「雷を自在に操る」新技術が登場! レーザーで危険な落雷を、線を描くように誘導できる

広い平原や森などは、避雷針を立ててもどこに雷が落ちるかはわからない。
広い平原や森などは、避雷針を立ててもどこに雷が落ちるかはわからない。 / Credit:depositphotos

英語には「Lightning never strikes twice in the same place.(雷が同じ場所に二度落ちることはない)」ということわざがあります。

海外ドラマCSIには「いや、エンパイアステートビルには年間20回も落雷が発生してる」と切り返すキャラクターが登場しますが、高層ビルの避雷針に雷が落ちるのは人間が狙ってやったことであり、むしろ人類が自然を制御した成果といえるでしょう。

しかし、開けた場所で落雷地点を制御するのは非常に難しい問題です。これを制御するため、レーザー誘雷技術が研究されています。10月20日にオープンアクセスジャーナル『Nature Communications』に発表された研究では、非常に弱いレーザー強度で精密な雷の誘導を実現させる新技術について報告を行っています

>参照元はこちら(英文)

雷を安全に誘導するレーザー誘雷技術とは?

レーザー誘導のイメージ動画。
レーザー誘導のイメージ動画。 / Credit:euronews Knowledge,The scientists who are ‘struck’ by lightning

雷は古来から人間が恐れてきた自然災害の1つです。

現代でも、精密機器の破壊や山火事など、さまざまな被害をもたらしています。

一般的な雷対策は避雷針を建てることですが、落雷はかなりランダムな現象でたとえすぐ近くに避雷針があったとしてもうまくそちらに落ちてくれるとは限りません。

特にオーストラリアでは森林への落雷による山火事の発生が大きな問題になっています。山岳地や平原など開けた自然環境では、落雷を安全に避雷針へ落とすというのはかなり難しい問題なのです。

そこで注目されている技術がレーザー誘雷です。

これは高強度のレーザーによって大気中の分子を破壊してプラズマを作り、避雷針へ雷を誘導する導線を大気中に作り上げるというもので、1974年にベルによって提案されて以降、長く研究が続けられています。

しかし、プラズマが1度形成されてしまうと、それがレーザーを吸収・散乱させてしまうため、継続時間が維持できなかったり、エネルギー効率の問題などがあり、まだ完全に成功している技術ではありません。

低強度で持続する精密なレーザー誘雷技術

今回の研究が示す新しい方法は、レーザー誘雷技術の抱える問題を一挙に解決できるかもしれません。

新しい技術では、プラズマを作るのではなく、空気中のグラフェン微粒子をビームによって捕獲し、それをレーザーで加熱します。

粒子を捕獲することで、局所的な空気密度が下がり、その粒子を加熱することで周囲の電子の移動可能な距離が増加されます。加熱された粒子はレーザーが止まった後もしばらく維持されます。

これによって低強度のレーザーによって長時間、精密な誘雷が可能な経路を作り出せるのです。

実験で示された概要。レーザーで捕獲した粒子を加熱することで、周囲の誘電率を高める。
実験で示された概要。レーザーで捕獲した粒子を加熱することで、周囲の誘電率を高める。 / Credit:V. Shvedov et al.,Nature Communications (2020)

実験では、従来の研究の1000分の1のレーザー強度を使用していて、グラフェン微粒子によって放電するかどうかの限界の値を30%減少できることが示されました。

非常に精密な制御も可能になる

この発見で、雷のトラクタービームは長距離を誘導することができ、安全で精密な雷の制御が可能になると研究チームは話しています。

さらにこの技術は、とんでもなく精密な放電の制御を可能にするといいます。

研究チームの1人、ニューサウスウェールズ大学のミロシュニチェンコ教授は、「空間に目に見えない線を描くようなもので、人間の髪の毛の幅の約10分の1以内で放電を制御することが可能だ」と語っています。

この技術は、落雷の制御をするだけでなく、医療現場でがん組織を除去するレーザーメスや、製造業の現場など、マイクロスケールの放電制御でも応用できる可能性があるのです。

ダイナミックな雷だけでなく、医療の繊細な現場でも役立つかもしれない。
ダイナミックな雷だけでなく、医療の繊細な現場でも役立つかもしれない。 / Credit:depositphotos

現在、この技術は実験室レベルで確認されているもので、研究チームは今後この全く新しい方法が何を意味するのか学んでいくと話しています。

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