자연 발생 번개를 펄스 레이저로 유도하는데 성공

스위스 제네바대학 연구팀이 1kHz의 고출력 펄스 레이저를 사용해 자연 발생 번개를 유도하는 데 성공했다.

이 연구 프로젝트는 20년 이상 진행되어 왔다. 이번 실험 결과는 레이저로 기상 제어가 가능하다는 것을 입증하는 것이다.

연구 결과(논문명: Laser-guided lightning)는 1월 16일 과학저널 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 실렸다.

지난해 7월 스위스 알프스 산맥 젠티스 봉우리의 '스위스콤(Swisscom)' 송신탑에서 실시된 '레이저 피뢰침(LLR)' 실전 실험 당시 레이저 발사장치 모습.

 

번개는 대기 중 얼음 알갱이가 서로 부딪쳐 대규모 전하 분리가 일어났을 때 발생하는 방전 현상이다. 따라서 고출력 레이저를 공기 중에 발사하면 도전성이 높은 플라즈마가 발생하기 때문에 레이저의 궤적에 번개를 유도하는 ‘레이저 유도 낙뢰’가 가능하다.

번개는 전선 사고나 산불의 원인이 되기 때문에, 번개를 제어할 수 있는 레이저 유도 낙뢰 기술은 1970년대부터 연구됐다. 그러나, 실험설비 내에서 발생시킨 극소규모 번개에 대한 레이저 유도 낙뢰 실증은 보고되고 있었지만, 실제로 자연 발생한 번개를 레이저로 제어한 성공 사례는 없었다.

20년 이상 레이저 유도 낙뢰 연구를 하고 있는 제네바대학 물리학자인 쟌 피에르 월프는 스위스에 있는 고도 2500m의 센티스(Säntis) 산 정상에서 실험을 실시했다. 이 센티스 산에는 1년에 100회 이상 낙뢰를 맞는 번개 방전이 전파탑이 있기 때문에 자연 발생한 번개를 레이저로 제어할 수 있는지 실험에 딱 맞았다.

이번 실험에서 사용된 것은 펄스 주파수 1kHz, 즉 초당 1000발로 발사되는 500메가줄(mJ)· 파장 1030나노미터(nm)의 고출력 펄스 레이저다. 

 

실제로 번개를 고출력 펄스 레이저로 전파탑으로 유도했던 순간.

연구팀에 따르면, 기존 실험에서 사용된 펄스 레이저의 주파수는 기껏해야 수 Hz 정도였다. 이번에는 200만 유로(한화 약 26억 8000만원)의 고출력 레이저 발사 장치를 센티스 산 정상의 전파탑 옆에 설치해 1kHz(1000Hz) 고출력 펄스 레이저를 발사했다. 연구팀은 10주 이상 관측하면서 총 6시간의 뇌우를 경험하고 그 중 4차례 낙뢰를 확인했다.

이 기술을 적용하면 중요한 시설을 낙뢰로부터 보호하거나 산불이 일어나지 않도록 안전한 장소에 낙뢰를 유도할 수 있다. 

다만. 이번 실험에서 자연 발생한 번개를 레이저로 유도하는 것에 성공은 했지만, 레이저 장비가 크고 고가로 보다 저렴하고 소형으로 하는 실용적인 기술로 만드는 것을 과제로 삼고 있다.