JPH077716B2 - Laser lightning method - Google Patents
Laser lightning methodInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
- H02G13/20—Active discharge triggering
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は雷雲にレーザ光を照射して雷を誘発（以下、誘
雷と称する）するレーザ誘雷方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a laser-induced lightning method of irradiating a thundercloud with laser light to induce lightning (hereinafter referred to as lightning strike).
（従来の技術） 第６図は雷を誘発する方法を模式的に示した図であっ
て、雷雲１に向けてパルスレーザ光２をレーザ発振器３
から放射している。レーザ光２が進行すると、このレー
ザ光２の光路には電離作用が生じてプラズマ状態が発生
する。このプラズマ状態にあれば、雷が誘発されやすい
状態となる。(Prior Art) FIG. 6 is a diagram schematically showing a method of inducing lightning, in which a pulsed laser beam 2 is directed toward a thundercloud 1 and a laser oscillator 3
Radiates from. When the laser light 2 advances, ionization occurs in the optical path of the laser light 2 and a plasma state is generated. In this plasma state, lightning is easily induced.
このような雷の誘発に用いているレーザ発振器３はTEAC
O2レーザ、エキシマレーザ等のパルスレーザが用いられ
ている。第７図はエキシマレーザ発振器の構成図であっ
て、レーザ管10にはレーザガス媒質としてのエキシマを
生成する混合ガスが封入されるとともに陽極11と陰極12
とが対向配置されている。又、レーザ管10には光共振器
を構成する高反射ミラー13及び出力ミラー14が対向配置
されている。一方、陽極11と陰極12とは高圧電源15に接
続されている。The laser oscillator 3 used to induce such lightning is TEAC.
Pulsed lasers such as O 2 laser and excimer laser are used. FIG. 7 is a configuration diagram of an excimer laser oscillator. A laser tube 10 is filled with a mixed gas that produces excimers as a laser gas medium, and an anode 11 and a cathode 12 are provided.
And are opposed to each other. Further, the laser tube 10 is provided with a high reflection mirror 13 and an output mirror 14 which are arranged to face each other and constitute an optical resonator. On the other hand, the anode 11 and the cathode 12 are connected to a high voltage power supply 15.
かかる構成であれば、高圧電源15は数100ms〜数秒間隔
毎に電気エネルギーを陽極11と陰極12と間に供給する。
これにより、陽極11と陰極12と間には主放電が発生し、
この主放電により誘発される光が高反射ミラー13と出力
ミラー14との間で光共振を生じ、この結果して第８図に
示すように数100ms〜数秒間隔毎の単一ショットとなる
パルスレーザ光16が出力される。このパルスレーザ光16
はミラー17により雷雲の方向に向けられる。With such a configuration, the high voltage power supply 15 supplies electric energy between the anode 11 and the cathode 12 at intervals of several 100 ms to several seconds.
This causes a main discharge between the anode 11 and the cathode 12,
The light induced by this main discharge causes optical resonance between the high-reflecting mirror 13 and the output mirror 14, and as a result, as shown in FIG. 8, a pulse which becomes a single shot at intervals of several 100 ms to several seconds. The laser light 16 is output. This pulsed laser light 16
Is directed by the mirror 17 in the direction of the thundercloud.
このような単一ショット動作による雷の誘発方法では、
レーザ光の放出間隔が長いため空間での電離は次のレー
ザ放出までに消滅してしまう。従って、誘雷の確率を高
めるにはパルスレーザ光16の１ショット当りのエネルギ
ーを大きくする必要がある。パルスレーザ光16のエネル
ギーを大きくするには陽極11と陰極12との間の主放電の
発生領域を大きくすれば良いが、これに伴ってレーザ管
10が大型化する。さらに、レーザ光を励起するための放
電体積が大きくなり、放電状態が不安定となり、従って
ショットごとに出力が変動するなどレーザ動作は不安定
となる。又、陽極11と陰極12との間に供給する電気エネ
ルギーを大きくするので、高圧電源15が大型化する。さ
らに、パルスレーザ光のパルス幅は数10ns〜数10μｓと
短く、このため雷を誘発する確率が低い。In such a method of inducing lightning by a single shot operation,
Since the laser light emission interval is long, the ionization in the space disappears before the next laser emission. Therefore, in order to increase the probability of lightning strike, it is necessary to increase the energy per shot of the pulsed laser light 16. In order to increase the energy of the pulsed laser light 16, the area where the main discharge is generated between the anode 11 and the cathode 12 may be increased.
