Ученые научились создавать направленные «мини-молнии»

ICtO1glrkg41

Создав в воздухе проводящий канал, можно передавать электрический заряд на расстояния до 20 метров.

На фото: Миниатюрная молния. Пробой между электродами возникает из-за ионизации воздушного канала двумя лазерными импульсами. Изображение: Павел Полынкин

Исследователи в Аризонском университете доработали технологию передачи электрического импульса по воздуху. Ранее передавать импульс можно было на расстояние порядка 3-4 метров, сейчас же физики нашли способ увеличить его до 20 метров. Подробнее о работе можно прочесть в статье в Optics.

Для передачи электрического тока необходима проводящая среда. Воздух сам по себе проводником не является, но при определенных условиях может им стать. Один из таких способов — ионизация тонкого воздушного канала при помощи лазера. Концентрированное лазерное излучение «раскалывает» молекулы на ионы и свободные электроны, таким образом создавая определенное количество свободных зарядов, движение которых и есть электрический ток.

Ученые использовали схему из двух лазеров: первый (фемтосекундный) дает короткий импульс, ионизирующий воздушный канал, а второй (наносекундный) дает более продолжительный импульс, поднимающий температуру в этом канале до того предела, когда он сможет проводить электрический ток. Вблизи от лазерного луча на определенном расстоянии устанавливаются два электрода, на которые подается постоянное напряжение. В тот момент, когда воздушный канал становится проводником, происходит «пробой», и между электронами проскакивает миниатюрная молния.

Само по себе использование лазеров в такой схеме не ново. До этого уже удавалось при помощи лазерной ионизации создавать каналы до четырех метров длиной, которые успешно проводили электрический ток. Однако эти четыре метра являлись не только экспериментальными, но и теоретическими пределами такой технологии: из-за рассеяния лазерного луча на плазме, возникающей в результате ионизации, такой канал имел строго ограниченную длину. Использовав комбинацию из фемтосекундного и наносекундного лазеров, авторы преодолели это ограничение. Если раньше канал разогревался до нужной температуры омически (за счет разности потенциалов и слабого тока), то в новой схеме канал прогревается вторым лазерным импульсом.

Несмотря на то, что в оригинальной статье авторы ограничились экспериментом по передаче электрического импульса на расстояниях до полуметра, теоретически расчеты показывают, что с применением более мощных лазеров технология относительно легко масштабируется до 20 метров. Ученые считают, что их изобретение может использоваться, например, для безопасного подрыва наземных мин и другой взрывчатки с электрическим детонатором.