04-04-2014
Системы управления молниями на CO2–лазерах
Основные исследования по управлению молниями на базе CO2 - лазеров были проведены российскими учеными в отделе мощных лазеров Института Общей Физики им. А.М. Прохорова Российской Академии Наук (ИОФ РАН) совместно с японскими коллегами. В связи с дороговизной полевых испытаний, большинство коллективов по всему миру проводит исследования с помощью электродов с разрядными промежутками самых разных размеров. Напомним, что СО2 лазеры широко применяются на предприятиях для лазерной резки пластиков, оргстекла и камня.
В ИОФ РАН удалось разработать способ проведения лабораторных исследований, наиболее приближенных к реальным условиям. В этих экспериментах использовался генератор заряжённого водного аэрозоля, создающего лабораторный аналог грозовых туч. Под облаком аэрозоля был расположен стержневой электрод, играющий одновременно роль молниеотвода и измерителя тока. В ходе экспериментов были обнаружены два типа формирования разрядов: около электрода и внутри заряженного облака. При этом в первом случае была обнаружена четкая корреляция между импульсом лазера и появлением разряда, причем часть лидера распространялась вдоль пути лазерного излучения. Во втором случае четкой корреляции обнаружено не было, однако, дополнительные исследования, проведенные исследователями, дают основания считать, что лазерный импульс увеличивает скорость распространения разряда.
Одной из интересных особенностей, обнаруженных в ходе экспериментов оказалась геометрия формируемой лазерной искры. Так, выяснилось, что при использовании сферической фокусирующей оптики образуется не непрерывный канал, а последовательность отдельных хаотически расположенных очагов пробоя. В связи с этим, было предложено использование конической оптики. Это позволило создавать длинные неразрывные каналы лазерно-индуцированной плазмы.
Физика, приводящая к появлению разряда, в случае использования СO2-лазеров, достаточно проста. В начале, за счет многофотонной ионизации из небольшого числа атомов выбиваются электроны. Затем выбитые электроны ускоряются в лазерном поле и в поле, образованном заряженным облаком. Эти ускоренные электроны дают начало лавинной ионизации вдоль разрядного промежутка.
Крайне интересным применением данной технологии является создание лазерных реактивных двигателей (ЛРД), что позволило бы упростить запуск малых космических аппаратов, снизив их массу за счет отсутствия необходимости в окислителе топлива.
Источник:
Перевод: "Компания Лазер Сити"