或能成野火克星:科学家利用石墨烯牵引光束改变闪电路径

据外媒报道,雷击是引发野火的主要原因,包括今年摧毁澳大利亚、加利福尼亚和其他地区的破纪录大火。现在,一个国际研究小组展示了一种可以有效地控制雷击位置的方法--利用“牵引光束”中的石墨烯微粒。

一道闪电的温度可以超过太阳表面的温度,所以当闪电击中干燥的草地、灌木或树木时就会引发火灾。再加上气候变化正在减少本已容易发生火灾的地区的降雨量,同时也有可能增加雷暴的强度,于是一个危险的配方就此诞生。而今年的灾难可能会成为令人担忧的常态。

但如果我们有一种可以被带到风暴发生的地点并设置引导闪电远离火灾危险或脆弱的建筑物的便携式设备又会怎么样呢?由于澳大利亚国立大学、新南威尔士大学、德克萨斯A&M大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员的一项新研究可能离现实又近了一步。

该团队在实验室中展示了这一概念,他们首先使用两个被空气间隙隔开的带电平行板以此重现暴风雨条件。通常情况下,电流会在两块板之间随机跳动、模拟闪电,但通过运用一些巧妙的物理原理,研究人员能控制闪电的运动方向。

在自然界中,闪电本质上是寻找最导电路径来完成从云到云或从云到地的电路的电流。对于我们这些普通的观察者来说,当闪电呈弧形或分叉状穿过天空时,这条路径通常看起来是随机的,但它们实际上是沿着非常特定的电离气体通道走的,这种通道比它们周围的空气更具导电性。

从理论层面上来说,可以通过给闪电提供一个非常导电的路径来帮助它指引雷击的位置。这就是石墨烯微粒的用武之地。石墨烯微粒链具有重量轻、强度高、导热性和导电性优良等优点,这可以创造完美的路径。

该项研究论文合著者Andrey Miroshnichenko告诉媒体,他们在板之间引入热石墨烯颗粒,为了做到这一点,他们使用了所谓的牵引光束。牵引光束是一种空心核心激光束,粒子会被困在其中。

据了解,这种牵引光束在粒子上的应用已经有十年了。本质上,粒子被困在空心激光束的中心,每当它们漂移到光中时一种称为光吸热力的小推力就会把它们推回到较暗的中心。来自激光的能量碰巧也会推动粒子向前并使它们升温。当它们变得足够热时,它们会电离周围的空气、沿着激光束创造出一条传导性更强的路径,此时,闪电几乎无法抗拒这条路径。简单来说,无论把牵引光束指向哪里,闪电都更有可能击中你。

这些效果在实验室实验的视频中表现得非常明显。第一个片段展示了石墨烯微粒束,它们在高温下发出明亮的光芒,你甚至看不见通过它们的电流。在第二段视频中,闪电表现地更加明显--第一道闪电正好沿着光束移动。之后,光束被关掉,但接下来的几次撞击仍会沿着残留热量留下的粗糙路径进行。在视频的最后,闪电又回到了正常的随机模式。

虽然石墨烯是一个方便的测试对象,但它可能不是必需的。Miroshnichenko表示,最终牵引光束可以捕获和加热任何现有的粒子,包括那些可能已经存在于周围空气中的粒子。

这个新系统的另一个好处是,它可以用相对低功率的激光在毫瓦的规模上工作。虽然其他研究团队也尝试过使用高能激光脉冲直接电离气体,但他们所表现出的技术效率不高传播距离也不及牵引光束。

虽然到目前为止只在实验室进行了小规模测试,但Miroshnichenko表示,该系统的规模应该相对简单。他希望在未来三到四年内能完成现场测试。

最终,拥有能有效控制雷击地点的机器对于减少野火以及它们所造成的巨大环境和财产损失和生命损失无疑是无价的。

不过在实现这个目标之前研究人员仍有一些重大障碍需要克服。在这个阶段,实验的全部内容就是诱导放电并将其引导到所需的点。自然闪电显然比两个小板块之间的火花要强大得多,研究小组目前还没有处理这种能量的技术。它需要像避雷针一样消散到地下,但如何安全做到这一点本身就是一个巨大的挑战。

稿源:cnBeta

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