レーザーと稲妻: テクノロジーでソーを阻止する

私たちのほとんどは、雷について考えることにそれほど多くの時間を費やしません。 時折、4回目の落雷から生き残った男性に関する奇跡的なニュース記事を耳にしますが、それを除けば、日常生活において雷はそれほど大きな役割を果たしていないでしょう。 ただし、航空宇宙、ラジオ、またはその壊滅的な影響に対処しなければならない驚くほど長いリストにあるその他の業界で働いている場合は別です。

ベン・フランクリンが伝説的な凧の実験を行った 1700 年代半ば以来、人間は雷から物を守ろうと努力してきました。 彼は最初の避雷針、つまり先端が真鍮の鉄柱を作成しました。 彼は車掌が雷雲から突撃を引き出すだろうと推測していたが、それは正しかった。 それ以来、避雷針設計の分野には飛躍的な進歩はありませんでした。 これらは依然として、本質的には落雷を引き付け、エネルギーを安全に地中に分流する金属棒です。 ベン フランクリンが 1700 年代に初めて設置したのと同じように、落雷を防ぎ、適切に対処するために、今日でも建物に設置されています。 これは、家などのほとんどの構造物にはうまく機能しますが、状況によっては、高い金属柱では対応できない場合もあります。

時々、あなたが守ろうとしているものは、そうですね、高い金属のポールです。 電波塔は優れた避雷針として機能しますが、雲がたまった電子を塔自体ではなく近くの電柱に放出することを選択するかどうかを保証するのは困難です。 鉄塔やアンテナに使用される避雷の種類は用途によって異なります。多くのアマチュア無線家は機器を保護するために避雷器を使用しています。 これらは、アンテナ フィードラインのパススルーとして機能する小さなボックスです。 それらは直接接地されており、アンテナに落雷が発生した場合に、追加の充電をすべて地球に迅速に行う経路を提供するように設計されています。

私たちの多くは、過剰なエネルギーが避雷器から「漏洩」した場合に備えて、二次システム (たとえば自動アンテナ切断装置) も設置しています。 これらはすべて、アンテナ自体ではなく、小屋内の高価な機器を保護するように設計されており、直撃雷の後に交換する必要があると考えられます。 落雷を完全に防ぎたい場合はどうすればよいでしょうか?

まあ、従来の避雷針は役に立ちます。 適切に設置された避雷システム (LPS) は、ボルトが安全に攻撃できる魅力的なターゲットを多数提供することで、アンテナやタワーが攻撃される可能性を減らすことができます。 科学者たちは、これらの代替ターゲットをもう少し魅力的にする方法を見つけようとさえ試みてきました。

1900 年代初頭には、ロッドの上部に放射性物質を少し叩きつけると雷を引き寄せるのに役立つと考えられていました。 そのアイデアは、放射性物質が周囲の空気を部分的にイオン化し、その地域をさらに魅力的にするというものでした。 1970 年代にいくつかの国がその使用を採用しましたが、実際にはこれが理論どおりに機能しないことがすぐにわかりました。 特に漂遊放射線源が引き起こす可能性のある明らかな健康と安全上の合併症を考慮すると、従来の品種と比較して十分な大幅な改善はありませんでした。 1990年までに多くの国がその販売を禁止し、それ以来販売が中止されました。

放射性物質であろうとなかろうと、避雷システムは大きくなる場合があります。 飛行場を例に考えてみましょう。 離着陸時に飛行機を保護したい場合は、広大なエリアを避雷針と接地線で覆う必要があります。その広大なエリアは、明らかな理由で航空機が通行できなくなります。

最近出版された論文が代替案を提供できるかもしれません。 これは、その名前が示すように、光の柱から避雷針を作成することを目的としたレーザー避雷針 (LLR) プロジェクトについて詳しく説明しています。 基本的に、非常に強力なレーザーが空に向けられ、途中で従来の避雷針と交差します。 ビームはその体積内の空気をイオン化し、落雷を避雷針に導く一種の「ワイヤー」を作成します。 LLR チームは、建物、ロケット、空港を保護するためにこのシステムを使用することを提案しており、空港の周囲で一連のレーザーを使用して広いエリアを保護できるのではないかとさえ推測しています (もちろん、レーザーは選択的にオフにすることもできます)飛行機が近づいてきたとき）。 問題のレーザーは複雑なシステムで、TRUMPF 社が製造したエミッターからのバーストによってシードされます。 ビームは約 800W まで増幅され、1kHz でパルスし、各バーストは約 1ps 続きます。 システムの絶対最大出力は明らかにされていないが、チームリーダーのジャンピエール・ウルフ氏はCNNに対し、「ピーク出力における単一パルスは、世界中のすべての原子力発電所が生成するパルスに等しい」と語った。少し誇張しているかもしれませんが、論文では正確な数字を見つけることができませんでした。

チームはシステムのプロトタイプを構築し、スイスアルプスで最も高い山であるセンティスの頂上にある通信塔に導入しました。 予想のとおり、この地域で最も高い山の頂上にある高い金属構造物は落雷に無縁ではありません。 実際、例年、約 100 回ヒットします。

LLR チームは、29 トンという驚異的な資材と機器を山頂まで運びました (少し聞き覚えがありますか? Twitter でこの最近のハッカー チャレンジをチェックしてください)。 約 2 週間のセットアップとテストの後、レーザーの準備が整いました。 7 月中旬に最初の一連の実験が開始され、チームは 9 月中に実験が終了するまでにいくつかの数値を達成できると予想しています。 それまでの間、彼らは悪天候が続くことを祈るばかりです。

高出力レーザーは、今日の雷防御ニーズの大部分にとっては少々過剰かもしれません（世界で最も安全なアマチュア無線小屋を建てていて、何百万ドルも持っていて、自治体にレーザーを発射できるように説得できる場合は別ですが）。 sky) しかし、この研究が興味深いのは間違いありません。 結局のところ、レーザーをミックスに投入すると、即座にクールにならないものはありますか? レーザーヘッドライトも見たことがあります！ 多くの新技術と同様に、私たちはこの技術を注意深く観察し（もちろん、適切なレーザー安全目を保護しながら）、スタートレックの気象制御マトリックスから出てきたもののように聞こえるのではなく、それが実現する日を楽しみにしています。実行可能になり、おそらくユビキタスな雷保護システムになる可能性があります。