레이저와 번개: 기술로 토르를 좌절시키다

우리 대부분은 번개에 대해 생각하는 데 그렇게 많은 시간을 소비하지 않습니다. 때때로 우리는 네 번째 낙뢰에서 막 살아남은 사람에 관한 기적적인 뉴스 기사를 듣습니다. 하지만 그 외에는 번개가 일상 생활에서 그렇게 큰 역할을 하지는 않을 것입니다. 즉, 항공우주, 라디오 또는 그 파괴적인 영향을 처리해야 하는 놀라울 정도로 많은 다른 산업 분야에서 일하지 않는 한 말입니다.

인간은 벤 프랭클린이 전설적인 연 실험을 수행했던 1700년대 중반부터 번개로부터 사물을 보호하려고 노력해 왔습니다. 그는 최초의 피뢰침, 즉 끝이 놋쇠로 된 쇠막대를 만들었습니다. 그는 지휘자가 뇌운에서 전하를 끌어낼 것이라고 추측했고 그의 말이 옳았습니다. 그 이후로 피뢰침 설계 분야에서는 비약적인 발전이 이루어지지 않았습니다. 그것들은 여전히 ​​본질적으로 번개를 유인하고 에너지를 지구로 안전하게 분류하는 금속 막대입니다. 1700년대 벤 프랭클린(Ben Franklin)이 처음 그랬던 것처럼 오늘날에도 번개로부터 보호하고 훌륭한 역할을 하기 위해 건물에 설치되어 있습니다. 예를 들어 집과 같은 대부분의 구조물에는 이것이 효과적이지만 높은 금속 기둥이 절단되지 않는 특정 상황이 있습니다.

때로는 보호하려는 것이 키가 큰 금속 기둥일 때도 있습니다. 라디오 타워는 뛰어난 피뢰침을 만들지만, 구름이 타워 자체가 아닌 인근 기둥에 억눌린 전자를 방출하도록 선택한다는 보장은 어렵습니다. 타워나 안테나에 사용되는 낙뢰 보호 유형은 애플리케이션에 따라 다릅니다. 많은 Ham Radio 운영자는 장비를 보호하기 위해 피뢰기를 사용합니다. 이는 안테나 급전선의 통과 역할을 하는 작은 상자입니다. 직접 접지되어 있으며 번개가 안테나에 닿을 경우 추가 요금을 모두 지불할 수 있도록 지구까지 빠른 경로를 제공하도록 설계되었습니다.

우리 중 다수는 과도한 에너지가 어레스터를 통해 "누출"되는 경우를 대비해 자동 안테나 연결 해제와 같은 보조 시스템도 갖추고 있습니다. 이 모든 것은 안테나 자체가 아닌 오두막에 있는 고가의 장비를 보호하기 위해 설계되었으며, 안테나 자체는 직접적인 낙뢰 후 교체해야 합니다. 번개를 완전히 예방하고 싶다면 어떻게 해야 할까요?

글쎄, 기존의 피뢰침이 도움이 됩니다. 적절하게 설치된 낙뢰 보호 시스템(LPS)은 볼트가 안전하게 타격할 수 있는 매력적인 표적을 많이 제공함으로써 안테나나 타워가 타격을 받을 가능성을 줄일 수 있습니다. 과학자들은 이러한 대체 표적을 좀 더 매력적으로 만드는 방법을 찾으려고 노력했습니다.

1900년대 초에는 막대 꼭대기에 약간의 방사성 물질을 두드리면 번개를 끌어들이는 데 도움이 될 것이라고 생각되었습니다. 방사성 물질이 주변 공기를 부분적으로 이온화하여 해당 지역을 더욱 매력적으로 만들 것이라는 생각이었습니다. 몇몇 국가에서는 1970년대에 이 방법을 채택했지만 실제로는 이론대로 작동하지 않는다는 사실을 곧 알게 되었습니다. 특히나 방사성 물질이 야기할 수 있는 명백한 건강 및 안전상의 문제를 고려할 때 기존 품종에 비해 크게 개선된 부분은 없었습니다. 1990년까지 많은 국가에서 판매를 금지했으며 이후 중단되었습니다.

방사성 여부에 관계없이 낙뢰 보호 시스템은 부피가 커질 수 있습니다. 예를 들어 비행장을 생각해보십시오. 이착륙 시 비행기를 보호하려면 피뢰침과 접지선으로 넓은 지역을 덮어야 합니다. 항공기가 지나갈 수 없는 넓은 지역은 분명한 이유가 있습니다.

최근에 출판된 논문이 대안을 제시할 수도 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 빛 기둥으로 피뢰침을 만드는 것을 목표로 하는 레이저 피뢰침(LLR) 프로젝트에 대해 자세히 설명합니다. 기본적으로 매우 강력한 레이저가 하늘을 향하여 길을 따라 기존 피뢰침과 교차합니다. 빔은 부피 내의 공기를 이온화하여 번개를 피뢰침으로 유도하는 일종의 "와이어"를 생성합니다. LLR 팀은 건물, 로켓, 공항을 보호하기 위한 시스템을 제안했으며, 공항 주변에서 일련의 레이저를 사용하여 넓은 지역을 보호할 수 있다고 추측했습니다(물론 레이저는 선택적으로 꺼질 수도 있음). 비행기가 접근할 때). 문제의 레이저는 TRUMPF 회사에서 제작한 이미터에서 발생하는 폭발에 의해 생성된 복잡한 시스템입니다. 빔은 약 800W로 증폭되어 1kHz에서 펄스되며 각 버스트는 약 1ps 동안 지속됩니다. 시스템의 절대적인 최대 전력은 주어지지 않았지만 팀 리더인 Jean-Pierre Wolf는 CNN에 "최고 전력의 단일 펄스는 전 세계 모든 원자력 발전소에서 생성되는 펄스와 동일하다"고 말했습니다. 약간 과장된 표현일지도 모르지만, 신문에서는 정확한 수치를 찾을 수 없었습니다.