速射激光变身“避雷针”

2023-01-29 09:36

来源：中国科学院

科学家通过实验首次证明，快速发射的激光可以转移闪电。这项研究表明，激光束可以用作保护基础设施的“避雷针”，尽管这可能还需要点时间。相关研究1月17日发表于《自然－光子学》。

“这一成就令人印象深刻，科学界已经为此努力了20多年。”并未参与这项研究的希腊克里特大学激光物理学家Stelios Tzortzakis说，“这种方法是否有用，只有时间才能证明。”

金属避雷针通常用于转移雷击并安全消散电荷。但避雷针大小有限，意味着它们保护的区域也有限。

物理学家一直想知道激光能否对建筑设施增强保护，因为它可以比物理结构射向更高的天空，而且可以指向任何方向。尽管实验室演示很成功，但Tzortzakis说，科学家一直未在实地试验中取得成功。

为改变这种状况，由25名研究人员组成的团队参与了激光避雷针项目，他们在瑞士阿尔卑斯山用一个斥资200万美元特别制造的高功率激光器做了试验。研究者将激光器放置在经常被闪电击中的Santis电信塔旁边。

“这个项目的结果所有人都在翘首期盼。”奥地利维也纳大学激光物理学家Valentina Shumakova说。

就像金属线一样，足够强的激光束能给闪电创造一个传导路径。物理学家认为这是通过改变空气的性质实现的——光束会聚焦成一条细而强烈的“灯丝”。这会迅速加热空气，降低其密度，为闪电创造有利的路径。“这就像用激光在空气中钻一个洞。”该项目负责人、法国巴黎应用光学实验室物理学家Aurelien Houard说。

Santis的试验不是为了将闪电从塔上引开，而是为了证明激光可以引导闪电绕过建筑物的避雷针。Houard说，在未来的应用中，类似光束将引导雷电远离敏感设施，对准远处的避雷针。

经过10周观察，研究团队发现激光在6小时的雷暴中引导了4次闪电事件。一台高速摄像机清晰显示，激光束的攻击路线是沿着激光束形成的直线而非分支路径。

“对于百分之百有激光介入的闪电，我们测量了激光的效果。”Houard说。但Tzortzakis指出，激光在没有引导闪电攻击的情况下仍活跃了数小时，表明尽管激光转移了闪电，但并没有让雷云放电，而后者是一个更好的保护策略。

Tzortzakis说，最近的这项研究成功了，而其他的研究则失败了，因为之前的研究使用的激光每秒只发射几次脉冲。该团队使用每秒发射1000次高能脉冲的专业激光器，增加了拦截闪电的机会。

Houard则表示，该项目的激光器是独一无二的，但这也是它最大的应用限制，为此需要时间缩小该系统，使其价格更低、更实用。