NieuwsWereld

Wetenschappers sturen voor het eerst bliksemschichten met lasers | Fysica

Wetenschappers hebben voor het eerst in het veld bliksemschichten met lasers gestuurd, zo blijkt uit een demonstratie die werd uitgevoerd tijdens zware stormen op de top van een Zwitserse berg.

De prestatie, waarbij vorig jaar gedurende enkele maanden krachtige laserpulsen op onweerswolken werden afgevuurd, maakt de weg vrij voor op laser gebaseerde bliksembeveiligingssystemen op luchthavens, lanceerplatforms en hoge gebouwen.

“Metalen staven worden bijna overal gebruikt om te beschermen tegen bliksem, maar het gebied dat ze kunnen beschermen is beperkt tot enkele meters of tientallen meters”, zegt Aurélien Houard, een natuurkundige aan de École Polytechnique in Palaiseau. “De hoop is om die bescherming uit te breiden tot een paar honderd meter als we genoeg energie in de laser hebben.”

Bliksemschichten zijn enorme elektrische ontladingen die doorgaans meer dan twee tot drie mijl vonken. De lading die in een bliksemschicht wordt vervoerd, is zo intens dat hij 30.000 ° C bereikt, ongeveer vijf keer heter dan het oppervlak van de zon. Elk jaar treffen meer dan een miljard bliksemschichten de aarde en veroorzaken duizenden doden10 keer zoveel verwondingen en schade die in de tientallen miljarden dollars loopt.

Traditionele bliksemafleiders dateren uit de tijd van Benjamin Franklin, die vroeger onweersbuien te paard achtervolgde beroemd vliegerexperiment in 1752. Maar recenter hebben wetenschappers gezocht naar andere manieren om gebouwen en objecten te beschermen tegen schadelijke inslagen.

Schrijven in het journaal Natuur fotonicabeschrijven Houard en collega’s in Zwitserland hoe ze een krachtige laser naar de top van de Säntis-berg in het noordoosten van Zwitserland brachten en parkeerden bij een 124 meter hoge telecomtoren die ongeveer 100 keer per jaar door de bliksem wordt getroffen.

De wetenschappers wachtten op stormen en vuurden tussen juli en september vorig jaar in totaal meer dan zes uur snelle laserpulsen af ​​op onweerswolken. Instrumenten die waren opgesteld om blikseminslagen vast te leggen, toonden aan dat de laser de loop van vier opwaartse bliksemontladingen in de loop van de experimenten afleidde.

Slechts één inslag, op 21 juli, vond plaats in voldoende heldere omstandigheden voor de onderzoekers om het pad van de bliksem vanuit twee richtingen te filmen met hogesnelheidscamera’s op enkele kilometers afstand. De beelden laten zien dat de bliksemschicht het laserpad ongeveer 50 meter volgde, wat suggereert dat de pulsen hielpen bij het sturen van de aanval.

De laser leidt bliksemschichten af ​​door een gemakkelijker pad te creëren voor de elektrische ontlading om naar beneden te stromen. Wanneer laserpulsen in de lucht worden afgevuurd, zorgt een verandering in de brekingsindex van de lucht ervoor dat ze krimpen en zo intens worden dat ze luchtmoleculen om hen heen ioniseren. Dit leidt tot een lange keten van wat de onderzoekers filamenten in de lucht noemen, waar luchtmoleculen snel opwarmen en wegvliegen met supersonische snelheden, waardoor een kanaal van geïoniseerde lucht met een lage dichtheid achterblijft. Deze kanalen, die milliseconden duren, zijn elektrisch beter geleidend dan de omringende lucht en vormen zo een gemakkelijker pad voor de bliksem om te volgen.

De laser is krachtig genoeg om een ​​risico te vormen voor de ogen van overvliegende piloten, en tijdens de experimenten was het luchtverkeer boven het testterrein afgesloten. Maar de wetenschappers geloven dat de technologie nog steeds nuttig kan zijn, aangezien lanceerplatforms en luchthavens vaak aangewezen gebieden hebben waar vliegverboden gelden. “Het is belangrijk om dit veiligheidsaspect in overweging te nemen”, zegt Houard.

Krachtiger lasers die op verschillende golflengten werken, kunnen bliksem over langere afstanden geleiden, voegde hij eraan toe, en zelfs bliksem veroorzaken voordat het een bedreiging wordt. “Je vermijdt dat het ergens anders heen gaat waar je het niet kunt controleren,” zei Houard.

“De kosten van het lasersysteem zijn erg hoog in vergelijking met die van een eenvoudige staaf”, zegt professor Manu Haddad, directeur van het Morgan-Botti Lightning Laboratory aan de Universiteit van Cardiff. “Lasers kunnen echter een betrouwbaardere manier zijn om de bliksemontlading te sturen, en dit kan belangrijk zijn voor de bliksembeveiliging van kritieke grondinstallaties en -apparatuur.”


Source link

Related Articles

Back to top button