Cột chống sét Laser, Công nghệ mới an toàn hơn cho tương lai

Các công nghệ kim thu lôi bảo vệ

Sự phóng điện từ các đám mây là một hiện tương thiên nhiên xảy ra khắp trên trái đất, đã gây ra rất nhiều thiệt hại về tài sản và tính mạng, các phương pháp bảo vệ công trình bằng các kim chống sét luôn được cải tiến và phát triển với các công nghệ mới ngày một an toàn hơn.

Đầu tiên là cột thu lôi đã được Benjamin Franklin phát minh vào năm 1752, một sản phẩm của sự nghiên cứu về điện của ông, và chúng vẫn được sử dụng hiệu quả cho đến ngày nay. Tuy nhiên, chúng vẫn có các nhược điểm như vùng bảo vệ nhỏ, thu dòng điện giông một cách thụ động và có thể gây nhiễu từ điện từ và làm tăng áp đột biến nguy hiểm cho các thiết bị và dụng cụ điện.

Tiếp theo là công nghệ phát xạ sớm với các đầu kim thu sét tiên đạo sớm, chúng cũng hoạt động như kim Franklin nhưng có khả năng thu sớm hơn các đầu kim thụ động, cho bán kính bảo vệ lớn hơn nhiều. Tuy nhiên vẫn bị tác dụng phụ như vậy.

Loại công nghệ mới hơn nữa là kim phân tán hoạt động trên nguyên lý phóng điện điểm, không để xảy ra hiện tượng bị thiên lôi đánh xuống vùng được lắp đặt hệ thống, từ đó đã hạn chế tác động điện từ đối với các thiết bị điện. Tuy nhiên nó cũng chỉ có tác dụng với chính công trình đó mà thôi.

Còn hiện nay, một công nghệ rất mới đang được các nhà khoa học hàng đầu phát triển và đang trong giai đoạn thử nghiệm - đó là cột chống sét Laser.

Vậy Cột Chống Sét Laser là gì ?

Đây là một phương pháp sử dụng các tia laser phóng vào bầu trời để thu dòng điện giông từ các đám mây một cách có định hướng, sẽ chuyển dòng năng lượng này xuống các vị trí mà ở đó ít ảnh hưởng đến con người và thiết bị điện nhất.

Các nhà khoa học tại Pháp đã phát minh ra một phương pháp để chuyển hướng các cú chớp đó bằng cách sử dụng công nghệ siêu laser điều khiển thời tiết.

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Pari đã điều hướng các tia chớp từ khí quyển đến những nơi đất trống để không gây hư hại. Nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp mới này có thể giúp các nhà máy điện, sân bay, đài phát thanh truyền hình và các tòa nhà khác khỏi bị thiệt hại do thiên lôi gây ra.

Theo một tuyên bố từ Tiến sĩ Aurelien Houard, từ SNWS: “Những phát hiện này mở rộng hiểu biết hiện tại về vật lý laser trong khí quyển và có thể là tiền đề phát triển các hệ thống chống sét mới trong tương lai.”

Thiết bị nặng 5 tấn này có kích thước gần giống một chiếc ô tô cỡ lớn và có nhịp chiếu ánh sáng lên đến 1000 xung mỗi giây. Các nhà khoa học đã lắp thiết bị này gần một tháp viễn thông ở đỉnh núi Säntis ở dãy Alps - nơi bị thiên lôi đánh trung bình 100 lần mỗi năm.

"Lượng laser mạnh nhắm vào bầu trời có thể tạo ra một thanh thu lôi ảo để dẫn các tia chớp đến nơi khác," Tiến sĩ Houard nói với SWNS. "Các kết quả nghiên cứu có thể tạo nền tảng cho các phương pháp bảo vệ tiên tiến hơn cho các cơ sở hạ tầng quan trọng - như nhà máy điện, sân bay và đài phát sóng."

"Với vai trò là một thanh thu lôi ảo có thể điều khiển được, hệ thống laser này có thể là phương án thiết thực hơn".

