激光对空气中高压击穿电压的影响(增加X射线试验)
虎哥 2019-10-14原创 中国愚昧史
中文摘要
通过实验观察了激光对空气中直流高压击穿电压的影响,结论是小功率激光下,击穿电压没有变化。
关键词
击穿电压放电距离紫外激光

其实我当年在某世界最大电厂划水的时候,早就照过500kv,但是介于十年前网友讨论留下了这个悬念,这儿抽空定量的给大家展示一下。结论想都想得到:

小功率可见光激光对高压放电电压没有明显影响。

推论:对某个电压的放电距离也没有影响

请注意本实验是可见光或近紫外光小功率连续波照射,不能证明大功率脉冲激光或者远紫外激光(大约需要50nm以下)没有影响。

实验设备:

1、标称300mW,实际200mW左右的激光笔,535nm(约2.5eV)和405nm(约3eV)。这两支激光笔都可以很轻松的把纸张烧冒烟或者点燃火柴。

2、实验高压电源,0-130kV。

3、自制绝缘实验台。

4、高压探头,炮灰表等。

实验过程:

这是实验场景,直流高压电源连接两个电极,电极上钻有小孔,激光从小孔中通过第一个电极(左),照射到第二个电极上。第二个电极也有小孔,通过调整激光入射角度,可以使光线通过或不通过小孔。

20191014_215433.jpg

另一个角度,可以看到实验电压,单位是kV。

20191014_215514.jpg

紫光(405nm近紫外)照射时的场景

20191014_215656.jpg

535nm绿光照射时的场景。由于紫光都不行,也就没有必要试验红光了。不论是目视还是相机拍摄,紫光都要暗淡得多(相机要稍好些),但是功率其实是差不多的。

20191014_215923.jpg

空白试验,在没有激光时,经常放电电压大约是42kV。

开启绿色激光

20191014_220004.jpg

在40kV时只有电晕放电,没有击穿

20191014_220014.jpg

与空白试验的放电频次差不多时,放电电压依然为42kV左右

替换为紫色激光器

20191014_220334.jpg

另一角度。

20191014_220346.jpg

与空白试验的放电频次相仿时,电压仍为42kV左右。

把间隙调大到12㎝,放电电压提高到接近80kV,依然没观察到可见的影响。

最后,再次对电压进行校验(方法比较简陋)

20191015_011004.jpg

对电压进行校验(测试结果,探头量程内每10KV都是准的,中间过程略过)

20191015_011048[1].jpg

20191015_011141[1].jpg

小结:

大概由于低质量科普的缘故,过去曾有很多网友畅想用激光来引导放电,并在KC上YY了许多帖子的。本实验告诉大家,小功率激光完全没戏。事实上空气中放电的原理已经研究得十分透彻,要想增加放电距离或者减小放电电压,抑或让电弧更直一些,通常可以利用的原理主要是加热电极局部使电子发射增多,加热空气使离子寿命变长,或者干脆直接电离空气产生足够的载流子。对于小功率激光来说,这些都无法办到。激光引雷并不是一件简单的事情,具体做法可以参考相关论文。

[修改于 24 天前 - 2019-10-24 22:36:37]

来自 高电压技术科创茶话
2
2019-10-14 23:27:00
1楼

虎哥真是个夜猫233333

实验设备相当不错

折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-15 11:45:08
2楼

我觉得激光引导放电距离的效果应该是电离的空气,但是这些激光完全达不到那个要求。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
3楼

当年讨论的结果,最后得出两个可能的方案,一个是用波长195nm或者更小、功率大于50毫瓦的短波紫外激光器直接电离空气,还一个是用超大功率(5000瓦以上)的10640nm二氧化碳激光器加热空气来产生离子通路,所以可见光以及近紫外的小功率激光器是不可行的。

[修改于 1 个月前 - 2019-10-15 13:26:59]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
4楼

用那种除静电的软X射线效果会不会好点

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
虎哥(作者)
5楼
引用 radio 发表于 4 楼的内容:
用那种除静电的软X射线效果会不会好点

这个简单,实测一下,结论是:没有任何可以观察到的影响

20191015_182632.jpg

不论采用50kV(指X光管阳极电压)软X射线,还是90kV稍硬,不论小电流还是大电流,均无可以察觉的变化。

1571135878404.png

41.5kV(指电极电压)是击穿的临界点,在这里偶尔会击穿,大多数时候只有电晕放电。开启射线后,击穿的频率并无明显增加。


[修改于 1 个月前 - 2019-10-15 18:43:38]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-16 16:24:51
6楼

之前在实验室用飞秒激光,大概只有1mW,聚焦的话,可以在焦点附近电离空气,产生电弧;按理说是无法形成通路的;

折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-17 19:22:12
2019-10-17 19:22:12
虎哥(作者)
7楼
引用 cxg222 发表于 6 楼的内容:
之前在实验室用飞秒激光,大概只有1mW,聚焦的话,可以在焦点附近电离空气,产生电弧;按理说是无法形成.....

要想把空气直接打成等离子体,确实得很大的功率密度。按说X射线光子如果真的打到了空气分子,是可以电离的,但是碰撞概率太小。有一种X射线探测器就是电离室的原理,尽管电路可以检测到离子,然而距离放电还很远。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-21 18:59:58
2019-10-21 18:59:58
8楼

应该用CPA的激光,800nm左右怼空气,会有自聚焦的现象,压力调的好还会产生GeV级别的电子束,Wakefield加速器,什么子都打一坨。。当然这个在业余条件下很难做到。。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-23 15:47:40
2019-10-23 15:47:40
9楼

这个电离空气必须持续化,才能继续击穿实验,所以才用大功率的激光,如果是太空中的话又是一回事了!!

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-24 20:34:03
2019-10-24 20:34:03
10楼
引用 zgchen 发表于 9 楼的内容:
这个电离空气必须持续化,才能继续击穿实验,所以才用大功率的激光,如果是太空中的话又是一回事了!!

不要意淫和误导别人....

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-10-25 10:30:03
11楼

设备好全

[修改于 24 天前 - 2019-10-25 10:30:53]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

插入资源
全部
图片
视频
音频
附件
全部
未使用
已使用
正在上传
空空如也~
上传中..{{f.progress}}%
处理中..
上传失败,点击重试
{{f.name}}
空空如也~
(视频){{r.oname}}
{{selectedResourcesId.indexOf(r.rid) + 1}}
ID:{{user.uid}}
{{user.username}}
{{user.info.certsName}}
{{user.description}}
{{format("YYYY/MM/DD", user.toc)}}注册,{{fromNow(user.tlv)}}活动
{{submitted?"":"投诉"}}
请选择违规类型:
{{reason.description}}
支持的图片格式:jpg, jpeg, png