© 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Nr. 2 | 36. Jahrgang 2005 | Phys. Unserer Zeit | 59

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entladung herab. Dadurch werdenBlitze induziert. Die Werte sindtypischerweise um 30 % niedriger alsohne Laser.

Um zu einem Einsatz als Blitzab-leiter zu kommen, muss man auchdie Einflüsse des realen Wettersberücksichtigen. Wir haben deshalbkürzlich im Labor untersucht, wieder Mechanismus unter Regenbedin-gungen funktioniert [2], indem wireine dichte Wasserwolke zwischendie Elektroden sprühten. Es zeigtesich, dass die Wahrscheinlichkeit,eine Entladung zu induzieren, zwargeringfügig reduziert wird. Dies lässtsich leicht mit einer höheren Puls-

L A S E R I N D U Z I E R T E PL A S M E N |Laserstrahlen als BlitzableiterMit ultrakurzen Laserpulsen können meterlange Plasmen erzeugtwerden, die die Luft elektrisch leitend machen. Dies hat zur Idee einesLaser-Blitzableiters geführt.

Die Idee, laserinduzierte Plasmen alsBlitzableiter zu verwenden, wirdschon seit einigen Jahrzehntendiskutiert. Bis vor wenigen Jahrenwaren jedoch nur CO2-Laser in derLage, genügend Intensität zu liefern,um die Luftmoleküle zu ionisieren.Darüber hinaus muss der Strahl starkfokussiert werden, so dass das er-

Plasma hat nun aber seinerseitsAuswirkungen auf die Brechzahl undwirkt der Selbstfokussierung ent-gegen: Der Strahl weitet sich wiederauf. Durch das Wechselspiel dieserbeiden Prozesse kann der Plasma-kanal Längen von bis zu einigen hun-dert Metern erreichen. Um Plasma-kanäle in dieser Größenordnung zu

zeugte Plasma nur begrenzte Ausma-ße hat. Zusammen mit dem enormenEnergiebedarf ist der Einsatz diesesLasertyps bei Gewittern deshalbwenig Erfolg versprechend.

Einen anderen Ansatz ermöglichtdie Verwendung von ultrakurzenLaserpulsen. Ab einer gewissenLaserleistung tritt hier eine Selbst-fokussierung auf. Sie ist ein Effektder nichtlinearen Optik, bei der dieBrechzahl der Luft abhängig von derLichtintensität wird. Über den Strahl-querschnitt gesehen, ist diese beiLaserlicht im Allgemeinen gaußför-mig verteilt. Das heißt die Brechzahlin Achsennähe wird größer als amRand. Der Effekt wirkt also ähnlichwie eine Sammellinse, so dass sichder Laserpuls bei seiner Fortpflan-zung selbst zusammenzieht.

Da hierdurch die Intensitätwächst, wird im Zentralbereich derGrenzwert für Multi-Photonen-Ioni-sierung erreicht. Das resultierende

erzeugen, verwenden wir das „Tera-mobile“ [1], ein mobiles Femtosekun-den-Terawatt-System, das als deutsch-französisches Gemeinschaftsprojektbetrieben wird (Abbildung 1). Der indieser Form weltweit einzigartigeLaser ist mitsamt dem Detektions-raum in einem umgebauten Schiffs-container untergebracht. Er liefertPulse mit einer Dauer von 100 fs beieiner Frequenz von 10 Hz. Dieerzeugte Spitzenleistung von 4 TWist etwa so groß wie der in dergleichen Zeit von allen Kraftwerkender Erde erzeugte Strom!

Grundsätzlich lassen sich beimBetrieb zwei Effekte beobachten.Zum einen wird die Entladung ent-lang des Plasmakanals geführt, wieman sie als gerade Linie zwischenden beiden Elektroden in Abbildung2 erkennen kann. Der Plasmakanalbietet der Entladung aber nicht nureinen Pfad an, sondern setzt auch dieSpannungswerte für die Durschlags-

frequenz des Lasers kompensieren.In naher Zukunft werden deutlichhöhere Wiederholraten möglich sein.

Wegen der Wechselwirkung desStrahls mit den Tröpfchen hatte manerwartet, dass die Balance zwischenSelbstfokussierung und Plasma leichtgestört wird. Wir beobachteten je-doch, dass die Plasmakanäle stabilblieben [3]. Dichte Regenwolkenbedeuten also kein Hindernis für dasKonzept eines Laserplasmas alsBlitzableiter.

Weitere Experimente werdensich nun darauf konzentrieren, wiedas Plasma weiter stabilisiert werdenkann, da ein Blitz, verglichen mit der Plasmadynamik, nur relativ lang-sam fortschreitet.

[1] J. Kasparian et al., Science 22000033, 301, 61. [2] R. Ackermann et al., Appl. Phys. Lett. 22000044,

85, 5781. [3] F. Courvoisier et al., Appl. Phys. Lett. 22000033,

83,, 213.Roland Ackermann,

Universität Claude Bernard, Lyon

<< Abb. 1 DasTeramobile in derHochspannungs-halle. Auf derrechten Seite sindTeile des Hoch-spannungsgene-rators und derElektroden zusehen.

< Abb. 2 Einefreie (oben) undeine lasergeführteEntladung beieinem Elektroden-abstand von zweiMetern.