探索“避雷”新方式

韩吉辰

今年5月12日的四川汶川大地震给人民留下了痛苦的回忆.雷电与地震一样，破坏力也很强.那空中的霹雳和轰隆隆的雷声总能带给我们强烈的震憾.

雷电是夏秋季节常见的自然现象，经常有巨大的破坏力.雷电是不可避免的自然灾害.地球上任何时候都有雷电在活动.据统计，全世界每年因雷电造成的经济损失约10亿美元，死亡3 000人以上.因此，了解雷电的规律，掌握先进的“避雷”措施是十分必要的.

“富兰克林避雷针”

美国科学家富兰克林在250多年前(1752年)，冒着生命危险，用风筝把“天火”引到地面，从而揭开了雷电的秘密.根据雷电产生和危害特点的不同，雷电可分为以下四种：直击雷、球形雷、感应雷、雷电侵入波.其中直击雷最为常见，富兰克林设计发明了“避雷针”，不知避免了多少生命财产的损失！

目前，防直击雷的主要措施是在建筑物上安装“富兰克林避雷针”，它的保护范围似一把伞，保护半径只有避雷针安装高度的1～1.5倍那么大.因此，当建筑物很大时，就要在上面装许多支避雷针.特别是平顶的大建筑群，避雷针排列成行，宛如针林一般，这样，防直击雷安装的避雷针就变成了避雷网、避雷带.一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置.上述的针、线、网、带实际上都只是接闪器.接闪器是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，以此使被保护物免遭雷击，这种“避雷”设备需要精心保养和不断维修.

但是，由于雷电的形成原理十分复杂，它的爆发能量非常巨大，因此雷电仍然在肆虐着人类.尤其在信息时代的今天，建筑物越来越高，电信通讯网络越来越密集，每年由于雷击造成的经济损失还是高达10亿美元.因此，科学家不断以新思路、新技术设计新的防雷电设施，如新型避雷带、法拉第网、高脉冲避雷针等，取得了一定的效果.

变“被动引雷”为“主动引雷”

我们知道，各种“避雷针”实际上都是“引雷针”，将高空的雷电接引到地下释放电荷，这是被动引雷，被保护的高大建筑、油库等，仍然处于危险之中.能不能变“被动引雷”为“主动引雷”呢？

让雷电远离保护对象，这是一个全新的思路啊！请看我国科学家做的“人工引雷”实验：乌云翻滚、电闪雷鸣，只见一枚火箭腾空而起，带着一根细如马尾的钢琴丝，从地面直飞到千米高空，钻入积雨云中.这时奇迹出现了：张牙舞爪的闪电不见了，震耳欲聋的雷声消失了，瞬间，一道耀眼的闪电顺着金属丝从云层直击地面，巨大的雷电能量顺着钢琴丝猛扎入指定地面.在这里，凶恶的“雷公电母”被人们征服了！自1989年8月起，我国共研制出几百枚引雷火箭，用钢琴丝做导线，将地面一端深埋入地中，已经获得50%以上的成功，将“雷公电母”引入指定地点.我国这项引雷新技术开辟了“让雷电远离保护对象”的新途径，已经达到国际先进水平，目前，世界上只有法国、美国、日本、巴西和中国掌握了人工引雷技术.

由我国自行设计制作的“人工引雷火箭”技术非常先进，装有特殊设计的降落伞，可防止“火箭”降落时对地面物体造成破坏.现在科学家利用地球卫星对雷电进行监视观测，可以预测800公里以内巨大雷电发生的时间地点，提前发出警报，采取相应措施，用来防范雷电的危害.

在“人工引雷”的基础上，科学家进一步研制出“定向引雷车”，车上载有雷电监测仪、引雷火箭、火箭发射架、遥控点火器和通讯设备等先进设备.根据需要可以开到预定地点，利用仪器监测，一旦发现有雷暴云产生可能威胁“保护对象”时，指挥中心就立即下令发射引雷火箭，将雷电在高空中引发，避免发生在保护地区.

另外，现代人类航天事业发展很快，其中各种航天器穿越雷雨云层时，如何避免雷击就是一个重要课题.现在科学家将一批特制的小火箭射向积雨云层，这些小火箭头部带有金属小圆球，结果有60%的小火箭诱发了电闪雷鸣，开辟了一条空中安全通道，就像战时工兵扫清道路上的“地雷”，使大部队能安全通过一样.

神奇的“激光避雷针”

20世纪人类有四个重要的发明：原子能、半导体、计算机、激光.由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，能量非常集中，而且便于人工控制，所以自激光出现以来得到了迅速发展和广泛应用.

那么，激光又与“避雷针”有什么关系呢？原来，一定强度的激光射出，沿途可以很快把空气电离，产生一条导电的通道，闪电就会乖乖地沿着这条通道走了，到了接近地面时，便会在预先准备好的传统避雷针上放电.这种方法可以更有效地诱导云层的电荷通过“富兰克林避雷针”放电，从而大大提高了传统避雷针的效率.

科学家还成功地进行了“激光引导雷电”试验，将高功率的激光聚集反射，照射到雷雨云上面，强烈的激光可以改变云团的导电走向，使雷电按照人们的意愿，在预定方位的云层之间放电，这样雷电就不会落到地面了.这个激光试验意义很大，成本比较低，也比较灵活，是很有发展前途的一种方法.

不久的将来，灵巧的“激光避雷针”可以设置在机场、医院和核电厂等重要地方，有效地保护人类.

“放射性同位素避雷针”

早在1914年物理学家就已经发现：利用放射性物质能使空气电离的原理，可以增强避雷效能.近年来许多先进国家，研制出了新奇的“放射性同位素避雷针”.

“放射性同位素避雷针”的避雷原理，与富兰克林避雷针的原理基本是一样的.所不同的是前者发射的射线，使避雷针附近的空气大量地电离，主动地打开一条与云中电荷相通的放电通路.你想，这么多离子在空气中移动，足以形成一条电的通路，把云层中的闪电引下来.

“放射性同位素避雷针”能及早放电，使保护区内无闪电产生，且避雷功能更为强大，保护范围也大得多.放射源一次装上后，使用一二百年是没有问题的.

放射性同位素避雷针的类型很多，结构大体相同，都是由下列各部分组成的：一根尖顶的金属杆，一个与杆绝缘的金属锥体，锥体上装有放射源，锥体四周下垂三根飘带状的接触天线，一个与杆连接的金属环，中央的金属杆是深深接地的.它的保护范围比同样高度的“富兰克林避雷针”大十几倍到几十倍.

在欧洲雷电最频繁的意大利和西班牙，许多易受雷电影响的建筑，如无线电发射台、变电站、燃料油库或天然气贮存库、军工厂、核工厂都装置了这种新型的避雷针.对一些有保存价值的古代遗迹，如雅典的卫城、西班牙的参坦达纪念碑，也采用了这种新型的避雷针.我国广州的石油化工厂、南京的栖霞山化工厂、四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针，北京的长城饭店最近也已采用，效果明显.

由于所使用的放射性物质是严格密封的，对建筑物下面的人没有丝毫危害，是绝对安全的.现代核技术与电子技术及材料技术一样，将成为人类生活不可分割的一部分！