10 becomes larger. Further, the discharge volume for exciting the laser light becomes large, the discharge state becomes unstable, and therefore the laser operation becomes unstable, such as the output varying from shot to shot. Further, since the electric energy supplied between the anode 11 and the cathode 12 is increased, the high voltage power supply 15 is increased in size. Furthermore, the pulse width of the pulsed laser light is as short as several tens of ns to several tens of μs, and therefore the probability of inducing lightning is low.
（発明が解決しようとする課題） 以上のように雷を誘発させるには、レーザ管10及び高圧
電源15が大型化し、又パルスレーザ光のパルス幅が短く
雷を誘発する確率が低いなどの問題を解決する必要があ
る。(Problems to be Solved by the Invention) In order to induce lightning as described above, there is a problem that the laser tube 10 and the high-voltage power supply 15 are increased in size, the pulse width of the pulsed laser light is short, and the probability of inducing lightning is low. Need to be resolved.
そこで本発明は、レーザ発振器を大型化しなくても高い
確率で雷を誘発できるレーザ誘雷方法を提供することを
目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a laser-induced lightning strike method that can induce lightning with a high probability without increasing the size of the laser oscillator.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、空間での電離状態が消滅し蓄積効果のないよ
うな単一動作に比べて１ショット毎のレーザ出力エネル
ギーが低いレーザ光を1kHz以上の高繰返し数で100ショ
ット以上雷雲に向けて出力するレーザ誘雷方法である。[Structure of the Invention] (Means and Actions for Solving the Problems) The present invention relates to a laser having a lower laser output energy per shot as compared with a single operation in which the ionization state in space disappears and there is no accumulation effect. This is a laser-induced lightning method in which light is output toward a thundercloud at 100 shots or more at a high repetition rate of 1 kHz or more.
（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。(Example) Hereinafter, one example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図はレーザ誘雷方法を発電所に適用した場合を示す
レーザ誘雷システムの構成図である。ここでは、短波長
の紫外域で高効率、大出力のパルスレーザ発振が得られ
るエキシマレーザを使用した例を説明する。すなわち、
発電所20の屋上にはレーザ装置室21が設けられ、このレ
ーザ装置室21にレーザ発振器が備えられている。なお、
レーザ装置室21内にはレーザ発振器が複数台備えられて
おり、同時に複数方向より雷雲に放射しても良いし、１
台で出射方向を切り替えるようにしても良い。このレー
ザ発振器は紫外域の波長で上記単一ショット動作に比べ
て１ショットごとの出力エネルギーの低いレーザ光を1k
Hz以上の高繰返し数で100ショット以上出力する機能を
有している。具体的には第２図に示すパルスレーザ発振
器が用いられている。すなわち、レーザ管30にはエキシ
マを生成する混合ガスが封入されるとともに陽極31と陰
極32とが対向配置されている。又、レーザ管30には光共
振器を構成する高反射ミラー33及び出力ミラー44が対向
して設けられている。この場合、高反射ミラー33と出力
ミラー44との対向方向が光軸方向となる。さらに、レー
ザ管30の内部にはファン35が設けられている。このファ
ン35は陽極31と陰極32との間のガスを光共振器の光軸方
向と同一方向に流すものである。なお、このファン35に
よるガス流速は10m/s以上である。一方、陽極11と陰極1
2との間には高圧電源36が接続されている。この高圧電
源36は電気エネルギーを1kHz以上の高繰返し数で100シ
ョット以上断続的に陽極11と陰極12との間に供給する機
能を有している。この場合、高圧電源36は例えば100シ
ョットを１バーストとし、数100ms〜数秒のバースト周
期で電気エネルギーを供給する機能を有している。又、
陽極11と陰極12との間に供給する電気エネルギーはパル
スレーザ光のエネルギーは例えば20mJ/パルス程度とな
るように設定されている。FIG. 1 is a configuration diagram of a laser lightning strike system showing a case where the laser lightning strike method is applied to a power plant. Here, an example will be described in which an excimer laser that can obtain high-efficiency and high-power pulsed laser oscillation in the short wavelength ultraviolet region is used. That is,
A laser device room 21 is provided on the roof of the power plant 20, and the laser device room 21 is equipped with a laser oscillator. In addition,
The laser device room 21 is provided with a plurality of laser oscillators, and may simultaneously radiate thunderclouds from multiple directions.
