 28 międzynarodowych naukowców przedstawiło wyniki działania potężnego lasera zdolnego do odbijania promieni w niebo.

Urządzenie jest w stanie wystrzelić tysiąc bardzo krótkich impulsów laserowych na sekundę, aby wygenerować kanał jonizujący, zwany włóknem laserowym, który kieruje wiązkę do atmosfery, tworząc preferowaną ścieżkę wyładowania z dala od wrażliwych miejsc. mówi Clemens Herkommer, inżynier w firmie TRUMPF Scientific Lasers, partner ds Projekt LLR (Laserowy piorunochron lub Laser Lightning Rod) i współautor artykułu.

Urządzenie wielkości dużego samochodu rodzinnego zostało przetestowane na górze Santis w północno-wschodniej Szwajcarii wraz z anteną komunikacyjną o wysokości 123 metrów. Markus Rubinstein, fizyk w Uniwersytet Nauk Stosowanych w Lozannie Podobnie jest z miejscem pracy. Scenariusz był idealny do zademonstrowania, że ​​piorunochron laserowy jest w stanie uwięzić i przekierować wyładowanie w niebo, unikając jego wpływu na media.

„To, co zrobiliśmy, to zmierzyliśmy te pola elektromagnetyczne, aby zrozumieć, jak działają mechanizmy fizyczne i zweryfikować opracowywany przez nas model” – wyjaśnia naukowiec Farhad Rashidi, również współautor artykułu. „Dzięki laserowi” — dodaje Aureline Howard, koordynator z projektuMożemy emitować energię na duże odległości, aby stworzyć trajektorię wiązki i zamienić ją w rodzaj sterowania, opróżniania powietrza za pomocą bardzo silnych impulsów laserowych.

Pomysł wykorzystania intensywnych impulsów laserowych do kierowania wiązek był wcześniej badany w warunkach laboratoryjnych w Nowy Meksykw 2004 r. iw Singapurze w 2011 r. Nie znaleziono jednak dowodów na to, że ta technologia może przekierowywać pobieranie.

Badacze najnowszego eksperymentu przekonują, że pokazane teraz osiągnięcia wynikają z faktu, że „szybkość powtarzania lasera była większa”. podczas bezpiecznika [la generación del canal ionizado], niewielka część generowanych wolnych elektronów jest wychwytywana przez obojętne cząsteczki tlenu. Przy wysokich częstotliwościach powtarzania lasera te naładowane cząsteczki tlenu gromadzą się, zachowując pamięć ścieżki lasera. „Dzisiejsze detonatory laserowe należą do najpotężniejszych w swoim rodzaju”, zapewnia Herkommer.

Wyniki testów pokazują, że podczas ponad sześciu godzin pracy (378 minut) podczas burz wykrytych trzy kilometry od Santis Peak laser został odchylony na ścieżce czterech wyładowań atmosferycznych skierowanych w górę. Potwierdziły to obserwacje fal elektromagnetycznych i rozbłysków rentgenowskich, a jedno z uderzeń zostało zarejestrowane bezpośrednio przez dwie szybkie kamery w odległości odpowiednio 1,4 i 5 km od wieży. Filmy pokazały, że wiązka podążała ścieżką lasera przez ponad 50 metrów.

Autorzy doszli do wniosku, że chociaż „potrzebne są dalsze kampanie i prace teoretyczne”, ich odkrycia poszerzają obecne rozumienie fizyki laserów atmosferycznych i mogą pomóc w opracowaniu nowych strategii. Ludzie ochrony odgromowej oraz infrastrukturę krytyczną, taką jak elektrownie, lotniska i wyrzutnie.

Według danych satelitarnych łączna liczba uderzeń piorunów i Błyskawica na całym świecie od 40 do 120 na sekundę. Oprócz opanowania go za pomocą urządzeń takich jak laser zainstalowany w Szwajcarii, ważne jest, aby go przewidzieć. W tym sensie naukowcy z Federalnej Szkoły Politechnicznej w Lozannie (EPFL) opracowali system sztucznej inteligencji, uzupełniający LLR, do ich przewidywania.

Model pozwala przewidzieć od 10 do 30 minut uderzenia pioruna na obszarze 30 kilometrów z marginesem błędu 20%. System ten zapewnia kluczową przewagę nad istniejącymi systemami, które według Amira Hosseina Mostagabiego, jednego z programistów odpowiedzialnych i również zaangażowanych w badania nad laserem, są „niezwykle powolne i złożone oraz wymagają kosztownych danych zewnętrznych uzyskanych z radaru lub satelitów”.

Najstarszy sposób radzenia sobie te zjawiskaPo wynalezieniu Franklina rakieta przymocowana do długiego uziemionego przewodu została przetestowana w 1965 roku w celu sztucznego zainicjowania wyładowań atmosferycznych. Uruchomiony w odpowiednim czasie, wskaźnik sukcesu tej metody może osiągnąć 90%. Ale są drogie i niebezpieczne ze względu na wpływ upadku pocisku i generują odpady. W 1999 roku zaproponowano zastosowanie laserów, ale dopiero teraz osiągnięto zachęcające wyniki z wieloma korzyściami.

Zgodnie z badaniem LLR: „Proces żarzenia można kontrolować, aby rozpocząć się w odległości do 1 km od źródła lasera”. „Dlatego” – podkreślają autorzy – „można sobie wyobrazić, że generowane kanały mogą służyć, oprócz kierowania wyładowań atmosferycznych, nawet do wyzwalania wyładowań w odpowiednich warunkach klimatycznych”.

Każdego dnia na całym świecie dochodzi do około 8,6 miliona uderzeń piorunów, z których każde przemieszcza się z prędkością ponad 320 000 kilometrów na godzinę, wytwarzając duże ilości energii elektrycznej. „Poprawa ochrony przed piorunami jest teraz bardzo ważna ze względu na poważniejsze zjawiska pogodowe związane ze zmianami klimatycznymi” – mówi. John Lockeprofesor naukowy na University of South Australia (UniSA), jest nieświadomy doświadczeń w Szwajcarii.

W tym sensie naukowiec Abdullah Kahraman, badacz zmian klimatycznych na Uniwersytecie w Newcastle, opublikował w Listy z badań środowiskowych Artykuł naukowy na temat tego, jak globalne ocieplenie zmienia rozkład burz w Europie: „Częstsze uderzenia pioruna nad górami i na północy kontynentu mogą prowadzić do większej liczby pożarów w lasach wyższego poziomu. Widzielibyśmy stosunkowo mniejsze ryzyko wyładowań atmosferycznych w bardziej gęsto zaludnionych obszarach śródmiejskich.” „.

Australijski fizyk zajmujący się plazmą zbadał rolę cząsteczek tlenu, która jest kluczowa w pracy LLR, w określaniu zachowania wyładowań atmosferycznych. Według badania opublikowanego w Fizyka stosowanaI Błyskawica pojawia się, gdy elektrony uderzają w cząsteczki tlenu z siłą wystarczającą do utworzenia wysokoenergetycznych cząsteczek tlenu. „Musimy zrozumieć, w jaki sposób uderzają pioruny, abyśmy mogli znaleźć sposoby na lepszą ochronę budynków, samolotów, drapaczy chmur i ludzi” – mówi Lockie.

Możesz napisać do [email protected]nastąpi technologia kraju w Facebook s Świergot Zarejestruj się tutaj, aby otrzymywać Biuletyn tygodniowy