번개를 자유자재로 조종하는 신기술이 등장! 레이저로 위험한 낙뢰를 선을 그리듯이 유도할 수 있다.

KAIN

Credit:depositphotos

영어에는 Lightning never strikestwice in the same place(벼락이 같은 장소에 두 번 치는 일은 없다)라는 속담이 있습니다.

해외드라마 CSI에는 "아니 엠파이어 스테이트 빌딩에는 연간 20차례나 번개가 쳐"라고 받아치는 캐릭터가 등장하는데 고층빌딩 피뢰침의 낙뢰는 인간이 의도를 가지고 한 일이며 오히려 인류가 자연을 제어한 성과라고 말할 수 있습니다.

하지만 탁 트인 곳에서의 낙뢰 지점을 제어하는 것은 매우 어려운 문제입니다.

이를 제어하기 위해 번개를 유도하는 레이저 유뢰 기술이 연구되고 있습니다.

10월 20일에 오픈 액세스 저널「Nature Communications」에 발표된 연구에서는, 매우 약한 레이저 강도로 정밀한 번개의 유도를 실현시키는 신기술 에 대하고 보고를 하고 있습니다.

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https://www.nature.com/articles/s41467-020-19183-0

■ 번개를 안전하게 유도하는 레이저 유뢰 기술이란?

Credit:euronews Knowledge, The scientists who are ‘struck’ by lightning

번개는 예로부터 인간이 두려워 해 온 자연 재해 중 하나입니다.

현대에도 정밀 기기의 파괴나 산불 등 다양한 피해를 초래하고 있습니다.

일반적인 번개 대책은 피뢰침을 세우는 것입니다만, 낙뢰는 꽤 랜덤한 현상으로 비록 바로 근처에 피뢰침이 있다고 해도 그쪽으로 잘 떨어져 준다고는 할 수 없습니다.

특히 호주에서는 산림에 낙뢰로 인한 산불 발생이 큰 문제가 되고 있습니다.

산악지나 평원 등 탁 트인 자연 환경에서는 낙뢰를 안전하게 피뢰침으로 떨어뜨린다는 것은 상당히 어려운 문제입니다.

그래서 주목받고 있는 기술이 레이저 유뢰입니다.

이는 고강도 레이저에 의해 대기중의 분자를 파괴하여 플라즈마를 생성해서 피뢰침으로 번개를 유도하는 도선을 대기중에 만들어내는 것으로 1974년 벨에 의해서 제안된 이후 오랫동안 연구되어 오고 있습니다.

그러나 플라즈마가 한 번 형성되면 그것이 레이저를 흡수 산란시켜 버리기 때문에 지속 시간을 유지할 수 없거나 에너지 효율 문제 등으로 인해 아직 완전히 성공한 기술은 아닙니다.

■ 저강도로 지속되는 정밀한 레이저 유뢰 기술
이번 연구에서 나타내는 새로운 방법은 레이저 유뢰 기술이 안고 있는 문제를 한꺼번에 해결할 수 있을지도 모릅니다.

새로운 기술은 플라즈마를 생성하는 것이 아니라 공기 중의 그래핀 미립자를 빔으로 포획한 후 그것을 레이저로 가열합니다.

입자를 포획함으로써 국소적인 공기의 밀도가 낮아지고 그 입자를 가열함으로써 주위 전자의 이동 가능한 거리가 증가하게 됩니다.

가열된 입자는 레이저가 멈춘 후에도 한동안 유지됩니다.

이를 통해서 저강도의 레이저로 장시간 정밀한 번개 유뢰가 가능하도록 경로를 만들어낼 수 있는 것입니다.

Credit:V. Shvedov et al.,Nature Communications (2020)

실험에서는 기존 연구의 1000분의 1 수준인 레이저 강도를 사용하고 있으며 그래핀 미립자에 의한 방전 여부의 한계치를 30% 감소시킬 수 있음을 보여 주었 습니다.

■ 아주 정밀한 제어가 가능하게 될 것이다.

이번 기술로 번개 트랙터 빔은 장거리를 유도할 수 있어서 안전하고 정밀한 번개 제어가 가능하다고 연구팀은 말합니다.

게다가 이 기술은 터무니없이 정밀한 방전을 제어할 수 있게 해준다고 합니다.

연구팀의 한 명인 뉴사우스웨일스대 밀로슈니첸코 교수는 공간에서 눈에 보이지 않는 선을 그리는 것만으로 인간 머리카락 폭의 약 10분의 1 이내에서 방전을 제어할 수 있다고 말합니다.

이 기술은 낙뢰 제어를 할 뿐만 아니라 의료 현장에서 암 조직을 제거하는 레이저 메스나 제조업 현장 등 마이크로 스케일의 방전 제어로도 응용할 수 있는 가능성이 있는 것입니다.

Credit:depositphotos

현재 이기술은 실험실 수준에서 확인되고 있는것으로 연구팀은 앞으로 전혀 새로운 이방법이 무엇을 뜻하게 될지 배워 나갈거라고 말합니다.

 reference: Australian National University,J-stage「レーザーを利用した誘雷技術」


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