Getemde bliksemschichten

Scientific American. Augustus 1997. Losse nummers: ƒ 12,95.

BLIKSEMINSLAGEN eisen jaarlijks in Nederland nog maar een enkele dode. In de Verenigde Staten zijn dat er een paar honderd, waarbij de kans op ongelukken in Florida beduidend hoger ligt dan aan de oostkust. Daarnaast is er de materiële schade, waaronder bosbranden. Stroomstoringen berokkenen de Amerikaanse elektriciteitsmaatschappijen jaarlijks een miljardenschade aan herstelwerkzaamheden en gederfde inkomsten. Ook kan een blikseminslag de navigatiesystemen van vliegtuigen ontregelen en eenmaal kwam er een kerncentrale door stil te liggen.

Pogingen om de bliksem langs technische weg te beteugelen beginnen met de vlieger die Benjamin Franklin in 1752 met gevaar voor eigen leven in een onweerswolk opliet. Het experiment leidde tot de bliksemafleider, waarbij ontladingsstromen tot 300.000 ampère via een metalen staaf naar de aarde worden afgevoerd. In een actievere strategie wordt, in plaats van de inslag af te wachten, geprobeerd deze op te wekken en te sturen, bijvoorbeeld door een raketje omhoog te schieten die vanaf een haspel op de aarde een lange metaaldraad richting donderwolk trekt - een moderne versie van het klassieke experiment van Franklin.

Een nieuwe methode in de strijd tegen de ongecontroleerde blikseminslag vormt de laser. In de Scientific American van augustus beschrijven vier Amerikaanse onderzoekers de pogingen die sinds begin jaren negentig op dit terrein zijn ondernomen. De bedoeling is een laserstraal in de richting van de donderwolk een elektrisch geleidend luchtkanaal aan ionen te laten creëren, waarlangs de ontlading plaatsvindt. Dit ter bescherming van essentiële installaties die geen inslag kunnen velen.

Aanvankelijk was de gedachte het ionenkanaal met een zo krachtig mogelijke laser te maken. Het probleem is alleen dat de lichtstraal de lucht zo grondig ioniseert dat deze ondoorzichtig raakt en er dus geen kanaal ontstaat. Vrij recent hebben Japanse onderzoekers geprobeerd deze moeilijkheid te overkomen door gebruik te maken van een batterij krachtige infraroodlasers, die niet zozeer een kanaal uit één stuk fabriceert maar een reeks geleidende ionenbellen. Zo volgt de bliksem toch de uitgestippelde weg, zoals een vel postzegels scheurt langs de aangebrachte perforatie. In het laboratorium bereikten de Japanners langs deze weg een gecontroleerde bliksemontlading over een afstand van ruim zeven meter. Probleem is dat het pas lukte bij extreem sterke elektrische velden, zodat de lucht al op het punt stond zich spontaan te ontladen.

Meer perspectief biedt een techniek zoals toegepast door Jean-Claude Diels en Xin Miao Zhao, mede-auteurs van het artikel in Scientific American. Zij hanteren aan de Universiteit van New Mexico een ultaviolet laser van betrekkelijk bescheiden vermogen, niettemin met kortdurende vermogenspieken (niet langer dan een miljoenste van een miljoenste van een seconde) die een behoorlijke ionisatiegraad in het luchtkanaal bewerkstelligen. De elektronen die worden 'losgeweekt' binden zich snel met zuurstof tot zuurstof-ionen, wat de geleidbaarheid negatief beïnvloedt. Een parallel aan de ultraviolet laser geplaatste laser in het zichtbare gebied, met fotonen die de elektronen van de zuurstofionen losschieten, ondervangt dit probleem. Energieverlies van de laserpulsen tijdens hun 'vlucht' richting onweer wordt gecompenseerd door een proces van automatische contractie, in gang gezet door de speciale geometrie van de pulsen.

Overeenstemming tussen theoretische berekeningen, numerieke simulaties en kleinschalige laboratoriumexperimenten (gecontroleerde ontladingen over een afstand van 25 centimeter tussen elektrodes onder hoogspanning) heeft Diels en Zhao het vertrouwen gegeven op de goede weg te zijn. Het voltage in hun experimenten is, in contrast met de Japanse perforator-experimenten, slechts de helft van de doorslagspanning van lucht. Op het programma in New Mexico staan experimenten met een tienmaal krachtiger mobiele laser die bij echte onweersbuien gebruikt gaat worden. Die moet tezijnertijd bliksems boven lanceercentra of kerncentrales temmen en via veilige wegen naar de aarde leiden.

Verder in het augustusnummer van Scientific American artikelen over het verband van mitochondriaal DNA met ziekte- en verouderingsprocessen, archeologie per satelliet en een blik in de KGB-archieven met betrekking tot de vermaarde Russische theoretisch fysicus Lev Landau. Die werd in de nadagen van de Stalinterreur opgepakt en slechts op voorspraak van Peter Kapitza, de onverschrokken en moedige directeur van het Natuurkundig Instituut in Moskou (waaraan ook Landau verbonden was), ontsnapte hij aan eliminatie.

Altijd is gedacht dat Landau een a-politieke - zij het scherp van de tongriem gesneden - briljante fysicus was. Maar uit de archieven, die auteur Gennady Gorelik mocht raadplegen, blijkt dat hij (mede) een manifest opstelde waarin Stalin in niet mis te verstane bewoordingen voor 'verrader' en 'fascist' werd uitgemaakt. Later verfoeide Landau zelfs Lenin, voor de meeste Stalinhaters wel een held. Met tegenzin nam hij deel aan de ontwikkeling van de Russische atoom- en waterstofbom, niettemin bleken de berekingsmethoden die Landau leverde zeer waardevol. Bij de dood van Stalin in 1956 zei Landau: “Dat was dat. Daar hoef ik niet langer bang voor te zijn.” En hij trok zich terug uit de kernwapenresearch.