物理新知–神奇的「激光避雷針」
文﹕張啟聰    

普通避雷針
圖一  普通避雷針
日常生活中,我們都可看見屋頂的避雷針 (圖一)。早在十八世紀,富蘭克林已經發明了避雷針。避雷針的原理並不是阻擋雷電,而是沿著安全的路徑使雲層裡的電荷和地面的電荷中和,從而保護建築物免受雷電的襲擊。

雲層的底部帶負電荷,因此感生的正電荷便會在雲層下的地面聚集。根據靜電學的原理,帶電導體表面上較尖的地方,電苛密度會較其他地方高,所以避雷針的尖端會比其他地方集合了更多的正電荷,引導雲層中的負電荷沿著避雷針頻密地往地面放電,以免雲層中的負電荷累積過多,一次過放電時形成了具有巨大破壞力的雷電,擊中地面上聚集了較多正電荷的建築物。

那麼,激光又與避雷針有甚麼關係呢?原來,合適的激光可以把空氣電離,產生一條由正電荷所組成的導電通道,負電苛便會乖乖地沿著這條通道走了,到了接近地面時,便會在預先準備好的傳統避雷針放電。這種方法可以更有效地誘導雲層的電苛通過避雷針放電,從而大大提高了傳統避雷針的效率。現在,物理學家正研究如何利用紫外線激光來使兩個電極放電﹔他們以高電壓的電極來模擬雷電產生時的情形,並已成功用激光把兩個相隔一段距離的電極放電。展望將來,「激光避雷針」可以設置在機場、醫院和核電廠等地方,保護人類。