I laser guidano il percorso delle imprevedibili scariche elettriche
Le scariche elettriche hanno trovato applicazioni in ambiti quali saldatura, microlavorazione e ignizione di combustibili, per citare solo alcuni esempi. La piccola scintilla elettrica che avvia un motore a combustione può apparire molto diversa dai fulmini che scoppiano nel cielo, ma hanno qualcosa in comune. Entrambi sono imprevedibili. I fulmini possono essere attratti verso un parafulmine, tuttavia da tempo si è rivelato impossibile prevedere il percorso che servirà per arrivarci. Quando si crea una scintilla elettrica, gli ingegneri sperano che si diriga dove vogliono che si diriga. Tuttavia, i ricercatori finanziati dall’UE hanno recentemente scoperto un modo per controllare il percorso di una scintilla mentre si inarca tra gli elettrodi. I progressi tecnologici e di ricerca svolti nell’ambito del progetto KOHERENT (Kerr based OPA for high energy infrared pulse generation), finanziato dall’UE, ha preparato il terreno a una dimostrazione spettacolare, dove una scintilla elettrica ha seguito un percorso regolare. In particolare, i ricercatori hanno esplorato nuove vie per utilizzare in modo efficiente laser a pompa a mezzi-infrarossi e produrre radiazioni di lunghezza d’onda lunga (fino a 60 micrometri). Analisi estese della foto-ionizzazione, indotte in aria dalla generazione di radiazioni di lunghezza d’onda lunga, hanno permesso loro di generare impulsi che si propagano su traiettorie curve. Per la dimostrazione, i ricercatori hanno mescolato e abbinato diversi tipi di raggi laser. Questi sono stati organizzati da loro in modo da poter produrre una scarica elettrica lungo una traiettoria diritta o parabolica. Non è necessario che il percorso sia semplice; potrebbe seguire traiettorie curve, come quelle a forma di S. La luce può essere concentrata lungo una linea, come all’interno di un fascio di Bessel, o lungo una parabola, come all’interno di un fascio di Airy. Tuttavia, sia il fascio di Bessel che quello di Airy vantano la capacità di “auto-riparazione”. Se bloccati, questi fasci laser possono ricostruire se stessi sull’altro lato dell’ostacolo. I ricercatori si sono chiesti se questa proprietà insolita del fascio potrebbe essere utilizzata per guidare meglio le scariche elettriche. Hanno messo un oggetto tra due elettrodi e notato come la scarica elettrica ha saltato l’“ostacolo” e ha raggiunto il fascio laser successivo, senza danneggiare l’oggetto. La scoperta di come fare curvare le scariche elettriche è stata fatta alla struttura “Advanced laser light source” (ALLS) dell’Istituto scientifico nazionale di ricerca del Canada (INRS). I ricercatori hanno lavorato con i colleghi provenienti da Canada, Cina, Francia, Regno Unito e Stati Uniti per arrivare a questa svolta. Le scariche elettriche sono state precedentemente utilizzate nella saldatura e nelle lavorazioni meccaniche industriali, nei motori a combustione e nei sistemi di protezione contro i fulmini. Il controllo sistematico e preciso degli scarichi ad alta tensione aprirà a una serie di possibilità sia per la ricerca che per le applicazioni scientifiche.
Parole chiave
Scariche elettriche, raggi laser, microlavorazioni, accensione del combustibile, fulmini, KOHERENT