Los pararrayos son tan del siglo pasado: protección contra rayos de próxima generación y recolección con láseres de alta potencia

Shard apertura en Londres, con láser

La forma estándar de proteger los edificios (y sus ocupantes) de los rayos es bastante simple: colocas un pararrayos en el techo y luego una especie de canal conductor que toma la enorme descarga de electricidad y la arroja al suelo. Este es un método probado que se utiliza en la mayoría de los edificios altos del mundo. En el caso de algo vital como la protección contra rayos, por lo general creo firmemente en 'si no está roto, no lo arregles', pero eso fue antes de leer sobre un nuevo sistema de protección contra rayos que usa láseres para redirigir el rayo, de modo que ignore el edificio por completo, en lugar de tomar una ruta totalmente nueva a tierra o tal vez hacia un dispositivo de recolección de energía futurista.

El relámpago típico transporta alrededor de 5 mil millones de julios (GJ, gigajulios) de energía, o la energía almacenada en 145 litros de gasolina. A modo de comparación, una tonelada de TNT equivale a unos 4 gigajulios; por lo tanto, estamos hablando de mucha energía aquí, concentrada en un período de tiempo muy corto. A pesar de los sistemas de protección contra rayos, estos impactos todavía causan alrededor de $ 1 mil millones en daños estructurales al año en los EE. UU., Por lo que obviamente hay espacio para mejorar. Introduzca láseres. (Leer:La Marina de los EE. UU. Despliega un sistema de armas láser que se dispara con un 'controlador similar a un videojuego'.)



Según investigadores de la Universidad de Arizona y la Universidad de Florida Central, los láseres de alta potencia se pueden utilizar para redirigir el flujo de rayos. Como regla general, los rayos siguen el camino de menor resistencia (impedancia) hacia el suelo. Una varilla de metal grande, con cables que se clavan en el suelo, tiene una resistencia mucho menor que el aire (que tiene una resistencia eléctrica muy alta), por lo que el rayo elige la varilla. Los láseres de alta potencia tampoco les gusta viajar por el aire, pero cuando lo hacen, eliminan los electrones, dejando una estela de plasma ionizado altamente conductor. Rayo maldito ama viajando a través del plasma.



Filamentos ópticos recargados externamente. La imagen superior es un láser de alta potencia por sí solo; la imagen inferior es con la adición de una viga de vestir.

Filamentos ópticos recargados externamente. La imagen superior es un láser de alta potencia por sí solo; la imagen inferior es con la adición de una viga de vestir.

El problema, sin embargo, es que los láseres simplemente no pueden viajar muy lejos por el aire sin desenfocarse (un problema conocido como floreciente, que cubrimos en nuestro artículo principal sobre la ciencia de las armas de rayos). Para crear un canal de plasma lo suficientemente largo, desde el suelo hasta la parte superior de un edificio, los investigadores tuvieron que idear un nuevo método para transmitir láseres de alta potencia a través del aire. El nombre técnico de este método se llama 'filamentos ópticos recargados externamente' (doi: 10.1038 / nphoton.2014.47), pero en resumen, incrustan la viga de alta potencia (el filamento) dentro de una 'viga de revestimiento' de baja potencia. A medida que el filamento pierde potencia, la viga de vestidor lo reabastece. “Piense en dos aviones volando juntos, un pequeño avión de combate acompañado de un gran petrolero”, dice Maik Scheller, investigador de la Universidad de Arizona.



Un rayo golpeó el Empire State Building tres veces

Un rayo golpeó el Empire State Building tres veces. El ESB es alcanzado por un rayo aproximadamente 25 veces al año. Esta fue una noche particularmente desafortunada para el rascacielos. (Credito de imagen)

En total, esta técnica permite que la columna de plasma se extienda por 'al menos un orden de magnitud'. En el laboratorio, aumentaron la longitud de la columna de plasma de 10 pulgadas a siete pies; en el mundo real, creen que podrían llegar a 165 pies. La idea es que, en lugar de colocar un pararrayos en la parte superior del edificio, usaría un láser para producir un canal de plasma de alta conductividad. Los investigadores no han llegado tan lejos como para determinar cómo se vería realmente una instalación en el mundo real, pero parecen seguros de que existen aplicaciones reales y emocionantes para estos filamentos ópticos recargados. Si a los rayos realmente les gustan estos canales de plasma, también podría existir la posibilidad de usarlos para guiarlos hacia algún tipo de aparato recolector de energía.

Como comentario al margen, mientras investigaba esta historia me encontré con el electrolaser - un arma maravillosamente creativa que usa un láser para crear una columna de plasma en el aire, y luego usa ese canal de plasma para entregar una corriente eléctrica muy fuerte. Básicamente es una pistola Taser de larga distancia.



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