驯服雷电,又迎来新的契机!在过去,人们不愿意在雷电这个能源话题上,做过多的考虑,主要是因为三座大山横亘在人们面前。
第一,全球的雷电能量有限。因在全球范围内,一年的闪电次数总共约14亿次,且只有1/4的雷电才发生在地面,占7成以上的闪电都是发生在云内或云间,几乎都浪费掉。哪怕人们在捕捉、传输和存储过程中都没一丝损耗,一年也仅仅是4900亿千瓦时。可全然不考虑过程损耗,这个能量等级,也仅仅够全球用9天而已。
第二、硬件和技术成本代价太高。雷击闪电,瞬间几乎就爆发出5亿焦耳的能量,先不说全世界范围内是否已经造出,能在这么短时间内,完成如此高电能存储的电容器。就算真的有,它的造价也不会便宜。而且雷电出现又遍布全球,你不可能在全球范围内,都去部署如此昂贵的接收塔和超级电容器。光想想,你就会被这样的天文预算给吓死!
第三,雷电不可琢磨性。雷电,到底会什么时候来,劈在哪里?这全然看老天的心情,哪怕你设置无数个高塔,它到底劈不劈你,还真得看运气。这种完全捉摸不透的怪脾气,也让人们彻底放弃了对它的遐想。
可你不去搭理它,它就会来折腾你!
2019年底的澳大利亚森林大火、2020洛杉矶山脉的森林大火,每每到夏天或秋季的风高物燥之时,雷电轰击,时常会成为那个来去无影的纵火惯犯,点燃一处又一处的森林山火。无数的林木、大量的野生动物,更为此而丢掉性命!
对于雷电这个调皮孩子,你又不能不管。而最近,澳大利亚的物理学家弗拉德伦 · 施韦多夫(Vladlen Shvedov )率领一个科研团队,成功在这个课题上,获得了突破性进展。
他们发明了一种全新的技术装置,现实低成本地诱发雷击放电,利用激光束为闪电绘制放电的路径和目标。
激光诱导空气击穿和放电引导的机理
其原理,说穿也不是特别复杂:利用激光涡旋光束,捕获空气粒子并同时加热粒子(a) ,导致粒子周围加热区域的空气密度局部减小,电子平均自由程 λmfp 增加(b)。这大大增加了热区的汤森电离系数 α (c) ,从而降低了放电阈值。
这种方法,是基于低功率连续波涡旋光束的使用,去触发、捕获和引导空气中的目标光粒子,实现精确控制闪电的放电轨迹。而这一装置已在实验室模拟的大气条件下,获得了成功。而且,就算与实际工作的地方相距很远,也可以通过一个低功率的激光器,实现大范围的精准控制。
你可以把它想象成一个灯塔那样,一旦发现空中存储了大量待释放的雷电能量时,利用它就可以搭建一条规划好的路线,让雷电按绘制的路线无害释放到指定之处。
堪培拉新南威尔士大学的物理学家 Andrey Miroshnichenko ,将这个新技术比喻成一支神奇的画笔:一支我们可用来写光、和控制放电的笔,绘制出一种我们看不见的线,其宽度只有人类头发的十分之一,但却把一切掌握在手里。
除了控制雷电之外,这种对于电流放电的微妙控制的新技术,还可以应用于制造业和医学方面,比如是否可以形成一把无形的手术刀,利用高能电击切除癌变组织,这些畅想如今也在物理学家的脑海中跃跃欲试。
光电热效应的新思路,或许会给人们的生活点燃更多的方法。哪怕在过去,对于雷电这些吃之无味、弃之烦恼的调皮捣蛋鬼,这个新的传送门,或许会为我们重新打开一扇掌控世界的大门。无论是对于自然,还是对于人类的自身而言。
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