Ученые из Австралии разработали метод управления направлением электрического пробоя посредством использования лазера.
Удары молний наносят немалый ущерб хозяйству и часто служат причиной мощных лесных пожаров. Обезопасить их поможет новая технология — использование направляющего лазерного луча, с помощью которого молнию можно «запустить» в нужное время и нужном месте, заранее разрядив накопленную в грозовой туче энергию. Об этом сообщается в новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Андрей Мирошниченко, профессор Университета Нового Южного Уэльса, и его соавторы из Австралии и США разработали новый метод, продемонстрированный в лабораторных исследованиях. Для создания «грозы в миниатюре» ученые использовали пару плоских параллельных пластин, между которыми был слой воздуха. Заряд накапливался на этих пластинах, подобно обкладкам конденсатора. По мере приближения к критическому значению он высвобождался, вызывая появление крошечной молнии на случайном участке одной пластины, которая мгновенно переходила на случайный участок второй.
В природе молния распространяется от облака к облаку или к земле, выбирая путь с минимальным сопротивлением. Для создания подобного пути искусственным образом ученые решили использовать крошечные проводящие частицы из графена. Для доставки этих частиц в нужный участок установки и их подвешивания между заряженными пластинами был использован полый луч специального лазера, который был разработан в Австралии 10 лет назад.
Внутри удерживаются частицы благодаря давлению света — это явление получило название фотофорезом — и подталкиваются вперед, а заодно нагреваются. Достигнув высокой температуры, они начинают светиться; но главное — они ионизируют соседние частицы воздуха, формируя канал для ступенчатого развития молнии. «У нас получается невидимая нить, — говорит Андрей Мирошниченко — это инструмент, позволяющий «рисовать светом» и управлять электрическим разрядом с точностью до десятой доли толщины человеческого волоса».
Авторы исследования подчеркивают, что практическое решение для «управления молниями» может существенно отличаться от лабораторной модели. Например, применение графена не является обязательным условием, а лазерное воздействие теоретически возможно и непосредственно на частицы, находящиеся в атмосфере. Также система может быть адаптирована для работы с лазером относительно небольшой мощности.