NieuwsWereld

Lasergestuurde bliksemafleider tilt de uitvinding van Ben Franklin naar nieuwe hoogten

Opmerking

Benjamin Franklin wordt gecrediteerd voor het uitvinden van de bliksemafleider, en gedurende zo’n 270 jaar is hij gebleven het belangrijkste hulpmiddel om gebouwen te beschermen tegen destructief en potentieel dodelijk bliksemschichten. Maar nu heeft een ambitieus experiment op een Zwitserse bergtop aangetoond dat een laserstraal ook kan helpen het pad van de bliksem te bepalen, waardoor de effectiviteit van de Franklin-staaf hoog in de lucht wordt vergroot.

Bliksemafleiders zijn gemaakt van metaal, dat elektriciteit veel beter geleidt dan de omringende lucht en helpt de bliksem onschadelijk naar de grond te leiden. De bescherming die een traditionele bliksemafleider biedt, beslaat een gebied met een straal die ongeveer gelijk is aan de hoogte van de staaf.

Het idee achter lasergestuurde bliksem is om dat beschermende gebied uit te breiden door de bliksemafleider te laten functioneren alsof hij honderden meters hoger zweeft, tot hoogtes die onpraktisch en kostbaar zouden zijn voor een fysiek object.

De verslag doen vanmaandag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics, beweert dat krachtige lasers kunnen worden ingezet om gevoelige locaties zoals luchthavens en lanceerplatforms te helpen beschermen.

Tientallen jaren van laserexperimenten in laboratoria toonden eerder aan dat lasers in principe nuttig zouden zijn om de hemel te temmen. Het rapport stelt dat dit de eerste keer is dat het concept in de echte wereld wordt gedemonstreerd te midden van een echte storm.

Joseph Dwyer, een natuurkundige van de Universiteit van New Hampshire die geen deel uitmaakte van het onderzoek en expertise heeft in de fysica van bliksem, prees het rapport als “een grote stap voorwaarts”.

“Mensen proberen dit soort dingen al heel lang met lasers te doen,” zei Dwyer. “Het gebruik van lasers in plaats van een bliksemafleider, of het gebruik van lasers om bliksem te activeren of te sturen, is een fascinerend idee. Het lijkt een no-brainer, maar het blijkt heel moeilijk om te doen.”

Het experiment werd uitgevoerd op de berg Säntis, in het noordoosten van Zwitserland. Een 407 voet (124 meter) communicatietoren daar, uitgerust met een bliksemafleider, wordt ongeveer honderd keer per jaar ingeslagen.

De onderzoekers plaatsten een auto ter grootte van een auto apparaat voor het genereren van een high-power, snelvuur laser naast de communicatietoren en vuurde tijdens stormachtig weer pulsen de lucht in. De laser creëerde niet alleen een lichtstraal, maar ook een kanaal van uitgedunde lucht dat de bliksem wenkte.

Terwijl de laser afvuurde, absorbeerden en verdreven luchtmoleculen de laserenergie zeer snel, waardoor langlevende kanalen van verwarmde lucht met verminderde dichtheid achterbleven. Die kanalen fungeerden als een voorkeurspad voor de bliksem.

Gedurende een cumulatieve zes uur tijdens een reeks zomerstormen van meerdere weken, leidde het atmosferische kanaal dat door de laser werd gecreëerd vier bliksemschichten om.

Een weergave laat zien wat er in 2021 gebeurde toen wetenschappers een laser als bliksemafleider gebruikten. (Video: Scientify – UNIGE)

Hogesnelheidscamera’s legden beelden vast vanuit twee verschillende hoeken van een van de blikseminslagen. Ze duidelijk laat zien hoe de bout in het laserkanaal duikt en er meer dan 50 meter langs reist.

Ondanks de succesvolle test, op laser gebaseerde bliksemafleiders staan ​​​​niet op het punt om op te duiken bij Home Depot.

“Het is een technologie die kan worden gebruikt om zeer grote structuren te beschermen”, vertelde de hoofdauteur van het onderzoek, Aurélien Houard van École Polytechnique in Parijs, aan The Washington Post. “Het is vrij duur. Het kost ongeveer 1 miljoen euro. Je zou het niet gebruiken voor een kleine bescherming. Je zou het gebruiken voor een vliegveld, waar je veel vliegtuigen hebt, of een lanceerplatform voor raketten.”

De laser die in het experiment wordt gebruikt, is niet het soort laser dat een professor zou gebruiken tijdens een PowerPoint-presentatie. Het produceerde tot wel duizend pulsen per seconde. Dat ongewoon snelle afvuren van de laser was cruciaal om dit experiment te laten slagen, terwijl eerdere pogingen dat niet deden, zei Houard.

De onderzoekers geloven dat de snelheid van die pulsen de atmosferische veranderingen op het nippertje veroorzaakte om een ​​kolom hete lucht te creëren die elektrische ontlading bevordert. “De bliksemverschijning kan heel snel zijn,” zei Houard. Het snelle pulseren van de laser verbeterde de kans dat de bliksemschicht in het kunstmatig gecreëerde atmosferische kanaal terechtkwam.

Bliksem is een elektrostatische ontlading die vele vormen kan aannemen – soms neerdalend vanuit de wolk naar de grond, soms opstijgend vanaf het oppervlak, soms kronkelend in een enkele wolk of springend van de ene wolk naar de andere. Het is gevaarlijk. Volgens het Nature Photonics-rapport worden jaarlijks wereldwijd meer dan 4.000 bliksemdoden bevestigd.

Jean-Pierre Wolf, een natuurkundige aan de Universiteit van Genève en leider van het experiment, zei in een e-mail dat alleen al in de Verenigde Staten bliksemschade meer dan $ 3 miljard per jaar kost.

Blikseminslagen vormen ook een gevaar voor elektronica, inclusief de gevoelige apparatuur op commerciële vliegtuigen en ruimtegebonden raketten.

Launchpads gebruiken meestal meerdere bliksemafleiders in een omtrek rond de lanceertoren. Maar bliksemstormen blijven een punt van zorg voor NASA en het leger, dat te maken krijgt met kostbare vertragingen wanneer raketten van het platform moeten worden teruggetrokken om het risico op een schadelijke bliksemschicht te verkleinen.

Het experiment in Zwitserland heeft misschien het principe van lasergestuurde bliksem gedemonstreerd, “maar we zijn nog ver verwijderd van de technologie om iedereen tegen bliksem te beschermen”, zegt Dwyer, natuurkundige van de Universiteit van New Hampshire.

Hij wees erop dat er voor de meeste mensen een eenvoudige, traditionele, niet-technologische manier is om het risico op blikseminslag te verkleinen: “Als je onweer hoort, ga dan naar binnen.”


Source link

Related Articles

Back to top button