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Si chiama Laser Lightning Rod il nuovo sistema “parafulmine” di protezione, testato in Svizzera in via sperimentale, che attira i fulmini tramite impulsi laser. Il sistema è stato installato a 2500 metri di altezza sulla cima del Monte Säntis, una delle zone con più alta frequenza di fulmini in Europa. Il sistema è stato messo a punto dall'Università di Ginevra e dall'École Polytechnique di Parigi, e i risultati delle prime sperimentazioni sono stati pubblicati su Nature Photonics. Durante i temporali, il laser viene puntato verso il cielo e attraversa l'aria, generando una via preferenziale per i fulmini, che di fatto sono scariche elettrostatiche. Insomma, è una sorta di “parafulmine laser” che si attiva nel momento del bisogno. Questo nuovo sistema potrebbe salvaguardare infrastrutture come aeroporti, centrali elettriche, parchi eolici e rampe di lancio, con il vantaggio di coprire zone molto più ampie rispetto ai parafulmini tradizionali.
Come funziona un parafulmine
A metà del XIX secolo Benjamin Franklin dimostrò il legame fra fulmini ed elettricità. Realizzò un primo parafulmine rudimentale con un aquilone di seta, una chiave di metallo legata ad una corda di canapa (che una volta bagnata fungeva da conduttore elettrico), un vaso di Leida – un dispositivo che immagazzina elettricità – e infine un filo di seta asciutto e isolante per tenere l’aquilone. Nel 1752 Franklin costruì il primo vero parafulmine utilizzando un’asta metallica lunga e sottile ricoperta da un metallo nobile sulla punta, per attrarre i fulmini.
Il principio alla base di questi dispositivi è semplice: quando durante i temporali l'aria è carica di energia elettrostatica, attorno alle punte metalliche si sviluppano intensi campi elettrici che attraggono i fulmini, i quali di fatto sono un flusso di elettroni. Un'asta metallica offre poi un percorso preferenziale per l'elettricità trasportata dal fulmine, che viene poi dispersa a terra tramite un filo metallico.
I parafulmini sono sistemi di sicurezza efficaci ma proteggono un’area molto modesta, di raggio paragonabile all'altezza del parafulmine stesso. Ecco quindi il bisogno di individuare sistemi differenti per coprire aree più estese, come appunto quelle delle grandi infrastrutture. Questo è proprio l'obiettivo del Laser Lightning Rod installato in Svizzera.
Come funziona il parafulmine laser che produce plasma testato in Svizzera
Questo nuovo parafulmine è stato posizionato sulla cima di una torre di trasmissione per le telecomunicazioni alta più di 120 metri. Serve per reindirizzare i fulmini e copre un'area maggiore rispetto a un parafulmine tradizionale. Il dispositivo laser, progettato dall'azienda Trumpf, pesa più di 3 tonnellate e ha le dimensioni di 1,5 per 3 metri. Come spiega Aurelien Houard, il fisico a capo del progetto, il laser impiegato può arrivare a 1 km di altezza con energia sufficiente per indirizzare i fulmini. Attraverso due telecamere ad alta velocità i ricercatori riescono poi a documentare il percorso dei fulmini.
Ma come fa un laser a creare un percorso preferenziale per i fulmini senza un'asta metallica appuntita? Trasformando con la loro energia la colonna d'aria che attraversano in plasma, cioè in un insieme di particelle cariche elettricamente che offrono una via a bassa resistenza per i fulmini stessi. Il parafulmine laser produce 1000 impulsi al secondo verso il cielo con una potenza di circa 1 kilowatt, abbastanza per generare lunghe colonne di plasma in atmosfera che attraggono i fulmini anche a decine di metri di distanza.
Il sistema protegge aree molto più estese rispetto ai parafulmini tradizionali perché sfrutta i 120 metri di altezza della torre, a cui vanno aggiunte decine di metri di deviazione del tragitto dei fulmini dovuta al laser.
Quali sono i passi futuri
Dopo un anno di analisi dati, il sistema Laser Lightning Rod ha dimostrato di essere un sistema efficace per la protezione dai fulmini, con il pregio di funzionare anche in condizioni meteorologiche avverse (l'energia dei laser è sufficiente per penetrare le nubi e la nebbia). L'obiettivo è ora scalare questa tecnologia fino a raggiungere 500 metri di protezione.
Si stima necessari altri 10-15 anni di ricerca e di lavoro affinché il parafulmine possa entrare nell’uso comune. Una preoccupazione riguarda la possibile interferenza con gli aerei in volo: il laser potrebbe infatti danneggiare la visita dei piloti che dovessero guardare il laser. Per evitare danni di questo tipo, durante i primi test era stato interrotto il traffico aereo circostante.
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