愛伊米

突破性新技術:用人類頭髮110寬的線,牽引馴服雷電這搗蛋孩子!

馴服雷電,又迎來新的契機!在過去,人們不願意在雷電這個能源話題上,做過多的考慮,主要是因為三座大山橫亙在人們面前。

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第一,全球的雷電能量有限。因在全球範圍內,一年的閃電次數總共約14億次,且只有1/4的雷電才發生在地面,佔7成以上的閃電都是發生在雲內或雲間,幾乎都浪費掉。哪怕人們在捕捉、傳輸和儲存過程中都沒一絲損耗,一年也僅僅是4900億千瓦時。可全然不考慮過程損耗,這個能量等級,也僅僅夠全球用9天而已。

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第二、硬體和技術成本代價太高。雷擊閃電,瞬間幾乎就爆發出5億焦耳的能量,先不說全世界範圍內是否已經造出,能在這麼短時間內,完成如此高電能儲存的電容器。就算真的有,它的造價也不會便宜。而且雷電出現又遍佈全球,你不可能在全球範圍內,都去部署如此昂貴的接收塔和超級電容器。光想想,你就會被這樣的天文預算給嚇死!

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第三,雷電不可琢磨性。雷電,到底會什麼時候來,劈在哪裡?這全然看老天的心情,哪怕你設定無數個高塔,它到底劈不劈你,還真得看運氣。這種完全捉摸不透的怪脾氣,也讓人們徹底放棄了對它的遐想。

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可你不去搭理它,它就會來折騰你!

2019年底的澳大利亞森林大火、2020洛杉磯山脈的森林大火,每每到夏天或秋季的風高物燥之時,雷電轟擊,時常會成為那個來去無影的縱火慣犯,點燃一處又一處的森林山火。無數的林木、大量的野生動物,更為此而丟掉性命!

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對於雷電這個調皮孩子,你又不能不管。而最近,澳大利亞的物理學家弗拉德倫 · 施韋多夫(Vladlen Shvedov )率領一個科研團隊,成功在這個課題上,獲得了突破性進展。

他們發明了一種全新的技術裝置,現實低成本地誘發雷擊放電,利用鐳射束為閃電繪製放電的路徑和目標。

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鐳射誘導空氣擊穿和放電引導的機理

其原理,說穿也不是特別複雜:利用鐳射渦旋光束,捕獲空氣粒子並同時加熱粒子(a) ,導致粒子周圍加熱區域的空氣密度區域性減小,電子平均自由程 λmfp 增加(b)。這大大增加了熱區的湯森電離係數 α (c) ,從而降低了放電閾值。

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這種方法,是基於低功率連續波渦旋光束的使用,去觸發、捕獲和引導空氣中的目標光粒子,實現精確控制閃電的放電軌跡。而這一裝置已在實驗室模擬的大氣條件下,獲得了成功。而且,就算與實際工作的地方相距很遠,也可以透過一個低功率的鐳射器,實現大範圍的精準控制。

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你可以把它想象成一個燈塔那樣,一旦發現空中儲存了大量待釋放的雷電能量時,利用它就可以搭建一條規劃好的路線,讓雷電按繪製的路線無害釋放到指定之處。

堪培拉新南威爾士大學的物理學家 Andrey Miroshnichenko ,將這個新技術比喻成一支神奇的畫筆:一支我們可用來寫光、和控制放電的筆,繪製出一種我們看不見的線,其寬度只有人類頭髮的十分之一,但卻把一切掌握在手裡。

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除了控制雷電之外,這種對於電流放電的微妙控制的新技術,還可以應用於製造業和醫學方面,比如是否可以形成一把無形的手術刀,利用高能電擊切除癌變組織,這些暢想如今也在物理學家的腦海中躍躍欲試。

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光電熱效應的新思路,或許會給人們的生活點燃更多的方法。哪怕在過去,對於雷電這些吃之無味、棄之煩惱的調皮搗蛋鬼,這個新的傳送門,或許會為我們重新開啟一扇掌控世界的大門。無論是對於自然,還是對於人類的自身而言。