Wetenschappers zijn begonnen bliksem te sturen met lasers dit

Wetenschappers zijn begonnen bliksem te sturen met lasers – dit is hoe

Triff/Shutterstock

Bliksem mag er dan wel mooi uitzien, maar elk jaar komen er duizenden mensen door om, wordt er enorme schade aan gebouwen en infrastructuur aangericht en ontstaan er stroomstoringen.

De enige bescherming die we hebben zijn bliksemafleiders, die 300 jaar geleden zijn uitgevonden en slechts een klein gebied beschermen.

De kosten van schade door blikseminslag aan gebouwen zijn moeilijk wereldwijd vast te stellen, maar de uitbetalingen van verzekeringsmaatschappijen voor reparaties aan huizen en bedrijven bedroegen in 2020 in de VS ruwweg 2 miljard dollar (1,6 miljard pond). Verzekeringsgegevens uit het Verenigd Koninkrijk suggereren dat de kosten voor het dekken van blikseminslag toenemen.

Wetenschappers zijn begonnen bliksem te sturen met lasers dit.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip

Zwitserse wetenschappers gebruikten een laser om bliksem te verplaatsen.
Martin Stollberg/© TRUMPF

Het probleem zal waarschijnlijk alleen maar groter worden omdat de klimaatcrisis wereldwijd een toename van het aantal bosbranden veroorzaakt, waardoor blikseminslagen toenemen. Volgens een studie uit 2014 stijgt het aantal inslagen met 12% voor elke graad (Celsius) opwarming van de aarde.

Bliksemafleiders hebben hun nut, maar wetenschappers zijn op zoek naar een betere manier om te controleren waar de bliksem inslaat, en lasers kunnen de oplossing zijn, volgens een nieuwe studie.

Hoe ze het deden

Dit laatste experiment werd uitgevoerd bij een telecommunicatietoren op de Säntis berg in Zwitserland die vaak door de bliksem wordt getroffen – ongeveer 100 keer per jaar, hoewel de toren zelf beschermd wordt door een bliksemafleider.

Uit de resultaten van het onderzoek bleek dat de bliksem bijna in een rechte lijn stroomde in de buurt van de laserpulsen, maar dat de blikseminslagen willekeuriger verdeeld waren wanneer de laser uit was.

Hoewel deze studie niet de eerste poging is om bliksembanen te sturen, is het wel de eerste die aantoont dat het kan. De wetenschappers schreven dit toe aan de hoog vermogen laser die ze gebruikten, en de grote hoogte. Op grote hoogte is de lucht minder dicht. Dit maakt het gemakkelijker om stroom door te laten, wat betekent dat toekomstige experimenten op zeeniveau een krachtigere laser nodig hebben.

1674203380 68 Wetenschappers zijn begonnen bliksem te sturen met lasers dit.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip

De laser op de top van de Säntis (2500m) werd gericht boven een 124m hoge zendmast, voorzien van een traditionele bliksemafleider.
Martin Stollberg/© TRUMPF

Om te begrijpen hoe de wetenschappers licht gebruikten om het pad van de elektriciteit te veranderen, moet je begrijpen wat bliksem eigenlijk is: een stroom van geladen deeltjes van de ene
plaats naar een andere. Deeltjes in wolken zijn meestal elektrisch neutraal als ze zich vormen, maar bouwen zowel positieve als negatieve lading op. De wolk wil neutraal worden door lading uit te wisselen met de grond.

Het type verlichting waar de meeste mensen mee bekend zijn, zijn de grillige inslagen van fel licht die tussen de grond en de wolken te zien zijn, maar er zijn ook andere soorten. Bliksem kan zich verplaatsen tussen de wolken. Het kan ook van wolken omhoog bewegen
naar de bovenste atmosfeer. Dit kan zelfs slierten rode luchtgloed produceren waar de dunnere atmosfeer opwarmt. Deze warmte-energie komt dan vrij als licht.

Terwijl de lading in de wolk zich opbouwt, bereikt het ongelooflijk hoge spanningen (ruwweg gelijk aan 8 miljoen aan elkaar gekoppelde autobatterijen), die een pad door de lucht scheuren. De elektrische stroom die nodig is om de bestanddelen van de lucht te splitsen bedraagt over het algemeen ongeveer 300 miljoen volt per vierkante meter.

De duwende kracht van deze enorme spanning in elektrisch geladen (geïoniseerde) lucht laat de lading van de wolk naar beneden stromen en ontladen in de grond of nabijgelegen gebouwen. Deze stroom zal de meest elektrisch geleidende weg volgen.

Daarom worden bliksemafleiders soms gebruikt om gebouwen te beschermen tegen blikseminslag. Metaal is meer elektrisch geleidend dan lucht, dus als je een grote staaf in de grond plaatst, heeft de bliksem een gemakkelijker pad dan door de lucht. Het kan echter maar een klein gebied beschermen.

Veel onderzoekers denken dat sommige bliksems veroorzaakt kunnen worden door kosmische straling (zeer energetische deeltjes van buiten het zonnestelsel). Deze deeltjes passeren de atmosfeer en reageren met de lucht om een geïoniseerd pad in hun reisrichting te creëren. Dit is een theorie waarover onderzoekers het niet eens zijn of deze invloed heeft op het aantal blikseminslagen in de wereld.

De wetenschappers gebruikten een krachtige laser om te proberen geïoniseerde paden te creëren op een manier die vergelijkbaar is met de kosmische straaltheorie. Door snelle (1.000 keer per seconde) energetische pulsen af te vuren met een laser wordt de lucht verhit en geïoniseerd, waardoor deze kortstondig geleidend wordt. De bliksem zal langs dit pad minder weerstand hebben en dus meer geneigd zijn die kant op te gaan.

Als deze technologie wordt geperfectioneerd, zou ze op een dag kunnen helpen om infrastructuur zoals luchthavens en kerncentrales te beschermen. Het zou zelfs in een meer geavanceerde vorm gebruikt kunnen worden om huizen te beschermen met behulp van een laser op veilige afstand. Het is echter onwaarschijnlijk dat het binnenkort bij u in de buurt zal worden uitgerold, alleen al vanwege de stroomkosten.

The Conversation

Ian Whittaker werkt niet voor, geeft geen advies, heeft geen aandelen in of ontvangt geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat heeft bij dit artikel, en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.