The emitting direction may be switched on the table. This laser oscillator emits a laser beam with a low output energy per shot at 1 k in the ultraviolet wavelength range compared to the above single-shot operation.
It has a function to output 100 shots or more at a high repetition rate of Hz or higher. Specifically, the pulse laser oscillator shown in FIG. 2 is used. That is, the laser tube 30 is filled with a mixed gas that produces excimers, and the anode 31 and the cathode 32 are arranged to face each other. Further, the laser tube 30 is provided with a high reflection mirror 33 and an output mirror 44, which form an optical resonator, facing each other. In this case, the facing direction of the high-reflection mirror 33 and the output mirror 44 is the optical axis direction. Further, a fan 35 is provided inside the laser tube 30. The fan 35 flows the gas between the anode 31 and the cathode 32 in the same direction as the optical axis direction of the optical resonator. The gas flow rate by the fan 35 is 10 m / s or more. On the other hand, anode 11 and cathode 1
A high voltage power supply 36 is connected between the two. This high-voltage power supply 36 has a function of intermittently supplying electrical energy between the anode 11 and the cathode 12 at 100 shots or more at a high repetition rate of 1 kHz or more. In this case, the high-voltage power supply 36 has a function of supplying, for example, 100 shots as one burst and supplying electric energy in a burst cycle of several 100 ms to several seconds. or,
The electric energy supplied between the anode 11 and the cathode 12 is set so that the energy of pulsed laser light is, for example, about 20 mJ / pulse.
発電所20の周辺には反射ミラー装置40、41が設けられて
いる。これら反射ミラー装置40、41はそれぞれ窓42、43
が形成された球体44、45の内部に反射ミラー46、47を球
面軸受けにより設けて全方向に傾動する構成となってい
る。Reflecting mirror devices 40 and 41 are provided around the power plant 20. These reflection mirror devices 40 and 41 are provided with windows 42 and 43, respectively.
Reflecting mirrors 46 and 47 are provided inside the spheres 44 and 45 in which are formed by spherical bearings and tilted in all directions.
次に上記の如く構成されたシステムの作用について説明
する。Next, the operation of the system configured as described above will be described.
