Conductive Channel for Energy Transmission

Abstract

Лазерный разряд, полученный при помощи конической оптики, является наиболее подходящим для образования проводящих каналов в атмосфере. Чаще всего рассматриваются только два типа лазеров для формирования высоко-проводящих каналов в атмосфере, управляемых лазерным разрядом: импульсные субмикросекундные газово-химический лазеры (CO2, DF) и короткоимпульсные твердотельные ультрафиолетовые лазеры. Основное преимущество короткоимпульсного лазера заключается в его способности формировать сверхдлинные ионизированные каналы с характерным диаметром ~100 мкм в атмосфере по направлению распространения луча. При расчётной плотности электронов ниже 10 ⋅ 16 см–3 в этих нитях при длине волны лазера в диапазоне 0,5–1,0 мм плазма слабо абсорбирует лазерное излучение. В данном случае длина пути, образуемого многими нитями и определяемая интенсивностью лазерного излучения, может исчисляться многими километрами при энергии фемтосекундного импульса, равной ~100 мДж. Однако такие лазеры не могут применяться для создания высокопроводимых длинных каналов в атмосфере. Активное сопротивление данного типа проводящих каналов оказывается очень высоким, и невозможно добиться сильного нагревания газа в этих каналах (<1 Дж). Электрический пробой, управляемый излучением фемтосекундного твердотельного лазера, обеспечивается только при длине 3 м и напряжении 2 MВ в искровом промежутке (670 кВ/м). Недавно научная группа из института имени П. Н. Лебедева улучшила этот результат. При этом искровой промежу-ток 1 м был пробит лазерным излучением KrF посредством переключения высоковольтного (до 390 кВ/м) энергетического разряда УФ импульсами длительностью 100 наносекунд. Наш предыдущий результат – это проводящий канал длиной в 16 м, контролируемый лазерным разрядом при напряжении 3 MВ, был получен более 20 лет тому назад в России и в Японии с использованием импульсного CO2-лазера с энергией, равной 0,5 кДж. Средняя напряженность электрического поля составляла < 190 кВ/м. Таким образом, предстоит еще много сделать, чтобы добиться эффективного применения.