Công nghệ laser có thể hạn chế tổn thất hàng tỷ USD

Ý tưởng sử dụng các xung laser mạnh để điều hướng tia chớp đã được khám phá trước đây trong điều kiện phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, trước đây chưa có bất kỳ cuộc thử nghiệm để chứng minh được phương pháp này sẽ hoạt động ra sao ngoài thực tế. Tiến sĩ Houard và các đồng nghiệp đã tiến hành một loạt thử nghiệm vào mùa hè năm ngoái trên đỉnh núi Santis ở phía đông bắc Thụy Sĩ.

Trong sáu giờ hoạt động trong các cơn giông, họ đã quan sát được tia laser điều hướng đường đi của bốn tia chớp xuất hiện từ ngọn tháp cao 400 feet này. Kết quả đã được ghi nhận bằng cách sử dụng sóng điện từ cao tần do dòng điện dông tạo ra để xác định vị trí của chúng.

Tia laser điều hướng và dẫn tia chớp vào cột thu chỉ định

"Việc phát hiện cường độ các loạt X-quang tang cao trong thời điểm xảy ra sự phóng điện giông cũng hỗ trợ chứng minh việc điều hướng này thành công," Tiến sĩ Houard nói với SWNS. "Một trong các tia chớp đã được ghi lại trực tiếp bằng camera tốc độ cao và được cho là đi theo hướng đường laser hơn 50 mét."

Công nghệ laser với công suất 1 triệu tỷ Watt được mô tả trong Nature Photonics là phiên bản đầu tiên và là một trong những sản phẩm mạnh nhất trong phân loại của nó.

Sự phóng điện giông có sức mạnh tàn phá vô cùng lớn. Nó có thể gây mất điện, cháy rừng, làm hỏng hệ thống điện tử và cơ sở hạ tầng, và thậm chí dẫn đến thương tật hoặc tử vong con người và gia súc. Tổng thiệt hại mà nó gây ra được ghi lại lên đến hàng tỷ đô la mỗi năm. Việc biến đổi khí hậu với các nguy cơ và mức độ nghiêm trọng của các cơn bão ngày càng tăng cao, khả năng bị tốt thất trong tương lai cũng gia tăng hơn nữa.

Vì vậy việc điều hướng sự phóng điện này bằng laser sẽ giúp bảo vệ các địa điểm nhạy cảm như sân bay, rừng, các tòa nhà chọc trời và nhà máy điện. Khi những chùm ánh sáng laser năng lượng rất cao được chiếu vào không trung, những sợi này ion hoá những phân tử ni tơ và oxy trong không khí, tạo ra những electron di chuyển tự do. Luồng khí bị ion hoá, gọi là plasma này trở thành chất dẫn điện để thu hút dòng điện phóng ra từ đám mây.

"Với việc phóng một nghìn xung laser vào các đám mây mỗi giây, chúng tôi có thể dẫn dòng điện đó một cách an toàn và làm cho khu vực trở nên an toàn hơn" Tiến sĩ Clemens Herkommer, cộng tác viên của Trumpf Scientific Lasers nói thêm.

Santis được coi là một trong những vùng tập trung giông của toàn châu Âu, chủ yếu tập trung từ tháng 5 đến tháng 8. "Sấm chớp đã khiến loài người không những thích thú mà cũng sợ hãi từ xa xưa," Tiến sĩ Houard nói. "Theo dữ liệu từ vệ tinh, tổng số lượng tia sét trên toàn thế giới - bao gồm giữa các đám mây và đánh xuống đất - được ước tính từ 40 đến 120 lần mỗi giây, gây ra thiệt hại và thương vong đáng kể, số người thiệt mạng do hiện tượng thiên nhiên này được ghi nhận vượt quá con số 4.000 và tổn thất về thiệt hại lên đến hàng tỷ đô la mỗi năm."

Do vậy, hy vọng công nghệ này sẽ được hoàn thiện và đưa vào áp dụng rộng rãi trong thực tế để mang lại sự an toàn hơn trong tương lai gần.

(Tham khảo từ UNIGE- https://www.unige.ch/medias/en/2023/devier-la-foudre-grace-au-paratonnerre-laser.)