Lézeres vezérléssel képesek leszünk irányítani a villámot

Cikkázó villámok a franciaországi Belfort felett

Egyelőre kis léptékben, két elektróda közötti kisülés alkalmával sikerült egy új módszerrel végig irányítás alatt tartani az elektromos ívet. A lézeres vezérlés új korszakot nyithat a kisülésfizikában.

Mint a sci-fiben: irányítani a villámlást

Évezredek óta figyeljük rettegéssel vagy izgalommal az éjszaka sötétjét szétszaggató fénypászmákat.

Cikkázó villámok a franciaországi Belfort felett Forrás: Wikimedia Commons/Bresson Thomas

S noha

egy villámhárító segítségével ma már célpontot adhatunk a villámcsapásoknak,

a kisülés cikkcakkos pályáját nem voltunk képesek előre jelezni.

A villámok cikkcakkos pályáját nem lehet előre jelezni Forrás: Wikimedia Commons

Kanadai fizikusoknak sikerült lézer segítségével irányítani az elektromos kisülést, sőt, azt még arra is késztették, hogy elkerüljön tárgyakat.

Villámanatómia

A villám csak a szikrázó fénye miatt látszik nagy energiájúnak. Bár a kisülés energiája több gigawatt lehet, időtartama csak néhány milliszekundum, vagyis a villámlásból kevesebb megajoule energia nyerhető, mint egy liter benzin elégítéséből. Továbbá nincs még gazdaságos módszer a villámlás során keletkező, akár 20 ezer amperes egyenáramú impulzusok átalakítása 230 voltos váltóárammá. A villámlás azért okoz nagy kárt, mert a kisülési energiát gyorsan és kis térfogatban adja le, ezért nagy a gyújtóhatása.

A québeci INRS kutatóintézet nemlineáris optika professzora, Roberto Morandotti által vezetett csapat több évtizede vizsgált problémára talált ezzel választ. Az ívkisülésnek a technika számos területén veszik hasznát, a Tesla-tekercsektől a szikraforgácsolásig.

A villámtevékenység gif-animációja Forrás: NASA

Ám a felhasználási lehetőségek köre nagyságrendekkel bővülhet a kisülés nyomvonalának szabályozásával, olvasható Science Advances folyóiratban megjelent tanulmányban.

Különféle íveket húztak az elektródák között

Legyen bár szó meterológiai jelenségről vagy néhány centiméteres elektródákról, a jelenség jellemzői hasonlóak: az eltérő töltések közötti térben elektromos ív alakul ki, amelynek csak a kiinduló- és végpontja meghatározott.

A bal oldali képkockákon a különféle lézernyalábok láthatók, míg a jobb oldali fotókon magasfeszültségű kisüléssel egyesülve. A és B: a Gauss-lézernyaláb kontrollként mutatja a hagyományosan cikkcakkos kisülést, C és D: a kúplencsén áthaladó, koncentrikus gyűrűket létrehozó Bessel-lézernyalábbal egyenes pálya hozható létre, E és F: a két hengerlencsével képezett Airy-nyalábbal íves lesz a pálya, G és H: S-alakú ívet két Airy-nyaláb egyesítésével értek el. Forrás: Science Advances

A kutatóknak sikerült a kisülést lézerrel irányítás alá vonni. Kiderült, hogy az eltérő lézernyalábok más-más tulajdonságot és pályát kölcsönöznek a kisüléseknek: azok haladhatnak egyenes vonalban, de akár parabola alakú ívben is, illetve a számítások szerint a nyalábok variálásával nemcsak S alakú, hanem bármilyen más pálya is létrehozható.

A lézernyalábokat és a kisülés pályájára gyakorolt hatásukat bemutató illusztráció Forrás: Science Advances

Az irányítás egyelőre néhány centiméteres távolság esetén működik, továbbá nagyenergiájú lézerre, különleges laboratóriumi eszközökre van hozzá szükség.

Az illusztráció D-vel jelölt képkockáján az látható, amint a Bessel-nyalábbal (balról jobbra) irányított kisülés "átugrat" egy tárgyat. Forrás: Science Advances

Ám a kanadai kutatók remélik, hogy az általuk kifejlesztett technológiát alapul véve előbb-utóbb a diákjaik meglelik a módját, miként lehet az irányított ívkisülést a hétköznapokban hasznosítani.