雷雲50、51が発生すると、レーザ装置室21内に備えられ
た各レーザ発振器は発振動作を行ってそれぞれパルスレ
ーザ光を出力する。すなわち、高圧電源36は陽極31と陰
極32との間に100ショットのパルス列を１バーストと
し、数秒のバースト周期で電気エネルギーを供給する。
これにより、陽極31と陰極32と間には主放電が発生し、
この主放電により誘発される光が高反射ミラー33と出力
ミラー34との間で光共振を生じ、この結果して第３図に
示すようにエネルギー20mJ/パルスで100ショットを１バ
ーストとし、かつこのバースト周期を数100ms〜数秒と
するパルスレーザ光37が出力される。この際、主放電発
生後には残留ガスが陽極31と陰極32と間に残るが、この
残留ガスは次の主放電が発生するまでにファン35による
循環作用により陽極31と陰極32と間から除去される。
又、別のレーザ発振器からはパルスレーザ光38が出力さ
れる。これらパルスレーザ光37、38はそれぞれ反射ミラ
ー装置40、41の各反射ミラー46、47に送られる。これら
反射ミラー46、47は各パルスレーザ光37、38がそれぞれ
雷雲50、51に向かって進行するようにその向きが調整さ
れている。When the thunderclouds 50 and 51 are generated, each laser oscillator provided in the laser device chamber 21 performs an oscillating operation and outputs a pulse laser beam. That is, the high-voltage power supply 36 supplies a pulse train of 100 shots between the anode 31 and the cathode 32 as one burst, and supplies electric energy in a burst cycle of several seconds.
As a result, a main discharge is generated between the anode 31 and the cathode 32,
The light induced by this main discharge causes optical resonance between the high reflection mirror 33 and the output mirror 34, and as a result, 100 shots are made into one burst with energy of 20 mJ / pulse as shown in FIG. A pulsed laser light 37 having a burst period of several 100 ms to several seconds is output. At this time, although the residual gas remains between the anode 31 and the cathode 32 after the main discharge occurs, this residual gas is removed from between the anode 31 and the cathode 32 by the circulating action of the fan 35 until the next main discharge occurs. To be done.
The pulsed laser light 38 is output from another laser oscillator. These pulsed laser beams 37 and 38 are sent to the reflection mirrors 46 and 47 of the reflection mirror devices 40 and 41, respectively. The directions of the reflection mirrors 46 and 47 are adjusted so that the pulse laser beams 37 and 38 travel toward the thunderclouds 50 and 51, respectively.
これらパルスレーザ光37、38がそれぞれ雷雲50、51内を
進行すると、その光路には電離が生じてプラズマ状態と
なる。例えば、 O→O++e N→N++e となる。When these pulsed laser lights 37 and 38 travel in the thunderclouds 50 and 51, respectively, ionization occurs in their optical paths and a plasma state is established. For example, O → O + + e N → N + + e.
ところで、このプラズマ状態における荷電粒子は時間経
過とともに消滅するが、空気中におけるプラズマの再結
合係数をαとし、初期の荷電粒子密度をn0、時間ｔ経過
後の荷電粒子密度をｎとすれば、 （1/n）＝（1/n0）＋αｔ の関係が成り立つ。そこで、初期の荷電粒子密度n0を n0108cm-3 とすれば、通常αは〜10-6cm-3/sであるためプラズマ生
成後1ms程度経過した時点での荷電粒子密度ｎ(cm-3)は ｎ0.9×108 で荷電粒子が残留している。By the way, although the charged particles in this plasma state disappear with time, if the recombination coefficient of plasma in air is α, the initial charged particle density is n 0 , and the charged particle density after the time t is n. , (1 / n) = (1 / n 0 ) + αt. Therefore, assuming that the initial charged particle density n 0 is n 0 10 8 cm −3 , normally α is ˜10 −6 cm −3 / s, and therefore the charged particle density n at the time of about 1 ms after plasma generation. (cm -3 ) is n0.9 × 10 8 and the charged particles remain.
