用激光避雷针偏转闪电

森林火灾、停电和受损的基础设施……闪电同样具有吸引力和破坏性，每年在全世界造成多达24,000人死亡，更不用说广泛的破坏了。即使在今天，本杰明富兰克林发明的避雷针仍然是最好的保护方式。然而，这些棒并不总能为敏感部位提供最佳保护。

由日内瓦大学(UNIGE)、ÉcolePolytechnique(巴黎)、EPFL、hes-so和TRUMPF科学激光器(慕尼黑)组成的欧洲财团开发了一种有前途的替代方案：激光避雷针或LLR。在Säntis(瑞士)山顶测试LLR后，研究人员现在证明了其可行性。即使在恶劣的天气下，该棒也可以将闪电偏转几十米。这项研究的结果发表在《自然光子学》杂志上。

闪电是最极端的自然现象之一。数百万伏特和数十万安培的突然静电放电，可以在单个云中、多个云之间、云与地面之间以及反之亦然观察到闪电。闪电既迷人又具有破坏性，每年造成多达24,000人死亡。从停电和森林火灾到受损的基础设施，它还造成了总计数十亿美元的广泛破坏。

自1752年本杰明·富兰克林(BenjaminFranklin)发明避雷针以来，避雷装置几乎没有发生任何变化——避雷针是一种由金属制成的导电桅杆，与地面相连。直到今天，传统的杆仍然是最有效的外部保护形式：它保护的表面半径大约等于其高度。

因此，一根10m高的杆将固定半径为10m的区域。然而，由于桅杆的高度不是可以无限延伸的，因此它不是用于保护大面积敏感地点(例如机场、风电场或核电站)的最佳系统。

它一直在研究一种称为激光避雷针(LLR)的设备。通过产生电离空气通道，LLR被用来沿着其光束引导闪电。从传统的避雷针向上延伸，它实际上可以增加其高度以及它所保护区域的表面。

“当非常高功率的激光脉冲发射到大气中时，光束内部会形成非常强的光丝，”UNIGE理学院物理系应用物理系全教授Jean-PierreWolf说道，研究的最后一位作者。“这些细丝使空气中的氮气和氧气分子电离，然后释放出可以自由移动的电子，”沃尔夫教授继续说道。“这种被称为‘等离子体’的电离空气变成了电导体。”

LLR项目意味着必须开发一种新的激光器，其平均功率为1千瓦，每个脉冲为1焦耳，每个脉冲持续时间为1皮秒。该棒宽1.5米，长8米，重量超过3吨，由通快科学激光器公司设计。该太瓦激光器在Säntis山顶(位于阿彭策尔，海拔2,502米)进行了测试，EPFL和HEIG-VD/HES-SO已经对闪电进行了观测。

它集中在属于电信供应商Swisscom的124米发射塔上方，该塔配备了传统的避雷针。这是欧洲受闪电影响最严重的建筑之一。“主要困难在于这是一场真人大小的运动。我们必须准备一个可以安装和保护激光器的环境，”博士PierreWalch说。光学应用实验室(LOA)的学生，这是一个联合研究单位CNRS、ÉcolePolytechnique、ENSTAParis、InstitutPolytechniquedeParis、Palaiseau、France。

在2021年6月至2021年9月期间，每次预报风暴活动时都会启动激光。该地区必须提前禁止空中交通。“目的是看看有没有激光是否存在差异，”光学应用实验室(LOA)的研究科学家兼该项目的协调员AurélienHouard解释说。“我们比较了在塔上方产生激光灯丝时和塔被闪电自然击中时收集的数据。”

即使通过云也有效

分析收集到的大量数据花了将近一年的时间。现在的分析表明，LLR激光器可以有效地引导闪电。沃尔夫教授进一步解释说：“从第一次使用激光的闪电事件开始，我们发现放电可以在到达塔之前跟随光束近60米，这意味着它将保护表面的半径从120米增加到180米。“

数据分析还表明，与其他激光器不同，LLR即使在恶劣的天气条件下也能正常工作，例如雾(通常出现在Säntis山顶)，它可以阻挡光束，因为它确实可以穿透云层。这一结果以前只能在实验室中观察到。该联盟的下一步将是进一步提高激光器的作用高度。长期目标包括使用LLR将10m的避雷针延长500m。