Các phương pháp pḥng chống sét
Trên thế giới hiện nay, trải qua 250
năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét (PPCS), trong
lĩnh vực pḥng chống sét đă có nhiều phương pháp khác nhau được sử
dụng. Nhiều dạng thiết bị pḥng chống sét được tung ra trên thị
trường. Hiệu quả của nhiều phương pháp c̣n chưa rơ ràng, thậm chí
nhiều kết quả c̣n đem lại hiệu quả không mong muốn. Sau đây chúng
tôi tóm tắt sơ lược và nêu ư kiến chung của các nhà khoa học về
vấn đề này.
Phương pháp dùng lồng Farađây:
Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo
vệ. Theo lư thuyết sóng điện từ th́ đây là phương pháp lư tưởng để
pḥng chống sét. PPCS này được sử dụng bảo vệ một số khu vực đặc
biệt như nơi chứa thuốc nổ, hạt nhân. Tuy nhiên phương pháp này
tốn kém và không khả thi trên thực tế áp dụng cho tất cả các công
tŕnh. Có một số phương pháp dạng này cần quan tâm khi tạo lồng
Faraday không lư tưởng nhưng khá tốt trong pḥng chống sét.
Phương pháp chống sét truyền thống
Benjamin Franklin (1752) đă đề xuất
một phương pháp chống sét (PPCS) bảo vệ nhà cửa thuyền bè. Ông
dùng kim thu sét bằng kim loại đặt trên đỉnh nóc nhà, nối với một
dây kim loại dẫn xuống đất. Franklin nghĩ rằng PPCS này thực hiện
hai nhiệm vụ: làm chệch hướng tia sét vào nhà và dẫn năng lượng
xuống đất và phân tán năng lượng điện trên mây và như vậy ngăn
chặn tia sét. Qua kiểm chứng trải qua 250 năm qua, thực sự PPCS
của Franklin và những hệ tương đương phương pháp này đă thật sự
giảm thiệt hại về nhà cửa, thuyền tàu. PPCS Franklin và hệ tương
tự không phân tán điện tích và như vậy không ngăn chặn tia sét.
Phương pháp chống sét truyền thống có
hai dạng là: hệ gắn thẳng với nhà và hệ bao quanh hay nằm trên. Hệ
Franklin là thí dụ về hệ gắn thẳng và hiện nay vẫn sử dụng rộng
răi. Quy phạm NFPA 780 đă quy định về chiều cao và cách bố trí kim
thu sét, kích cỡ của dây nối đất, cách thực hiện và đặc tính của
hệ nối đất. Gần đây một vài kiểm chứng cho thấy kim tù làm việc
tốt hơn kim nhọn.
Hệ Franklin bao quanh hay nằm trên
hay c̣n gọi là hệ mắt xích hay lưới. Nó thường bao gồm hệ dây dẫn
ở trên đỉnh treo trên các cột và nối với hệ thống đất. Các dây này
thường đặt cách nhà khoảng 10 - 20 m. Hệ này có ưu việt là một
khi nó tiếp nhận tia sét th́ tia sét ở cách xa khu vực bảo vệ xa
hơn hệ Franklin nối trực tiếp. Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng
gắn trực tiếp.
Thực nghiệm cho thấy, hệ Franklin
không cho hiệu quả chống sét 100%. Tuy sét đánh vào kim thu sét
nhiều hơn và hiệu quả của PPCS là khá tốt, song nhiều kết quả thực
nghiệm cho thấy sét có thể bỏ qua kim thu sét mà đánh trực tiếp
vào nhà mặc dù có thể làm kim thu sét lên rất cao. Ngay cả khi sét
đánh vào kim thu sét th́ dây nối đất không hiệu quả cho việc dẫn
các thành phần tần số cao của tia sét khi có các vật kim loại ở
gần. Các nhà có chứa các dụng cụ nhạy cảm với sét như các thiết bị
điện tử sẽ bị hỏng hóc. Đối với các thiết bị nhạy cảm này cần phải
có những thiết bị chống sét chuyên dụng.
Như vậy, phương pháp truyền thống
trong nhiều năm qua đă chứng tỏ khả năng bảo vệ của nó, tuy nhiên
đối với yêu cầu cao như hiện nay (các thiết bị điện tử, nhà máy
hạt nhân, đạn dược, ...) th́ những yếu điểm nêu trên sẽ có thể gây
thiệt hại khôn lường.
Phương pháp không truyền thống
Một số hệ chống sét khác với dạng Franklin nổi lên trong hàng chục
năm gần đây. Đáng chú ư là:
1 Hệ phát xạ sớm
2 Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét)
Những người bảo vệ hệ dùng kim thu sét phát xạ sớm cho rằng kim
này phóng tia tiên đạo lên sớm hơn so với hệ Franklin. Một vài
dụng cụ được sử dụng gây phát xạ sớm như nguồn phóng xạ và kích
thích điện của kim. Năm 1999, 17 nhà khoa học của Hội đồng khoa
học ICLP (International Conference on Lightning Protection) ra
tuyên bố phản đối phương pháp này.
Hệ ngăn chặn sét với mục đích là phân
tán điện tích của mây dông trước khi nó phóng điện. Hay nói khác
đi tạo đám mây điện dương tại khu vực để làm chệch tia sét khỏi
khu vực bảo vệ. Nhiều dạng dụng cụ phân tán được sử dụng. Chủ yếu
cấu tạo bởi rất nhiều kim mũi nhọn nối đất. Những điểm này có thể
như những dạng lưới kim loại, bàn chải... Các dụng cụ này có tác
dụng chuyển điện tích dương từ đất vào khí quyển. Nhưng vấn đề ở
đây là các đám mây dông tạo điện tích và chuyển động rất nhanh.
Liệu các thiết bị này có kịp tạo đám mây điện tích để làm chệch
tia sét hay không? Chưa có thông tin khoa học tin cậy nào thông
báo về khả năng này của hệ thống có đủ tốc độ để làm lệch hướng
tia sét xuống khu vực bảo vệ.
Hút sét bằng tia laser
Ngày nay chúng ta cần chống sét cho
các công tŕnh hiện đại đ̣i hỏi PPCS có hiệu quả cao ví dụ như kho
chất nổ đạn dược, hạt nhân, các trung tâm máy tính quan trọng
(điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng, ...)
Nhằm t́m kiếm giải pháp chống sét 100%, các công ty hàng năm đầu
tư hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng laser.
Các nhóm nghiên cứu mạnh về vấn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga),
giáo sư Zen Kawazaki (Nhật). Đă có những kết quả bước đầu. Tại
Nhật, năm 1997 sau rất nhiều lần thử nghiệm người ta đă 2 lần thu
được tia sét bằng cách này. Theo ư kiến các chuyên gia, về kỹ
thuật có thể thực hiện được. Khó khăn ở chỗ đồng bộ hoá và chi phí
cho một cú chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng.
Hướng nghiên cứu này đang đựoc tiếp tục.
Phương pháp pḥng chống tích cực
Một dạng phương pháp được sử dụng
có hiệu quả trong những năm gần đây là dự báo dông sét sớm. Nhờ
vào các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh, các hệ thống định vị
phóng điện, ... người ta có thể dự báo được khả năng có dông sét
xảy ra tại khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút.
Các phương pháp này được ứng dụng rộng răi trong hàng không, điện
lực, an toàn cho con người...
Thiết bị EFM và ESID đặt tại trạm Phú thụy (Gia lâm) cũng có khả
năng này.
|