パルスレーザ光37、38は1kHz以上の高繰返し数のパルス
列で発生するので、密度ｎの荷電粒子が残留している状
態に次のパルスレーザ光37、38の１ショットが雷雲に放
射される。これにより、荷電粒子が残留している空気は
さらに電離され、パルスレーザ光37、38の１ショット数
が増加するとともに電離状態は進む。従って、各パルス
レーザ光37、38の光路に沿って雷を誘発に必要なプラズ
マ状態のパスが形成される。そして、このプラズマ状態
のパスはパルスレーザ光37、38のパルス列が出力されて
いる間、つまり１バーストの間形成されている。この結
果、雷が誘発される確率は高くなる。かくして、雷はパ
ルスレーザ光37、38の光路に沿って発生する。Since the pulsed laser light 37, 38 is generated by a pulse train having a high repetition rate of 1 kHz or more, one shot of the next pulsed laser light 37, 38 is emitted to the thundercloud in a state where charged particles having a density n remain. As a result, the air in which the charged particles remain is further ionized, and the number of shots of the pulse laser beams 37 and 38 increases, and the ionized state advances. Therefore, a plasma-state path necessary for inducing lightning is formed along the optical path of each pulsed laser light 37, 38. The path in the plasma state is formed while the pulse train of the pulsed laser light 37, 38 is being output, that is, for one burst. As a result, the probability of triggering lightning is high. Thus, lightning is generated along the optical path of the pulsed laser light 37, 38.
このように上記一実施例において、紫外域の短い波長で
エネルギーが単一ショット動作に比べて１ショット毎の
レーザ出力エネルギーが低い例えば20mJ/パルス程度の
レーザ光を1kHz以上の高繰返し数で100ショット以上雷
雲に向けて出力するようにしたので、小さなエネルギー
のパルス列のパルスレーザ光37、38を出力することによ
って雷を誘発するに必要なプラズマ状態を生成でき、し
かもこのプラズマ状態を長時間維持できて雷の誘発させ
る確率を高くできる。又、パルスレーザーのエネルギー
は小さくても良いので、レーザ発振器を小型化できる。
又、各反射ミラー装置40、41を設けたので、パルスレー
ザ光37、37の光路に沿って雷が発生しても、雷は反射ミ
ラー装置40、41に落雷するので、発電所20は落雷を受け
ることがない。又、各反射ミラー装置40、41によりパル
スレーザ光を雷雲の方向に自由に変更できる。As described above, in the above-mentioned one embodiment, the laser output energy of each shot is low at a short wavelength in the ultraviolet region as compared with the single-shot operation. Since it is output to the thundercloud for more than one shot, it is possible to generate the plasma state necessary for inducing lightning by outputting the pulsed laser light 37, 38 of a pulse train of small energy, and this plasma state is maintained for a long time. It is possible to increase the probability of triggering lightning. Further, since the energy of the pulse laser may be small, the laser oscillator can be downsized.
Further, since the reflection mirror devices 40 and 41 are provided, even if a lightning strike occurs along the optical path of the pulsed laser light 37, 37, the lightning strikes the reflection mirror devices 40 and 41. Never receive. Further, the pulsed laser light can be freely changed in the direction of the thundercloud by the respective reflection mirror devices 40 and 41.
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではなく
その主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、
レーザ発振器はパルスレーザ光を第４図に示すように1k
Hz以上の高繰返し数で200ショット以上出力し続けるよ
うにしても良い。これにより、プラズマ状態のパスが常
に形成でき、雷の誘発確率をさらに高くできる。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified without departing from the gist thereof. For example,
The laser oscillator uses pulsed laser light for 1k as shown in Fig. 4.
It is also possible to keep outputting 200 shots or more at a high repetition rate of Hz or higher. As a result, a path in the plasma state can always be formed, and the probability of lightning can be further increased.
又、雷の誘発システムとしては第５図に示すように鉄塔
52を設け、この鉄塔52の近傍にレーザ発振器53を設けて
も良い。この場合、レーザ発振器53は雷雲54に対してパ
ルスレーザ光を鉄塔52の極近傍に通過させて雷雲54に向
かって出力する。この結果、雷はパルスレーザ光の光路
に沿って発生するが、この雷の電流は鉄塔52を通ってア
ースに流れる。In addition, as a lightning induction system, as shown in Fig. 5, a steel tower
52 may be provided, and the laser oscillator 53 may be provided near the steel tower 52. In this case, the laser oscillator 53 passes the pulsed laser light to the thundercloud 54 in the vicinity of the tower 52 and outputs the pulsed laser light toward the thundercloud 54. As a result, lightning is generated along the optical path of the pulsed laser light, but the current of this lightning flows through the tower 52 to the ground.
