과학자들이 처음으로 레이저 빔으로 번개를 안내합니다.

Jun 29, 2023

피뢰침은 ​​수세기 동안 번개를 유도하는 데 사용되었지만 이제 과학자들은 보잘것없는 금속 막대보다 조금 더 발전된 것을 보여주었습니다. 고출력 레이저를 하늘로 발사하면 번개를 반사시키는 것으로 나타났으며, 이는 위험한 공격으로부터 더 넓은 지역을 보호하는 레이저 피뢰침으로 이어질 수 있습니다.

번개는 1초도 안 되는 순간에 수백만 볼트의 전류를 방출하는 가장 에너지 넘치는 자연 현상 중 하나입니다. 물론 이는 파괴적이고, 건물을 손상시키고, 전력을 차단하고, 화재를 일으키고, 부상과 사망을 초래할 수 있습니다.

수세기 동안 낙뢰에 대한 최선의 방어책은 피뢰침이었습니다. 피뢰침은 전기를 끌어당겨 안전하게 땅에 떨어뜨리는 높은 건물에 부착된 단순한 금속 막대기였습니다. 그러나 범위는 제한되어 있습니다. 10m(33피트) 피뢰침은 주변 10m 영역만 보호할 수 있습니다. 공항이나 풍력 발전소처럼 큰 건물을 보호하려면 실현 불가능할 정도로 큰 피뢰침이 필요합니다.

이제 유럽의 연구자들은 보다 효과적인 새로운 시스템을 시연했습니다. 레이저 피뢰침(LLR)은 이름에서 알 수 있듯이 폭풍이 치는 동안 구름에 레이저를 발사하여 전기가 흐를 수 있는 저항이 가장 적은 경로를 만드는 것을 포함합니다. 그리고 피뢰침보다 훨씬 더 멀리까지 확장될 수 있습니다.

이번 연구의 마지막 저자인 Jean-Pierre Wolf는 "매우 높은 출력의 레이저 펄스가 대기 중으로 방출되면 매우 강렬한 빛의 필라멘트가 빔 내부에 형성됩니다"라고 말했습니다. "이 필라멘트는 공기 중에 존재하는 질소와 산소 분자를 이온화한 다음 자유 전자를 방출하여 움직입니다. '플라즈마'라고 불리는 이온화된 공기는 전기 전도체가 됩니다."

개념을 입증하기 위해 과학자들은 펄스당 1줄의 에너지를 방출하면서 초당 약 1,000회 펄스를 발생시키는 평균 출력 1kW의 새로운 레이저 시스템을 개발했습니다. 이 장치는 매년 약 100번의 번개가 치는 타워 근처, 스위스 알프스 산티스 정상에 설치되었습니다.

2021년 6월부터 9월 사이에 팀은 폭풍이 지역을 휩쓸었을 때 시스템을 테스트했습니다. 레이저는 타워의 일반 피뢰침에 도달하기 전에 번개를 광선으로 유도하기 위해 타워 꼭대기 근처의 하늘로 발사되었습니다. 그해 여름, 레이저가 켜져 있는 동안 네 번의 번개가 탑에 부딪혔고, 당연히 볼트가 구부러졌습니다.

"우리는 첫 번째 레이저 번개 사건에서 방전이 타워에 도달하기 전에 거의 60m(197피트) 동안 빔을 따라갈 수 있음을 발견했으며, 따라서 보호 표면의 반경이 120m에서 180m(394~590피트)로 증가했습니다. )," 울프가 말했다.

레이저를 피뢰침으로 사용하는 아이디어는 오랫동안 존재해 왔으며 실험실 실험에서 가능성을 보여줬지만 실제 세계에서 시연된 것은 이번이 처음이라고 연구진은 말했습니다. 다른 과학자들은 그래핀 트랙터 빔이 작업을 더 잘 수행할 수 있다고 제안했지만, 그러려면 더 복잡한 설정이 필요합니다.

LLR 프로젝트의 최종 목표는 레이저를 사용하여 10m 피뢰침의 영향을 500m(1,640피트)까지 확장하는 것이라고 팀은 말합니다.

이 연구는 Nature Photonics 저널에 게재되었습니다. 팀은 아래 비디오에서 작업을 설명합니다.

출처: UNIGE