脉冲！使用强大的激光束成功引导闪电：Karapaia

神奇的自然现象“打雷” 闪电是最极端的自然现象之一，从云层到云层，从云层到地面释放出数百万伏的电流。形势是神圣而美好的，但也是毁灭性的，不仅有停电、森林火灾、基础设施破坏等物质损失，而且每年有24000人丧生。但是防雷的手段已经过时了。自本杰明·富兰克林于 1752 年发明避雷针以来，避雷措施几乎没有改变。由金属制成的避雷针的有效范围等于其长度。也就是说，如果棍子的长度是10米，那么避雷范围就是半径10米。当然，长度也不能无限延长，所以在保护机场、风力发电厂、核电站等大面积区域时，效果并不理想。目前使用的避雷针是安装在要保护的建筑物顶端的棒状导体。图片来自 iStock 下一代避雷针通过将强大的激光照射到大气中来引导闪电 日内瓦大学、巴黎理工学院 自 1999 年以来欧洲的跨学科小组，包括位于洛桑的瑞士联邦理工学院，一直在开发基于激光的避雷针，以取代传统的避雷针。新一代避雷针被称为“激光避雷针”。激光避雷针使用强大的激光将闪电引导到其中，从而形成一条电离空气隧道。激光可以比金属避雷针照射到更高的天空，因此避雷针的长度可以大大延长。结果，也扩大了可以免受雷击的范围。日内瓦大学的 Jean-Pierre Wolfe 教授解释说：“通过用高功率激光脉冲照射大气层，在激光内部形成了一根强光丝。”这根灯丝电离空气中的氮气和氧气分子，让电子自由移动。这种电离的空气被称为“等离子体”，电流在这里很容易流动，因此可以起到避雷针的作用。激光避雷针示范实验成功，通过高功率激光脉冲照射大气层诱发雷电 近日，激光避雷针示范实验终于成功，成果发表在《自然·光子学》（1月20日） 2023 年 16 号）。实验在代表瑞士东部的一座著名山峰上进行，海拔2502米。它发生在乌龟镇曾蒂斯山山顶的通讯塔上。这里是著名的打雷之地，这里每年有 100 次雷击，瑞士电信拥有的通讯塔被认为是欧洲受灾最严重的建筑之一。在 Swisscom 拥有的 124 米通信塔上进行的激光避雷针实验/图片来源：Nature Photonics (2023) 激光避雷针是一种高功率激光器，每秒发射 1000 个脉冲（频率 1 kHz）。发电机被放置在一座 124 米高的电信塔旁边，每当 2021 年 6 月至 2021 年 9 月预报有暴风雨时就会启动。决定性的时刻也被拍了下来。研究人员发布的图像清楚地显示了雷击附着在激光上。激光制导雷击（拍摄于 2021 年 7 月 24 日）。使用安装在 Schwaegalp (a) 和 Kronberg (b) 的高速相机拍摄。激光在蓝天中拍摄的轨迹也被叠加/图片来源：A. Houard 等人，Nature Photonics，2023 证明即使在恶劣天气下也能正常工作。分析大量数据的结果也证明了这一点一年。根据沃尔夫教授的说法，发现闪电会跟随激光近 60 米。也就是说，可避雷的范围从半径120米扩大到180米。雷电感应实验/图片来源：TRUMPF/Martin Stollberg‖还发现激光避雷针即使在恶劣天气下也能正常工作。高功率激光甚至可以穿透云层。因此，即使山顶每天都有雾，它也能正常工作。研究团队接下来的任务是提高激光照射高度。最终，他希望能够用激光避雷针将10米的避雷针延长到500米。参考资料：Deflecting lightning with a laser lightning rod / Deflecting lightning with a laser lightning rod / written by hiroching / edited by / pa入魔