さらに、レーザ発振器はエキシマに限らずTEACO2レーザ
などの大出力が得られるパルスレーザを高繰り返し動作
させても良い。又、残留するのは荷電粒子として説明し
てきたが、これは比較的寿命の長い電子付着状態のO-、
O2 -等、或いは荷電状態までには至らないが準安定状態
の励起原子、分子もレーザにより生成され荷電粒子と同
様或いはこれ以上の寄与をすると考えられる。Further, the laser oscillator is not limited to the excimer, and a pulse laser such as a TEACO 2 laser that can obtain a large output may be operated with high repetition. Although the remaining has been described as a charged particle, which is a relatively long lifetime electron attachment state O -,
It is considered that O 2 − etc., or excited atoms and molecules in a metastable state, which do not reach the charged state, are generated by the laser and contribute to the same level as the charged particles or more.
［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、レーザ発振器を大
型化しなくても高い確率で雷を誘発できるレーザ誘雷方
法を提供できる。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a laser-induced lightning strike method that can induce lightning with a high probability without increasing the size of a laser oscillator.
第１図乃至第３図は本発明に係わるレーザ誘雷方法を説
明するための図であって、第１図はレーザ誘雷システム
に適用した場合の構成図、第２図はレーザ発振器の構成
図、第３図はパルスレーザの出力タイミング図、第４図
はパルスレーザの出力タイミングの変形例を示す図、第
５図は他の雷の誘発システムを示す図、第６図乃至第８
図は従来のレーザ誘雷方法を説明するための図である。 20……発電所、21……レーザ装置室、30……レーザ管、
31……陽極、32……陰極、33……高反射ミラー、34……
出力ミラー、35……ファン、36……高圧電源、40,41…
…反射ミラー装置、50,51……雷雲。1 to 3 are views for explaining a laser lightning strike method according to the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram when applied to a laser lightning strike system, and FIG. 2 is a configuration of a laser oscillator. FIG. 3 is a pulse laser output timing diagram, FIG. 4 is a diagram showing a modification of the pulse laser output timing, FIG. 5 is a diagram showing another lightning trigger system, and FIGS.
The figure is a figure for demonstrating the conventional laser induced lightning method. 20 …… power plant, 21 …… laser equipment room, 30 …… laser tube,
31 …… Anode, 32 …… Cathode, 33 …… High-reflection mirror, 34 ……
Output mirror, 35 …… Fan, 36 …… High-voltage power supply, 40,41…
… Reflecting mirror device, 50,51 …… thundercloud.
Claims (1)
ような単一動作に比べて１ショット毎のレーザ出力エネ
ルギーが低いレーザ光を1kHz以上の高繰返し数で100シ
ョット以上雷雲に向けて出力することを特徴とするレー
ザ誘雷方法。1. A laser beam having a lower laser output energy per shot than a single operation in which the ionization state in the space disappears and there is no accumulation effect is directed to a thundercloud for 100 shots or more at a high repetition rate of 1 kHz or more. The method of laser-induced lightning is characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28329190A JPH077716B2 (en) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | Laser lightning method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28329190A JPH077716B2 (en) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | Laser lightning method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160799A JPH04160799A (en) | 1992-06-04 |
| JPH077716B2 true JPH077716B2 (en) | 1995-01-30 |
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ID=17663548
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| JP28329190A Expired - Fee Related JPH077716B2 (en) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | Laser lightning method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH077716B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| FR2750806B1 (en) * | 1996-07-05 | 1998-09-11 | Commissariat Energie Atomique | DEVICE AND METHOD FOR PROTECTING A SITE AGAINST DIRECT LIGHTNING IMPACTS |
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1990
- 1990-10-23 JP JP28329190A patent/JPH077716B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04160799A (en) | 1992-06-04 |
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