낙뢰 보호 반경 넓히는 '레이저 피뢰침' 실전실험 성공

알프스 봉우리 송신탑 주변서 확인…전통 피뢰침 높이 60ｍ 연장 효과

낙뢰 보호 반경 넓히는 '레이저 피뢰침' 실전실험 성공
알프스 봉우리 송신탑 주변서 확인…전통 피뢰침 높이 60ｍ 연장 효과

젠티스 봉우리의 레이저 피뢰침(LLR) [RUMPF/Martin Stollberg 제공/ 재판매 및 DB 금지] [e-mail]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 고출력 레이저를 이용해 번개를 유도하는 실험이 성공해 18세기 중반에 만들어진 전통적 피뢰침을 대체할 수 있는 길이 열리게 됐다.

스위스 제네바대학에 따르면 '에콜 폴리테크니크'(Ecole Polytechnique)의 오렐리앙 우아르 박사 등이 참여한 유럽 연구팀은 알프스 봉우리 중 하나인 젠티스 정상에서 '레이저 피뢰침'(LLR)을 실험한 결과를 과학 저널 '네이처 포토닉스'(Nature Photonics)에 발표했다.

번개는 산불이나 정전 등을 유발하며 큰 피해를 초래하지만 이를 피할 방법은 1752년 벤저민 프랭클린이 발명한 피뢰침에서 크게 바뀌지 않았다.

금속으로 된 막대를 높이 세워 시설물 주변에 내리치는 번개를 유도하고, 이 막대와 연결된 금속 선으로 번개의 전하를 지면의 접지선으로 흘려보내는 방식이다.

이 방식이 효율적이기는 하나 피뢰침의 높이만큼만 보호하는 한계가 있다. 예컨대 피뢰침이 10ｍ 높이에 설치됐다면 낙뢰로부터 보호할 수 있는 반경도 10ｍ정도라는 것이다.

피뢰침 높이를 무한정 높일 수 없다는 점에서 공항이나 우주발사장, 핵발전소 등 규모가 큰 민감한 시설에서는 전통적 피뢰침의 대안을 찾아왔다.

고출력 레이저로 이온화된 공기를 만들어 전도체가 되게 함으로써 번개를 유도하는 LLR도 그중 하나인데, 레이저로 전통 피뢰침의 높이를 연장함으로써 낙뢰 보호 영역을 넓히는 효과를 거둘 수 있는 것으로 연구돼 왔다.

우아르 박사 연구팀은 지금까지 실험실 환경에서만 진행돼온 LLR을 2천502ｍ 높이의 젠티스 봉우리 정상에 설치된 '스위스콤'(Swisscom) 송신탑 주변에 설치하고 실제 번개가 치는 상황에서 성능을 실험했다.

이 송신탑은 연간 100차례 가량 벼락을 맞아 유럽에서 번개의 영향을 가장 많이 받는 구조물 중 하나로 꼽히는데, 끝에는 전통적인 피뢰침이 설치돼 있다.

전통 피뢰침에서 레이저빔으로 연장된 레이저 피뢰침 낙뢰 실험 [Houard et al. Nature Photonics 논문 캡처]

연구팀이 개발한 레이저 피뢰침은 너비 1.5ｍ, 높이 8ｍ, 무게 3t 규모로 제작됐으며, 초당 1천 펄스의 레이저를 발사할 수 있다.

이 LLR은 2021년 6∼9월에 폭풍이 예보될 때마다 가동됐으며 주변의 항공 교통은 안전을 위해 차단됐다.

논문 제1저자인 우아르 박사는 "LLR을 가동했을 때와 안 했을 때 차이가 있는지 확인하는데 목표가 있었다"면서 "송신탑 끝에 레이저 선이 연장됐을 때와 그냥 벼락을 맞았을 때 수집된 자료를 비교했다"고 설명했다.

연구팀은 1년 가까이 방대한 자료를 분석한 끝에 LLR이 번개를 효율적으로 유도한다는 결론을 내렸다.

논문 책임저자인 제네바대학 응용물리학 교수 장-피에르 울프 박사는 이와 관련, "레이저 피뢰침을 활용한 첫 번개부터 송신탑에 닿기 60ｍ 전부터 레이저 빔을 따라온다는 것을 확인했으며 이는 피뢰침의 낙뢰 보호 반경이 120ｍ에서 180ｍ로 늘어났다는 것을 의미한다"고 설명했다.

연구팀은 또 LLR이 일반 레이저와는 달리 안개처럼 레이저 도달 거리를 방해할 수 있는 나쁜 기상 조건에서도 작동한다는 점을 입증했다고 밝혔다.

연구팀은 레이저 도달 거리를 더 늘려갈 계획이며, 궁극에는 레이저 피뢰침을 10ｍ까지 확대해 도달거리를 500ｍ까지 연장한다는 목표를 세워놓고 있다.

스위스콤 송신탑 위로 쏜 LLR [TRUMPF/Martin Stollberg 제공/ 재판매 및 DB 금지] [e-mail]

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