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在漫威英雄当中,有一个搞笑担当就是雷神。不过他在进入战斗之后,作战能力还是很强的,其举锤引雷横扫敌人的名场面,确实让人印象深刻。如果我们也拥有雷神之锤,充分地利用雷电资源,应该能节省不少能源。
漫威人物雷神但你们知道吗?我国还真的实验过现实版的“雷神之锤”,引雷现场堪比星球大战。那么,为何我们要主动引雷?雷电可以储存吗?
认识雷电
每当强对流天气出现,就会有强烈的雷电活动。这种雷电活动不仅会影响到人们休息,还会引起油库和森林火灾,造成通讯系统设备故障等等,严重时也可能发生雷击事故,致人死亡。
所以,雷电到底是什么?它又是如何产生的呢?
雷电引发火灾雷电其实就是一种自然现象,它一般出现在对流明显的积雨云当中。形成的原因可以分为两方面,一方面是大气当中的水蒸气,另一方面则是特殊的地形和气象条件。
我们总觉得只有在夏季暴雨天,才会出现雷电。实际上,当冷暖气流相交之后,会形成冷风雷,它是雷电当中最强烈的一种,造成的危害很大。
雷电产生于雷云上下部位不同的电荷,其上部一般是正电荷,下部则是负电荷。
雷电在这种情况下,上下部位就会形成电位差,并且这种电位差会持续增大,到了一定的限度时,就会开始放电。
据悉,闪电的平均电流可以达到万安培,高的话能达到0万安培,并且电压也是相当高的,在1亿伏特到10亿伏特之间。
许多人看到这可能表示,原来皮卡丘的招牌技能“十万伏特”和雷电比起来真的不算什么。
云层当中的正负电荷打架确实,根据统计数据来看,中等强度的雷暴功率都能轻松达到一千万瓦左右,和一个小型核电站的输出功率差不多了。
可以看出,要是咱们能够充分地利用雷电带来的资源,甚至将其储存起来,那么发电方面的开支就能省去一大部分。
所以,我们是如何做到人工引雷的呢?
小型核电站人工引雷技术
首先大家需要明确一点,那就是引雷和造雷是两码事。
许多人在看到人工引雷的时候,下意识就觉得我们是先造出了雷电,然后再进行引导。实际上人工引雷,就是通过相关的装置,让雷电发生在可以控制的范围内。
简单来说,就是当云层当中的电位差达到一定程度时,朝着云体发射拖带着金属导线的小火箭,然后让雷电立即被激发。
据悉我国使用的人工引雷专用火箭具有自动抛伞功能,当火箭点火12秒后,火箭上升到最大高度大约米时便自动打开抛伞装置释放出降落伞。火箭的最大速度为m/s,携带的细金属导线直径为0.2mm,绕在一特制的线轴上。
人工引雷火箭示意图我国主动引雷的实验,从年就已经开始了,研究人员一直利用火箭-导线技术,在不同的地区做试验,其中南方和北方均有获得成功。比如年夏天,中国气象科学研究院和中国科学院研究所,在山东省滨州开展了人工引雷实验。
人工引雷的方式到了年时,又和广东省气象局合作,以广州从化地区为实验地点,在野外进行了自然闪电和人工引雷的实验,最终成功引雷,现场堪比星球大战。
引雷现场值得一提的是,在多次的试验当中,科学家发现我国北方和南方的引雷特征并不一样。
北方的雷暴电荷结构呈三极性,这指的是云中的电荷分布不止可以分为两部分,而是可以分成三部分。
北方雷云我们在上文中介绍雷电的时候,曾提到云层上部为正电荷,下部为负电荷。而北方的雷云上部为正电荷,中部为负电荷,下部还存在着范围较大的正电荷区。
在这种情况下,成功进行人工引雷之后,放电较弱,最大电流在几百到一千安培,并且持续时间也很短。
年7月27日的一次人工引雷电流记录,是典型的北方人工引雷电流波形。这次放电持续了大约0ms,峰值电流为1·2kA,中和电荷量为8.9C,远比国外5C到50C的观测结果小。
年北京地区人工引雷电流记录至于南方的雷暴电荷结构则和传统的比较相似,呈现出了典型的双极性。上部为正电荷区,下部则为负电荷区,并且触发高度在米到米之间,明显低于北方的实验高度。
此外,南方的闪电强度也比北方强得多。
综上所述,人工引雷确实是可行的,不过很遗憾,即使引雷成功,咱们也无法储存雷电并进行利用,因为从理论上来说,并没有完全绝缘的物体。
而以人类目前的科技来看,也造不出这样储量巨大的“蓄电池”,所以我们数次引雷成功后,这些雷电的最终归宿依旧是地面电场。
绝缘体既然无法利用,人工引雷看起来就没什么必要了,可为什么科学家依旧在努力地尝试呢?
为何要主动引雷?
我们无法直接利用雷电的能量,却不代表无法间接利用雷电。要知道,雷电发生和发展的物理过程研究,对于雷电防护系统的设计非常重要。
自然产生的雷电不但具有极强的随机性,还“转瞬即逝”,在这种情况下,我们无法对其放电过程进行慢放处理,有关雷电的谜题自然也就无法解开了。
研究雷电因此,主动引雷主要是为了完善雷电防护。首先就是可以将闪电引向要测试的防雷器件上,用来测试其耐雷击的特性。并且还可以通过这种方式,系统地研究接地体的结构特性与动态阻抗之间的关系。
雷电与地面的接触其次就是用于实验防雷设施,除了以上的直击以外,防雷设施的各个性能在室内的体现是有所偏差的。所以我们还是要以自然雷电的影响为研究标准,而人工引雷恰好就是一个可控的“按键”让我们能够进行观测试验。
资料显示可以在人工引雷点附近放置避雷针,观测人工引发闪电是首先移向避雷针还是其他物体,以检测避雷针的吸引能力和保护范围以及不同结构的避雷针之间的相互比较。
高大建筑上安有避雷针最后就是观察雷电电磁效应,研究人员会提前在人工引雷点附近放置测试供电、敏感元器件等东西,研究雷电与它们之间相互作用的情况,以此作为详细研究闪电电流参数与电磁辐射场之间关系的基础。
电磁感应由此可见,人工引雷不但可以帮我们更加明确地了解雷电,还能够运用在雷电防御领域,将其当成一种“天然实验装置”。
并且很难说在科技日新月异的情况下,未来我们能否造出储存雷电的“电池”,所以不管从哪方面来说,人工引雷都是很有必要的实验。
值得一提的是,根据科学家研究,其实就算未来我们能够收集雷电了,也不见得会减少发电开支。这是因为我们无法充分地捕捉雷电产生的能量,它到末期还会有一个余晖放电阶段,其电流衰减得很快。
余晖放电再者,能量从本质上来说,是功率和时间相乘的结果。雷电的功率虽然已经完全达标了,但是时间转瞬即逝,基本可以忽略不计。在这种条件下,单次雷击产生的能量很少。
此外,想要批量利用,也要看老天爷的心情,毕竟雷电云层可不是说形成就能形成的,从目前的地面落雷密度来看,实在是没什么利用的价值。
雷电