レーザー誘雷の実用化に関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355012
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: (財)レーザー技術総合研究所
• 研究代表者: 山中 千代衛 (財)レーザー技術総合研究所, 研究所長阪大名誉教授 (10028920)
• 研究分担者: 島田 義則 (財)レーザー技術総合研究所, レーザービーム伝送プロジェクト, 研究員 (80250091) ; 藤田 雅之 (財)レーザー技術総合研究所, レーザー環境応用計測研究チーム, 主任研究員 (30260178) ; 内田 成明 (財)レーザー技術総合研究所, レーザービーム伝送プロジェクト, 主任研究員 (20260177) ; 河崎 善一郎 大阪大学, 工学部電気工学科, 助教授 (60126852) ; 山中 龍彦 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (80107143)
• キーワード: レーザー誘雷 / CO_2レーザー / UVレーザー / 強電離・弱電離レーザープラズマ / 高繰り返しレーザー

研究概要

当研究所は冬季雷という比較的雲高の低い雷雲に対してレーザー誘雷に世界で初めて成功した。その放電プロセスはトリガーとそれに続くストリニマーの延伸よりなる。目下の処、最適な捕捉か誘雷成功の条件である。本年度は今後野外実験を行う上で必要となる(1)強電葱・弱電離プラズマを用いた放電誘導特性の把握、(2)高繰り返しCO_2レーザー装置の検討、等について研究を行った。
(1) 強電離・弱電離プラズマを用いた放電誘導実験
CO_2レーザーとUVレーザーを併用し、前者を用いて強電離プラズマを生成して、主としてトリガ効果を分担させ、また、UVレーザーを用いて弱電離プラズマを生成し、プラズマチャンネル誘導作用を受け持たせ、雷ストリーマーリーダ進展を検証した。
実験は誘雷塔先端と雷雲を模した棒一平板電極を用いた。棒電極の先端に絶縁物ターゲットを設置し、それをCO_2レーザーで照射することにより、強電離プラズマチャンネルを生成した。弱電離プラズマは、YAGレーザーの高調波或いはKrFレーザーを集光することにより生成させた。生成される初期電荷密度は平板電極を用いて測定した。そして、集光強度を変えることにより、弱電離プラズマ密度を変化させた。弱電離プラズマチャンネル長さは11cmとした。
50%フラッシオーバー電圧(V50)は、強電離プラズマのみでは-160kV、弱電離プラズマのみでは自爆放電と同じ-200kVあるのに対し、強電離・弱電離プラズマを用いた場合では-160kV以下である。このため、放電誘導効果は、強電離、弱電離プラズマをそれぞれ単独で使用するよりも、併用した方が明らかに50%フラッシオーバー電圧(V50)低下が見られ、さらに、KrFレーザの繰り返し周波数を増加させると、この傾向は顕著になりレーザー繰り返し周波数を80Hzまで上昇させることによりV50は-120kVと大幅に低下した。この結果より、強電離・弱電離プラズマ併用方式はレーザー誘雷研究にとって、有用な手法となることが期待される。
(2) 高繰り返しCO_2レーザーの検討
今後の野外実験において高繰り返しのレーザーが、誘雷の確率を上昇させるためにも必要な技術ある。そのため、本年度は5段のPFN回路による10Hz繰り返しレーザー装置を検討した。その結果、パルス幅3μs、立ち上がり時間1.7μs週度の電源が製作可能であることを検証した。

研究成果

• [文献書誌] T.Yamanaka, C.Yamanaka et al.: "First observation of laser triggered lightning" Proceedings of SPIE-Conference on High-Power Laser Ablation-. 3343. 281-288 (1998)
• [文献書誌] 島田義則、山中千代衛他: "レーザー誘雷時に於ける雷電荷分布と今後の課題" 電気学会放電高電圧合同研究会. ED-98-41 HV-98-56. 35-38 (1998)
• [文献書誌] 島田義則、山中千代衛他: "冬季雷におけるレーザー実誘雷実験" 電気学会論文誌. (1999)
• [文献書誌] S.Uchida, C.Yamanaka et al.: "Laser Triggered Lightning in Field Experiments" International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 566-569 (1998)
• [文献書誌] 内田成明、山中千代衛他: "レーザー誘雷" レーザー学会学術講演会. 53-54 (1999)
• [文献書誌] 島田義則、山中千代衛他: "冬季雷におけるレーザー実誘雷実験" 電気学会全国大会予稿集. 1-171 (1999)