Для перенаправления ударов молнии в безопасное место люди используют громоотводы.
Привычный всем громоотвод — это металлический штырь, который во время грозы накапливает заряд на своём конце и таким образом притягивает удар молнии.
Последний представляет собой электрический разряд. Вкратце напомним, что молнии "простреливают", когда накопленные объектами на поверхности планеты и атмосферными объектами заряды становятся слишком большими. Когда система выходит из равновесия, происходит электрический разряд – заряженные частицы протекают по проводящему ток "стволу" молнии.
В случае классического громоотвода он является конечной точкой удара молнии, перенаправляя разряд на заземлитель.
Но радиус действия громоотвода более чем скромный — громоотвод длиной 10 метров может защитить территорию радиусом примерно в 10 метров. Обычно он предназначен для защиты какого-то конкретного участка поверхности планеты, от которого он и "отвлекает внимание" молний.
Соответственно, обычный громоотвод не подходит для защиты таких больших зданий, как, скажем, аэропорт или электростанция. Для них требуются невероятно большие громоотводы или же группа громоотводов.
Но теперь учёные испытали в полевых условиях гораздо более совершенное устройство. Они продемонстрировали, что мощный луч лазера, направленный в грозовое облако, отклоняет разряды молнии.
Эта разработка может привести к созданию лазерных молниеотводов, которые будут защищать обширные области от разрушений, связанных с ударами молний.
Молния — одно из самых "энергичных" природных явлений. Этот электрический разряд снимает напряжение в миллионы вольт да ещё и за доли секунды. Невероятно высокая сила тока в искровом разряде порождает ударную волну (гром) и ярчайшую вспышку света.
Молния, попадающая в объекты на земле, может вызвать возгорание и повредить электрическое оборудование. А ударная волна от электрического разряда, сравнимого с мощным взрывом, может породить разрушения и травмировать людей, даже если молния не попала в них непосредственно.
Не говоря о том, что прямое попадание молнии в человека обычно заканчивается его смертью. Потому инженеры постоянно разрабатывают новые способы уменьшить столь серьёзную угрозу.
Принцип работы нового устройства соавтор исследования Жан-Пьер Вольф объясняет так: "Когда в атмосферу излучаются лазерные импульсы очень высокой мощности, внутри луча образуются нити очень интенсивного света. Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода в воздухе, которые затем высвобождают свободные электроны для движения. Этот ионизированный воздух, называемый "плазмой", становится электрическим проводником".
Так как создаваемый канал хорошо проводит ток, то разряд с радостью идёт по этому пути наименьшего сопротивления. Таким образом учёные получают возможность контролировать удары молний.
Изначально исследовательская группа предложила и даже реализовала в лабораторных условиях эту идею уже довольно давно.
Но в реальных условиях работа лазерного громоотвода была продемонстрирована впервые.
Устройство было установлено на вершине Сентис в швейцарских Альпах, рядом с радиобашней высотой 120 метров, которая к тому же расположена на высоте 2500 метров над уровнем моря. Такой "громоотвод" ежегодно привлекает от 100 до 400 ударов молнии. Идеальное место для тестирования новой технологии в реальных условиях.
В период с июня по сентябрь 2021 года команда использовала свою лазерную систему во время гроз, которые в эти месяцы бушуют в данном регионе.
Лазер был направлен в небо рядом с вершиной башни, чтобы "притягивать" молнию к лучу до того, как она достигнет обычного громоотвода, установленного на башне. В течение того лета, когда был включён лазер, лишь четыре удара молнии попали в башню. Как и ожидалось, именно он принял на себя все остальные удары.
По словам учёных, радиус защищённой от молний поверхности достиг 180 метров.
Конечной целью проекта является расширение этого "радиуса безопасности" вокруг стандартного 10-метрового громоотвода на вершине горы до 500 метров.
Добавим, что доставить лазерный громоотвод на гору представляло собой отдельную техническую трудность. Установка весит 29 тонн, 18 из которых приходилось на бетонные блоки. Они защищали установку от ураганных ветров скоростью почти 200 км/ч.
"В противном случае вся эта конструкция могла быть сдвинута с места, а то и вовсе улетела бы", – рассказывает Вольф.
Учёным понадобилось две недели, чтобы собрать массивную структуру. Также они организовали пятикилометровую бесполётную зону вокруг работающего лазера. Для самолётов установка опасности не представляет, но лазерный луч может повредить зрение человека, если посмотреть на источник излучения.
Ранее мы рассказывали о том, что эту задачу могли бы ещё лучше выполнять графеновые лучи, но для этого потребуются более сложные установки.
Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Научпоп" на медиаплатформе "Смотрим".
