В США научились управлять ударами молний с помощью лазера...

13.07.2018

Только в США удары молний ежегодно приводят к гибели или серьезным травмам около пятисот человек. А убытки, наноси­мые электрическим компаниям, превышают сто миллионов долларов ежегодно. Конечно, уже более двухсот лет существуют громоот­воды, но сейчас мысль ученых работает над «супергромоотводом», который сможет до­тянуться до самой тучи и безопасно разря­дить ее. Мысль заставить грозовое облако разря­диться в безопасный момент и в безопасном месте возникла более 50 лет назад. Еще тог­да исследователи пробовали запускать в гро­зовые тучи ракеты, которые тащили за со­бой тонкие заземленные провода. Заряд не успев накопиться до напряжения, которое позволило бы молнии пробить воздух, ухо­дит но проводу в землю. Эти опыты прово­дили во Флориде (США).

Но это слишком дорогой и ненадежный способ защиты от молнии. Каждая ракета стоит недешево; запускать их слишком часто невозможно: в густонаселенных райо­нах вряд ли вызовут одобрение частые паде­ния сработавших ракет на землю. Да и доля неудач составляет около 40 процентов — то не сработал двигатель, то провод оборвал­ся... А иногда вызванная молния неожидан­но отрывается от провода и уходит рукавом в сторону.
Около 40 лет назад когда появились мощ­ные лазеры, зародилась идея испытать лазерный громоотвод. Мощный луч вырывает электроны из атомов газов, создавая в воздухе проводящий ионный канал Если удаст­ся довести такой канал прямо до тучи, то по нему разряд уйдет в землю. Надо только пре­дохранить от удара лазерную установку, а для этого луч должен идти в небо не прямо из лазера, а через заземленное или окружен­ное громоотводами зеркало. Такие установ­ки должны стоить достаточно дешево, что­бы их можно было разместить около всех ключевых электростанций и трансформатор­ных подстанций.

Жан-Клод Дьель и его коллеги из универ­ситета Нью-Мексико используют ультрафиолетовый лазер с продолжительностью им­пульса 200 фемтосекунд. И хотя луч такого лазера ионизует лишь один из 10 миллиардов атомов, попавшихся на его пути, этого достаточно. Мощное электричес­кое поле, существующее между тучей и зем­лей, тянет выбитые электроны вверх, разгоняя их до скорости всего в 10 раз меньше скорости света По дороге они сталкивают­ся с другими молекулами, ионизуя их. В воз­духе создается проводящий след. Хотя это происходит всего за 50 микросекунд (милли­онных долей секунды), свободные электро­ны исчезают из воздуха еще быстрее — за несколько наносекунд (миллиардных долей секунды) они соединяются с молекулами кис­лорода. Правда, при этом получаются отри­цательные ионы, которые тоже могут слу­жить проводящим путем, но они проводят ток хуже, чем плазма из электронов. Чтобы обойти эту проблему, Дьель и его коллеги добавили к ультрафиолетовому лазеру крас­ный. луч которого должен опять выбивать эти присоединившиеся электроны — его энергии как раз достаточно на это. А чтобы заземлить тучу не помешал туман или даже сильный ливень, в установку войдет третий лазер — инфракрасный. Его луч будет испа­рять капельки воды по пути основного энер­гетического луча.

Первые лабораторные опыты дали обнадеживающий ре­зультат. Лазерным лучом удалось создать в воздухе проводящий канал длиной 25 санти­метров и вызвать разряд хотя напряжение на заряженном электроде было в четыре раза меньше, чем необходимо для пробоя воздуха. Но для того, чтобы добраться до облаков, надо создать канал метров на сто. Полноразмерная установка для работы с настоящими тучами занимает целую комна­ту. Но уже на подходе уменьшенный вари­ант размером с небольшой письменный стол. Для начала серийного выпуска лазерных громоотводов требуется десятки миллионов долларов. Электрические компании проявляют заинтересованность, но платить пока не спе­шат.

Такие же работы ведутся и в Японии. Но тамошние специалисты предпочитают использовать инфракрасный лазер: у него го­раздо выше кпд, и он ионизует воздух со­всем иначе, чем ультрафиолетовый. Луч ин­фракрасного лазера нагревает воздух на с во ем пути до 10 тысяч градусов, при этом рас­падаются различные загрязнения, всегда име­ющиеся в атмосфере (пыль, частицы дыма и так далее). При распаде их молекул высво­бождаются электроны. Мощное электричес­кое ноле лазерного луча ускоряет эти «зат­равочные» электроны, они выбивают новые электроны из молекул газов, и возникает все возрастающая лавина электронов. Образу­ется проводящий путь. Одна из групп япон­ских ученых, работающих над этой пробле­мой. смогла создать в воздухе проводящий канал длиной 12 метров.

Жан-Клод Дьель полагает, что лазерная разрядка молний позволит не только обезо­пасить людей и технику, но и влиять на погоду. Например, за ударом молнии следует гром, сотрясающий все тело тучи. Он зас­тавляет сливаться мелкие капли воды в круп­ные, которые уже не могут держаться в воз­духе, и начинается ливень. Ученый считает, что, предотвратив молнию, можно будет пре­дотвращать дождь, а возможно — и град.

Понравилась статья? Можете поддержать канал, если хотите - лайком, подпиской, или репостом в соцсетях.