기계/재료

상하이광학정밀기계연구소, 펨토초 레이저로 인공강설 유도

발행일 : 2012 / 04 / 27

2012년 4월 저널 네이처 포토닉스(Nature Photonics)는 중국과학원 상하이광학정밀기계연구소 고출력에너지물리 국가중점실험실의 쉬즈전(徐至展)과 리구신(李儒新) 과제팀이 최초로 펨토초 레이저(fs laser)를 이용해 안개상자(cloud chamber)에서 대면적의 강설을 비선형 필라멘트 형성 방식으로 유도하는 데 관한 중요한 과학적 발견[Nature Photonics 6, 217(2012) doi:10.1038/nphoton.2012.55]을 보도했다. 캐나다 라발대학 천루이량(陈瑞良) 교수도 이 사업에 동참했다.

이 연구성과는 4월 1일 출간한 <광학속보>[Optics Letters 37, 1214(2012)]에 전문으로 발표되었다. 과제팀은 최초로 반복빈도가 높은 펨토초 레이저가 차갑고 습한 공기에 대해 지속적으로 가열하고 전리하면서 고속 상승 운동을 하는 따뜻하고 습한 기류를 형성할 수 있으며, 상층의 차갑고 습한 공기와 접촉하는 과정에서 강한 대류와 회오리바람을 일으켜 입자 간 충돌을 격화시키고, 더욱 큰 공간범위 내에서 보다 큰 빙정을 생성하며, 또한 강설을 유도함을 발견했다.

펨토초 레이저 이용 인공강우/강설 유도는 비선형 필라멘트 형성과정에서 생기는 고밀도/고온 대전입자에 의존해 응결핵을 유도하여 물방울과 얼음결정을 형성한다. 이 방안은 비행기 탑재 또는 로켓 발사로 드라이아이스나 요오드화 은 등 촉매제를 뿌려 인공강우/강설을 형성하는 전통방안에 비해 친환경적인 신규 루트다. 이밖에 펨토초 레이저가 대기 속에서 장거리(km 또는 수십km) 자체 유도 전송이 가능한 데 비추어 해당 성과는 펨토초 레이저기술을 바탕으로 대기환경의 국지적 날씨 제어가 가능하며, 또한 인공강우/강설을 형성하는 것으로, 중요한 과학적 의미와 응용 전망을 지니고 있다.

이에 앞서 상하이광학정밀기계연구소는 유엔 세계기상기구(WMO) 등이 주최한 제1기 레이저 기반 기후제어 회의[Laser-Based Weather Control 2011, Geneva, Sep. 29-Oct. 1, 2011]에서 해당 성과를 발표하여 많은 학자들의 높은 관심을 불러일으켰다.