번개치는 날에 올리는 재미난 현대 과학

 

 

고거슨 재작년에 나왔던 논문이지롱

 

 

간략하게 요약하면,

 

1. 번개는 구름 내부에서 공기 흐름과 마찰로 인해 구름의 특정 부분에 전하가 집중됩니다

 

2. 구름이랑 지면 사이에 전위차 (전압 차이)가 임계값을 초과하면 공기가 이온화되면서 전기 방전 채널 (리더) 가 형성되여

 

3. 이게 연결이 되면 강력한 방전이 일어나면서 우리가 알고 있는 번개의 빛과 천둥 소리가 나게 됩니당

 

 

 

 

 

 

 

 

요런 느낌?

 

 

근데, 위에 그림처럼 구름에 음전하(-) 가 모이는 경우도 있지만, 구름에 양전하 (+) 가 모이는 경우도 있어여.

 

이를 각각 negative, positive lightning flash 라고 하는데

 

 

 

positive 의 경우에는 전체 번개의 비율중에서 5 % 정도이지만 negative 대비 10 배 가량 강력합니다

 

산불이라던가 송전선 손상 같은 번개에 의한 재해 대부분이 positive 라고 알려져있을 정도로여

 

 

그래서 이 논문이 말하는게 뭐냐

 

 

 

 

스위스의 Santis 타워 아래쪽에서 TW (테라 와트, 10¹² W)급 레이저를 하늘로 쏩니당

 

그냥 쏘는게 아니라 1kHz, 1/1000 초 간격으로 레이저 펄스를 반복적으로 발사합니다

 

 

그냥 레이저도 아니고 매우 강력한 레이저 펄스가 대기를 통과하면서, 공기가 이온화 되여. 

 

레이저 경로 주위에 공기가 가열되서 밀도가 낮아집니당

 

저밀도화된 레이저 경로가 전기 전도성이 높아서 전기 방전 채널이 되고 번개 방전의 경로를 제공하게 되여

  

 

 

 

 

 

 

고래서 번개 치는 경로를 매우 강력한 레이저로 유도할 수 있다! 라는 내용의 논문입니당

 

 

아마 미래에는 공항이라던가 로켓 발사대, 대형 인프라 시설 같은데에서 레이저 기반으로 번개 보호 시스템을 구축 할 수 있지 않을까 하네여

 

 

 

※ 테라 와트급 레이저이지만, 7 ps (피코 초, 10^-12 s) 정도의 매우 짧은 순간에만 출력을 발생시키기 때문에

 

실제로는 한 펄스당 500 mJ 이고 (논문 내용), 초당 1000번 발사하는거기 때문에 1초동안 총 에너지가 500 J,

 

시간당 0.139 Wh 정도 나와여

 

1시간동안 작동시켜도 한국 기준 50원 정도 나오겠네여?

 

물론 레이저 자체의 효율만 가지고 얘기한거기 때문에 에너지 전환율이라던가 냉각 등등 하면 더 나오겠지만여