نجح علماء في تشتيت الصواعق الجوية بالليزر الضخم

نجح العلماء في إنشاء قضب صواعق افتراضي باستخدام ليزر قوي على قمة جبل في سويسرا ، قادر على إعادة توجيه مسار ضربات البرق.

لم تتغير تقنية تشتيت ضربات الصواعق كثيرا منذ أن اخترع بنجامين فرانكلين قضب الصواعق في عام 1752.

يشتهر بنجامين فرانكلين بتجاربه واختراعاته المتعلقة بالكهرباء ، بما في ذلك مانع الصواعق. قضب الصواعق هو قضب معدني يتم وضعه فوق مبنى أو هيكل آخر ويتم توصيله بالأرض بواسطة موصل. تم تصميم قضب لجذب ضربات البرق وتوجيه التيار الكهربائي بأمان إلى الأرض ، وحماية الهيكل وركابه من التلف. ساعدت تجارب فرانكلين في عام 1752 في إثبات فائدة قضبان الصواعق ولعبت دورا في التبني الواسع لتكنولوجيا السلامة هذه.

لا يزال قضب فرانكلين هو الجهاز الأكثر شيوعا للحماية من الصواعق ، فهو موصل معدني متصل بدائرة كهربائية يتم وضعها على أسطح المباني والهياكل الأخرى ، ويحول الشحنة الكهربائية إلى الأرض بأمان.

ومع ذلك ، فإن منطقة الحماية التي يوفرها قضب فرانكلين محدودة بارتفاعها ، مما يحمي مساحة نصف قطرها 10 أمتار (32.8 قدما) لكل 10 أمتار من الارتفاع. وهذا يشكل مشكلة بالنسبة للهياكل الأطول مثل المطارات ومنصات الإطلاق ومزارع الرياح ومحطات الطاقة النووية.

يتسبب البرق في وفاة حوالي 24000 شخص سنويا ويمكن أن يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي وحرائق الغابات وأضرار البنية التحتية وفقا لدراسة مفصلة نشرت في مجلة نيتشر الضوئيات.

قرر العلماء اختبار ما إذا كان شعاع الليزر الموجه نحو السماء يمكن أن يوفر مساحة أوسع من الحماية.

يبدو أنك تصف تجربة حديثة أجراها فريق بحث أوروبي استخدموا فيها جهازا يعتمد على الليزر يسمى “ليزر مانع الصواعق” لإطلاق ضربات البرق بنشاط خلال صيف عام 2021 لأكثر من ست ساعات خلال أحداث العواصف الرعدية في يونيو وسبتمبر. يقال إن الجهاز قد نجح في تحويل أربع ضربات صاعقة.

تم تسجيل الضربات الصافية باستخدام الكاميرات العالية السرعة والموجات الكهرومغناطيسية العالية التردد، وتم الحصول على ملاحظات إضافية باستخدام الحزم الأشعة السينية.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة جان بيير وولف، أستاذ الفيزياء التطبيقية بجامعة جنيف، إن الخيوط النووية التي تنبعث عند إطلاق الليزرات العالية الطاقة في الغلاف الجوي تستخدم لتأيين الجزيئات الهوائية وتطلق الإلكترونات الحرة الحركة، وهذا يجعل الهواء المتأين ionised air، المسمى بالبلازما، يصبح موصلا كهربائيا.

تستخدم قنوات الليزر النشطة لتوجيه الضربات الصواعية على طول شعاع الليزر الذي يستطيع إطلاق حوالي 1000 نبضة في الثانية.

ويزن Laser Lightning Rod أكثر من 3 أطنان، ويبلغ عرضه 1.5 متر وطوله 8 أمتار.

تم اختبار الجهاز على ارتفاع 2502 متر فوق جبل سانتيس، وتم تصميمه بواسطة أشعة الليزر العلمية TRUMPF في ميونيخ المانيا للعمل حتى في الظروف الجوية الصعبة مثل الضباب الذي ينجرف حول قمة الجبل.

كان يتم إغلاق المنطقة أمام الحركة الجوية في كل مرة كان يتوقع نشاط العاصفة حول الجبل أثناء التجربة.

“كان الهدف من الدراسة – قال المؤلف الرئيسي للدراسة أوريلين هوارد، عالم الأبحاث في Laboratoire d’Optique Appliquée – هو التحقق مما إذا كان هناك فرق في البيانات الجمع عند استخدام الليزر فوق البرج، وعند الضرب البرقي الطبيعي على البرج”. قام فريق البحث بتحليل البيانات الجمع خلال التجربة لمدة عام تقريبا لتحليل البيانات التي تم جمعها أثناء التجربة.

وأضاف وولف: “بدءا من الصاعقة الأولى التي تم استخدام الليزر فيها، وجدنا أن الشحنة الكهروضوئية يمكن أن تتبع الشعاع لمدة تقريبا 60 متر قبل الوصول إلى البرج، مما يعني أن الليزر قد زاد نصف قطر سطح الحماية من 120 متر (390 قدم) إلى 180 متر (590 قدم)”.

وبعد الحصول على هذه النتائج، يسعى فريق البحث لتطوير قدرة الليزر عن طريق توسيع مدى تغطية الليزر و المنطقة التي يحميها، بهدف الاستخدام الشامل له كبديل للطريقة التقليدية للصواعق في المناطق الواسعة.