Lasery tamujące nieprzewidziane wyładowania elektryczne
Wyładowania elektryczne znalazły zastosowania m.in. w spawaniu, mikroobrabianiu i zapłonie paliwa. Mała elektryczna iskra, która inicjuje zapłon w silniku spalinowym, może wydawać się zupełnie różna od wyładowania atmosferycznego przecinającego niebo, lecz mają one ze sobą coś wspólnego. Obie są nieprzewidywalne. Wyładowanie atmosferyczne można skierować ku piorunochronowi, jednakże nie da się przewidzieć drogi, którą obierze, aby się do niego dostać. Gdy powstaje iskra elektryczna, inżynierowie liczą, że skieruje się w pożądaną przez nich stronę. Finansowani przez UE badacze odkryli jednak metodę kontrolowania drogi iskry na łuku między elektrodami. Postępy technologiczne i badawcze zrealizowane w ramach finansowanego przez UE projektu KOHERENT (Kerr based OPA for high energy infrared pulse generation) stworzyły podstawy do wyjaśnienia drogi iskry elektrycznej. W szczególności naukowcy zbadali nowe sposoby skutecznego użytkowania laserów pompujących z zakresu średniej podczerwieni do generowania promieniowania o dużej długości fali (do 60 mikrometrów). Szeroko zakrojone badania fotojonizacji, indukowanej w powietrzu przez generowanie promieniowania o dużej długości fali, pozwoliły na stworzenie impulsów, które rozchodzą się po trajektoriach łukowych. Aby to udowodnić, naukowcy zmieszali i połączyli różne typy wiązek laserowych. Ustawiono je tak, aby mogły powodować, że wyładowanie elektryczne porusza się po trajektorii linii prostej lub parabolicznej. Droga nie musi być nawet prosta — może biec po trajektorii łuku, tak jak drogi S-kształtne. Światło może być skoncentrowane wzdłuż linii, tak jak w wiązce Bessela, lub po paraboli, tak jak w wiązce Airy’ego. Zarówno wiązka Bessela jak i Airy'ego ma zdolność do "samoleczenia". W razie zablokowania wiązki laserowe mogą ulec rekonstrukcji po przeciwnej stronie przeszkody. Naukowcy rozważali, czy można lepiej wykorzystać nadzwyczajne właściwości wiązki do kierowania wyładowaniami elektrycznymi. Umieścili obiekt między dwiema elektrodami i zaobserwowali, jak ładunek elektryczny przeskakiwał nad "przeszkodą" bez jej uszkadzania. Metodę wytwarzania łukowego wyładowania elektrycznego odkryto w jednostce badawczej Zaawansowanych Źródeł Światła Laserowego (ALLS) należącej do kanadyjskiego Narodowego Instytutu Badań Naukowych (INRS). Na powyższe osiągnięcia badacze pracowali wspólnie z kolegami z Kandy, Chin, Francji, Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych. Wyładowania elektryczne zostały wcześniej użyte w spawaniu i obrabianiu przemysłowym, silnikach spalinowych i systemach odgromnikowych. Systematyczna i precyzyjna kontrola wyładowań o wysokim napięciu poszerzy możliwości badań naukowych i znajdzie wiele zastosowań praktycznych.
Słowa kluczowe
Rozładowania elektryczne, promienie laserowe, mikroobrabianie, zapłon paliwa, wyładowania atmosferyczne, KOHERENT
