Ny kunskap om blixtnedslag kan ge bättre åskledare
Marley Becerras datormodell över blixtnedslag gör det möjligt att förutsäga var på en byggnad det är mest sannolikt att blixten slår ned. Den visar också att fler faktorer styr risken för nedslag än man tidigare trott. Den 5 juni lägger han fram sin avhandling vid Uppsala universitet.
Marley Becerra har under sitt avhandlingsarbete gjort en fysikalisk modellering av uppåtriktade positiva urladdningar i samband med blixtnedslag. Detta slags urladdningar kan startas från jordade föremål genom inverkan av ett yttre elektriskt fält.
Källan till sådana fält är antingen den negativt laddade nedre delen av ett aktivt åskmoln, eller en negativ så kallad stegurladdning som rör sig nedåt från åskmolnet. En numerisk beräkningsmodell har utvecklats utifrån de senaste rönen om åskurladdningar för att analysera dessa två situationer. Resultaten av de teoretiska beräkningarna stämmer väl överens med resultat från experiment, där blixtar startas med raketer.
– Tack vare denna modell har vi kunnat öka den fysikaliska förståelsen av så kallade ”leader”-urladdningar. Dessa urladdningar beror endast svagt på krökningsradien hos spetsen på en stavformig åskledare. Istället spelar medelhastigheten hos den annalkande stegurladdningen en mycket större roll, säger Marley Becerra.
Modellen har också använts för att simulera positiva uppåtriktade urladdningar, både i laboratoriemiljö och under naturliga förhållanden. Det visade sig att urladdningar i laboratoriet inte duger som en ungefärlig beskrivning av ”leader”-urladdningar. Man kan alltså inte på ett enkelt sätt hänvisa till laboratorieexperiment för att utvärdera förmågan hos åskledare att dra till sig blixtar. Resultaten visar också att en ny typ av åskledare, kallade ESE (Early Streamer Emission), inte har större förmåga att dra till sig blixtar än vad vanliga Franklin-stavar har.
Modellen har också använts för att utvärdera inverkan av ett lager elektriska rymdladdningar på uppkomsten av uppåtriktade ”leader”-urladdningar. Detta laddningslager skapas av små korona-urladdningar vid geometriska oregelbundenheter nära markytan, t.ex. gräs och buskar.
Man har funnit att rymdladdningslagret tydligt ökar det elektriska bakgrundsfält, som behövs för att starta uppåtgående ”leader”-urladdningar. Den här effekten beror av tjockleken hos rymdladdningslagret, vilket i sin tur i huvudsak styrs av den lokala förekomsten av mycket små fasta partiklar (aerosoler) i luften.
Vidare har vi funnit att hastigheten hos en ”leader”-urladdning, som ansluter till en nedåtgående stegurladdning (den första blixten från åskmolnet), inte enbart beror av stegurladdningens hastighet, vilket man förut brukade anta. Även toppströmstyrkan hos huvudurladdningen, det horisontella avståndet till stegurladdningen och det elektriska bakgrundsfältet från åskmolnet har betydelse.
Modellen har också använts för att analysera tillkomsten av uppåtriktade ”leader”-urladdningar från kanter och hörn på stora byggnader med invecklad geometri.
Beräkningar har gjorts för verkliga byggnader i Malaysias huvudstad, Kuala Lumpur. Det visar sig, intressant nog, att observerade blixtnedslagspunkter stämmer rätt väl överens med punkter med låga beräknade värden på det elektriska fält som behövs för att starta en uppåtgående ”leader”-urladdning.
– Man kan alltså använda teoretiska beräkningar för att förutsäga vilka punkter på en byggnad som sannolikast kan träffas av blixtnedslag. Dessutom har det visat sig att de tredimensionella områdena med förhöjd nedslagssannolikhet inte har enkla geometrier, så som man tidigare har antagit. Istället beror nedslagsområdena både på blixtens toppströmstyrka liksom på geometri och höjd hos byggnaden, samt på omgivningen i övrigt, säger Marley Becerra.
Kontaktinformation
För mer information, kontakta Marley Becerra, mobil: 076-235 94 37, e-post: Marley.Becerra@angstrom.uu.se
