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科学家利用激光制造出人工闪电

2009-01-10 10:07
科技潮人
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自然界中的闪电
 
法国和美国的科学家日前称,他们最近在高度为3200米的山峰上进行了一次模拟试验,利用高能激光装置向经过这里的雷暴发射激光脉冲,首次成功地在自然界中制造出人工闪电。
 
利用激光制造人工闪电
 
在最新一期出版的《光学快报》(Optics Express)杂志上,法国里昂大学的科学家和美国的研究人员联合公布了公布了他们的最新实验情况。法国里昂大学的杰姆·卡斯帕里安是此次研究的负责人,他说,在著名的本杰明·富兰克林风筝实验的现代版中,研究人员们在位于美国新墨西哥州高10500英尺(约3200米)的南伯帝峰顶端放置了一个移动激光器,并向2个经过的雷暴发射激光脉冲,结果在云中产生了雷电活动。杰姆·卡斯帕里安说,“在此次新墨西哥实验中,我们并没有真正产生从空中延伸到地面的全面雷击,不过果真创造出了云中电流的小型局部放电。这项工作展示了人工闪电中先期的闪光。这是使用激光束引发雷击中最重要的第一步,我们首次在雷雨云中发出了闪电先兆。”
 
激光脉冲形成了空中大量的等离子丝极,或者分子的电离通道,从而扮演了类似延伸到雷雨云中导线的角色。卡斯帕里安研究小组使用的激光在等离子通道附近产生了小型局部放电,但是这种放电还不够强大,因此无法形成将闪电一路引导至地面的长命的丝极。研究小组目前计划增加激光脉冲的能量,以产生更多的闪电。传说本杰明·富兰克林为了了解闪电的原理,在暴风天里,利用风筝将钥匙升到天上去吸引雷击,不过这个实验是否为他自己所做已无从考证。他运用掌握的电的知识发明了避雷针,从而保护了建筑物不被雷击。
 
激光闪电武器威力巨大
 
激光不是科学家们用来产生人工闪电的首个方法,20世纪80年代,科学家们曾向雷雨云中发射过小型火箭,他们在火箭上缠绕了长长的电线,并将其与地面连接,以引发雷击。科学家们还曾在实验室中利用普通的微波炉生成过球状闪电。故意引发雷击有助于科学家们了解闪电形成的内在机制,帮助工程师们测试闪电感应的飞机和输电线。最近几年来,激光闪电开始被越来越多的国家运用在军事领域,美国科学家在这方面走在世界的最前列。
 
此前在欧洲召开的光学年会上,美国科学家向世人展示了用激光产生带电空气从而制造闪电武器的可能性,其具体办法是借助超高能量的、存在时间以飞秒计算(1飞秒等于一千万亿分之一秒)的激光做“引子”。美国新墨西哥大学闪电释放现象专家让·克劳德·狄尔斯说,飞秒激光能提供百万亿瓦的脉冲,将空气离子化,使其变成云团。用飞秒激光引出的闪电在目标上空炸响后,会辐射出高强度的电磁脉冲,使半径数十公里内的飞机、雷达、电子计算机、电视机、电话、手机等几乎所有的电子设备都无法正常工作,甚至对人造成难以恢复的严重物理损伤。如果目标出现在空中,如发现敌军战机,可以通过两台高能激光器配合。这两个高能激光器,一台射出高电位激光,同时从另一台高能激光器射出低电位的接地激光,形成放电回路。这样产生的高能量激光可以在瞬间击中飞机、导弹等空中目标。
 
用飞秒激光来控制闪电将大大促进闪电武器的发展。因为与发射火箭不同,人们可以在短时间内密集地反复发射激光。狄尔斯和他的同事们正集中精力研究闪电武器。他认为,制造闪电武器的关键在于让空气离子化,即用激光生成带电空气通道。高能激光器的激光,将通过导电通道放电(闪电)并释放出巨大能量。强大的电流、电磁脉冲和放电产生的声波能对目标产生破坏作用,破坏效果有如目标受到雷击一样。狄尔斯打算把这种飞秒激光发射器安装在一辆小型卡车或货车里,送到能产生电子雷暴的地方。美国佛罗里达技术学院的闪电效果研究员约瑟夫·杜耶尔指出,除了国家科学基金的拨款外,他们从事的闪电科学研究还得到了美国国防部的资金援助。(曾聪)
 
(《光学快报》(Optics Express),Vol. 16, Issue 8, pp. 5757-5763,Jerome Kasparian, Jean-Pierre Wolf)
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