Laser có thể dùng để chuyển hướng sét. Ảnh: Aurélien Houard et al 2023
Một liên đoàn châu Âu bao gồm Đại học Geneva (UNIGE), Trường Bách khoa Paris, EPFL, và nhà cung cấp TRUMPF scientific lasers ở Munich phát triển giải pháp hứa hẹn là cột thu lôi laser (LLR). Sau khi thử nghiệm LLR trên đỉnh núi Säntis, Thụy Sĩ, các nhà nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của nó. Cột thu lôi có thể chuyển hướng sét qua hàng vài chục mét, ngay cả trong thời tiết xấu. Họ công bố kết quả nghiên cứu hôm 16/1 trên tạp chí Nature Photonics.
Sét là một trong những hiện tượng thiên nhiên dữ dội nhất. Là hiện tượng phóng tĩnh điện đột ngột với hiệu điện thế hàng triệu volt và cường độ hàng trăm nghìn ampe, sét có thể xuất hiện từ một đám mây, giữa vài đám mây, hoặc giữa đám mây và mặt đất. Sét chịu trách nhiệm gây ra 24.000 ca tử vong một năm. Từ gây mất điện và cháy rừng tới phá hủy cơ sở vật chất, sét có thể tạo ra thiệt hại lên tới hàng tỷ USD.
Các thiết bị chống sét gần như không thay đổi từ năm 1752 khi Benjamin Franklin phát minh cột thu lôi, một cột kim loại nhọn dẫn điện xuống mặt đất. Cột thu lôi cao 10 m có thể bảo vệ khu vực có bán kính 10 m. Tuy nhiên, do độ cao của cột thu lôi bị giới hạn, đây không phải là hệ thống tối ưu để bảo vệ khu vực rộng như sân bay, trang trại điện gió hoặc nhà máy điện hạt nhân. Đó là lý do nhóm nghiên cứu đến từ các nước châu Âu phát triển cột thu lôi laser. Bằng cách tạo ra các luồng khí ion hóa, LLR được dùng để dẫn sét dọc theo chùm laser của nó. Vươn thẳng lên cao từ cột thu lôi truyền thống, thiết bị có thể tăng chiều cao ảo cũng như bề mặt bảo vệ.
"Khi xung laser năng lượng cao phóng vào khí quyển, những sợi ánh sáng rất mạnh hình thành bên trong chùm laser", Jean-Pierre Wolf, giáo sư ở khoa Vật lý ứng dụng của UNIGE, giải thích. "Các sợi này ion hóa phân tử nitơ và oxy trong không khí, sau đó giải phóng electron di chuyển tự do. Không khí ion hóa gọi là plasma trở thành vật dẫn điện".
Trong dự án LLR, nhóm nghiên cứu phát triển máy lsser với công suất trung bình một kilowatt, mỗi xung mang năng lượng một joule và kéo dài một pico giây (một pico giây bằng một phần nghìn tỷ giây). Cột thu lôi rộng 1,5 m, dài 8 m và nặng hơn 3 tấn được thiết kế bởi TRUMPF scientific lasers. Thiết bị được thử nghiệm trên đỉnh núi Säntis ở Appenzell, tại độ cao 2.502 m, tập trung vào tháp truyền tín hiệu cao 124 m của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Swisscom. Đây là một trong những công trình bị ảnh hưởng bởi sét nhiều nhất châu Âu.
Các nhà nghiên cứu kích hoạt máy laser mỗi lần có dự đoán về hoạt động bão trong khoảng thời gian từ tháng 6 tới tháng 9/2021. Khu vực này được phong tỏa không lưu từ trước. Nhóm nghiên cứu so sánh dữ liệu thu được khi tạo ra sợi laser phía trên tháp và khi tháp bị sét tự nhiên đánh trúng. Họ mất gần một năm để phân tích lượng dữ liệu khổng lồ. Kết quả phân tích cho thấy LLR có thể dẫn sét hiệu quả. "Từ sự kiện sét đánh đầu tiên, chúng tôi nhận thấy luồng phóng điện có thể chạy theo chùm laser gần 60 m trước khi tới tháp, có nghĩa thiết bị tăng bán kính của khu vực bảo vệ từ 120 m lên 180 m", Wolf cho biết.
Phân tích dữ liệu cũng chứng minh khác với nhiều máy laser, LLR hoạt động cả trong thời tiết khó khăn như sương mù thường gặp trên đỉnh Säntis. Trước đó, kết quả này mới chỉ được quan sát trong phòng thí nghiệm. Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tăng chiều cao của thiết bị. Mục tiêu dài hạn bao gồm sử dụng LLR để mở rộng cột thu lôi 10 m lên 500 m.
An Khang (Theo Phys.org)