Los rayos son uno de los fenómenos naturales más extremos. Una descarga electrostática abrupta de millones de voltios y cientos de miles de amperios, responsable de hasta 24.000 muertes al año. Desde cortes de energía e incendios forestales hasta infraestructura dañada, también causa una gran devastación por un total de varios miles de millones de dólares anuales.

Los dispositivos de protección contra rayos han cambiado poco desde 1752, cuando Benjamin Franklin inventó el pararrayos, un mástil puntiagudo y conductor hecho de metal conectado a tierra. La barra tradicional sigue siendo hasta el día de hoy la forma más eficaz de protección exterior: protege una superficie con un radio más o menos igual a su altura. Entonces, una barra de 10 m de altura asegurará un área con un radio de 10 m. Sin embargo, dado que la altura de los mástiles no se puede extender de forma ilimitada, no es un sistema óptimo para proteger sitios sensibles en un área amplia, como un aeropuerto, un parque eólico o una planta de energía nuclear.

Un consorcio europeo liderado por investigadores de la Universidad de Ginebra y la École Polytechnique ha estado trabajando en un dispositivo conocido como Laser Lightning Rod (LLR). Al generar canales de aire ionizado, el LLR se utilizó para guiar los rayos a lo largo de su haz. Extendiéndose hacia arriba desde un pararrayos tradicional, podría aumentar su altura prácticamente tanto como la superficie del área que está protegiendo.

“Cuando se emiten a la atmósfera pulsos de láser de muy alta potencia, se forman filamentos de luz muy intensa en el interior del haz”, explica Jean-Pierre Wolf, profesor titular del Departamento de Física Aplicada de la Sección de Física de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, y el último autor del estudio. “Estos filamentos ionizan las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire, que luego liberan electrones que pueden moverse libremente”, continúa el profesor Wolf. “Este aire ionizado, llamado 'plasma', se convierte en conductor eléctrico”.

El proyecto LLR supuso desarrollar un nuevo láser con una potencia media de un kilovatio, un Joule por pulso y una duración por pulso de un picosegundo. La varilla tiene 1,5 m de ancho, 8 m de largo y pesa más de 3 toneladas, y fue diseñada por láseres científicos de TRUMPF. Este láser de teravatio se probó en la cumbre de Säntis (en Appenzell, a una altura de 2.502 m) ya instrumentado para observar rayos. Se centró sobre una torre transmisora ​​de 124 m perteneciente al proveedor de telecomunicaciones Swisscom, que estaba equipada con un pararrayos tradicional. Esta es una de las estructuras más afectadas por rayos en Europa. "La principal dificultad era que era una campaña de tamaño natural. Tuvimos que preparar un entorno en el que pudiéramos instalar y proteger el láser", dice Pierre Walch.

El láser se activaba cada vez que se pronosticaba actividad tormentosa entre junio y septiembre de 2021. La zona debía cerrarse al tráfico aéreo con antelación. “El objetivo era ver si había diferencia con o sin láser”, explica Aurélien Houard, científico investigador del Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) y coordinador del proyecto. “Comparamos los datos recopilados cuando el filamento láser se produjo sobre la torre y cuando la torre fue golpeada naturalmente por un rayo”.

Llevó casi un año analizar la colosal cantidad de datos recopilados. Este análisis ahora muestra que el láser LLR puede guiar rayos de manera efectiva. El profesor Wolf explica además: "Desde el primer rayo que utilizó el láser, descubrimos que la descarga podía seguir el haz durante casi 60 metros antes de llegar a la torre, lo que significa que aumentó el radio de la superficie de protección de 120 m a 180 m". .

El análisis de datos también demuestra que el LLR, a diferencia de otros láseres, funciona incluso en condiciones climáticas difíciles, como la niebla (que a menudo se encuentra en la cima de Säntis), que puede detener el rayo, ya que literalmente atraviesa las nubes. Anteriormente, este resultado solo se había observado en el laboratorio . El siguiente paso del consorcio será aumentar aún más la altura de acción del láser. El objetivo a largo plazo incluye utilizar el LLR para extender un pararrayos de 10 m en 500 m.

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