灰质：将闪电困在方块中

俄亥俄州牛顿瀑布周围有许多不同寻常的景点——沃尔玛设有阿米什马车的拴马桩，军事基地里骄傲地停泊着直升机和坦克——但我来这里是为了看最不寻常的东西：当地的 Dynamitron。我来这里是为了制作冰冻闪电。

肯特州立大学 Neo Beam 设施的 Dynamitron 是一台四层楼高、500 万伏特的粒子加速器，与显像管电视非常相似，只是更大。（是的，显像管电视是家用粒子加速器。）Dynamitron 和电视都使用高压和磁铁将电子撞击到目标上。在电视中，那是荧光屏；在 Dynamitron 中，通常是被光束硬化的塑料管道部件。但当我加入退休电气工程师 Bert Hickman 和物理学家 Bill Hathaway 和 Kim Goins 的团队时，产品是利希滕贝格图形，闪电被永久记录在一块透明丙烯酸上。

当天租用的 Dynamitron 电压被调到 300 万伏左右，它向半英寸厚的丙烯酸板发射电子。这种塑料是一种非常好的绝缘体，因此可以将电子困在里面。从机器中出来时，这些块看起来并没有什么不同，但它们里面却藏着一大堆急于逃出的电子。

电子如果置之不理，会被困住几个小时，但用尖头敲击会为它们打开一条快速逃逸的通道。电子从方块的各个部分聚集起来，汇聚在一起，在流向出口点的途中形成越来越大的电流流。当电荷离开时，它会沿着它所走的分支路径升温并损坏塑料，留下永久的路径痕迹。如果你能在闪电出现前的几纳秒内看到雷雨云内部，你就会看到同样的图案。闪电不会突然完全成型；它必须从整个云层收集电荷。

您可以使用复印机或打印机的墨粉和任何常见的静电源（见下文）制作出类似的利希滕贝格图形，尽管不那么持久。这是德国科学家格奥尔格·克里斯托夫·利希滕贝格在 18 世纪末首次使用的方法（他使用了硫粉），这在当时代表了电学史上的伟大发现之一。如今，这些图形是了解放电的好方法——并且可以成为用一台非常昂贵的机器在下午制作的很酷的纪念品。

制作利希滕贝格图形

用细尘创作出利希滕贝格雕像，就像利希滕贝格本人在 1777 年所做的那样。

1.放置一个尖锐的金属尖头，使其接触绝缘材料片的中心。（利希滕贝格使用树液制成的树脂；如今，透明丙烯酸树脂效果很好。）

2.使用 Wimshurst 机器（如上所示）、范德格拉夫起电机或在长毛地毯上剧烈拖地以产生静电，然后用手指或机器的电极触摸金属尖以放电。这在塑料上形成了一种滞留电荷图案。利希滕贝格图形就在那里；你只是看不到它。

3.将复印机墨粉吹到表面上。它会粘附在静电上，从而呈现出美丽的利希滕贝格图案。利希滕贝格的发现最终促成了复印机和激光打印机的发明，在这些打印机中，电荷以文字和图像的形式呈现。

这篇文章已更新。它最初刊登在2008 年 3 月的《大众科学》杂志上。