Laserowy piorunochron. Innowacyjny wynalazek zelektryzował naukowców

Pioruny wyrządzają rocznie miliardowe szkody w budynkach, systemach komunikacyjnych, liniach energetycznych i urządzeniach elektrycznych, a także zabijają tysiące ludzi. Zwyczajne piorunochrony w postaci długiego metalowego prętu opracowanego w XVIII w. przez Benjamina Franklina są już na tyle wysłużoną "innowacją", że naukowcy postanowili przystosować ją do realiów XXI wieku.

Urządzenie laserowe może zabezpieczyć infrastrukturę krytyczną, w tym elektrownie, lotniska, farmy wiatrowe, a także wyrzutnie militarne. Badacze na początku tego tygodnia poinformowali, że udało się im z sukcesem przetestować tę technologię.

Laser Lightning Rod, bo tak nazywa się wynalazek, jest wielkości dużego samochodu i waży ponad 3 tony. Wykorzystuje lasery niemieckiej firmy Trumpf Group, zajmującej się produkcją maszyn przemysłowych. Przy czym kluczową rolę odgrywają również naukowcy z Uniwersytetu Genewskiego, którzy podczas eksperymentu współpracowali z firmą lotniczą ArianeGroup.

Sprzęt został przetransportowany na szczyt góry Santis na wysokości ok. 2,5 tys. m – niektóre części za pomocą gondoli, a inne helikopterem. Tam wycelowano go w stronę nieba nad 124-metrową wieżą transmisyjną należącą do dostawcy telekomunikacyjnego Swisscom – jedną z europejskich struktur najbardziej dotkniętych przez pioruny.

W eksperymentach podczas dwóch miesięcy w 2021 r. emitowano intensywne impulsy laserowe – 1000 razy na sekundę – w celu przekierowania uderzeń piorunów. Wszystkie cztery uderzenia, gdy system był aktywny, zostały pomyślnie przechwycone. W pierwszym przypadku badacze użyli dwóch szybkich kamer, aby zarejestrować przekierowanie ścieżki pioruna o ponad 50 m. Trzy kolejne zostały udokumentowane za pomocą innych danych.

Konwencjonalne piorunochrony, pochodzące jeszcze z czasów Franklina, to metalowe pręty na szczycie budynków, połączone z ziemią za pomocą drutu, które odprowadzają ładunki elektryczne uderzających piorunów nieszkodliwie do ziemi. Ich ograniczenia polegają na tym, że chronią tylko niewielki obszar.

"Po raz pierwszy pokazujemy, że laser może być użyty do kierowania naturalnymi piorunami" – powiedział fizyk Aurelien Houard z Laboratorium Optyki Stosowanej Ecole Polytechnique we Francji, koordynator projektu Laser Lightning Rod i główny autor badań opublikowanych w czasopiśmie Nature Photonics.

"Intensywny laser może generować na swojej drodze długie kolumny plazmy w atmosferze z elektronami, jonami i cząsteczkami gorącego powietrza" – wskazuje Houard. "Pokazaliśmy, że te kolumny plazmy mogą działać jako przewodnik dla pioruna. Jest to ważne, ponieważ jest to pierwszy krok w kierunku piorunochronu opartego na laserze, który mógłby praktycznie osiągnąć wysokość setek metrów lub kilometra przy wystarczającej energii lasera" – sprecyzował.

Houard przewiduje, że potrzeba jeszcze 10-15 lat pracy, zanim Laser Lightning Rod wejdzie do powszechnego użytku. Jednym z problemów jest uniknięcie zakłóceń samolotach, które mogą trafić na wiązkę lasera. Należy dodać, że z tych względów w trakcie badań ruch lotniczy w okolicy został wstrzymany, aby nie uszkodzić żadnego z samolotów lub oczu pilotów.