книги из ГПНТБ / Грибковский В.П. Удивительный мир лазеров

сделать. Следует также подчеркнуть, что Ла­ зерный луч, какую бы операцию он ни про­ изводил, не вносит никаких химических приме­ сей в обрабатываемую деталь. В ряде случаев это имеет первостепенное значение.

Наряду с установками для микросварки созданы большие сварочные аппараты, кото­ рые позволяют получать длинные тонкие свар­ ные швы в таких металлах, как титан, ниобий и бериллий. Получаются швы высокой проч­ ности на изделиях, применяемых в кос­ мосе.

В станкостроительной промышленности ла­ зеры применяются в точных измерительных приборах, предназначенных для проверки пло­ скостности поверхности и измерения коорди­ нат. Координаты точки определяются с точно­ стью в 0,25 мкм, а время наладки станков со­ кращается в несколько раз.

Создан лазерный прибор, позволяющий измерять скорость движения раскаленной по­ верхности без контакта с нею.

Сотрудник Института физики Академии наук БССР А. А. Янковский одним из первых применил излучение квантовых генераторов света для эмиссионного спектрального анали­ за. Оказалось,, что можно анализировать вещества, находящиеся в закрытых сосудах и недоступные для обычных методов анализа. Для анализа не требуются дополнительные электроды, которые могут внести загрязнение в исследуемое вещество, этим обеспечивается «стерильность» анализа. Применение лазеров значительно упрощает получение и анализ спектров тугоплавких веществ.

64

Лазеры в биологии и медицине. Тонкая го­ рячая игла лазера находит все более широкое применение в медицине и в первую очередь при лечении глазных заболеваний. Есть тяже­ лая болезнь, вызванная отслоением сетчатки глаза и приводящая к потере трудоспособ­ ности. Еще недавно перед этой болезнью оку­ листы были почти бессильны. Сейчас такую отслоившуюся сетчатку присоединяют при по­ мощи лазерного луча. Сфокусированный на сетчатке луч приваривает ее, проходя свобод­ но прозрачные части глаза и не повреждая их. Сама операция совершенно бескровна. Размер точек •соединения получается микроскопиче­ ским, поэтому они практически не влияют на зрение.

Лазеры можно использовать также для уничтожения опухоли глазного дна. В Инсти­ туте им. В. П. Филатова луч лазера исполь­ зуется не только для присоединения сетчатой оболочки, но и для тонких операций в крове­

проходит через все части глаза: роговицу, хру­ сталик, стекловидное тело — и поглощается только в сетчатке глаза. Энергия лазерного луча за импульс составляет при этом 0,01— 0,005 дж.

Выпускаемые нашей промышленностью ла­ зеры ОК-1 специально предназначаются для лечения глазных заболеваний.

Квантовые генераторы начинают приме­ няться в хирургии для прижигания кожных

новообразований и даже раковых опухолей. Операции, осуществляемые с помощью лазер­ ного луча, длятся всего несколько микро­ секунд, т. е. проходят практически мгновенно. Поэтому они не вызывают болевых ощущений и не приводят к нагреванию соседних участков ткани.

Наличие световодов, при помощи которых свет может быть направлен в желаемую точку, позволяет использовать лазеры для операций и на внутренних органах. Уже проведены опе­ рации по разрушению внутренних опухолей, а также некоторые нейрохирургические опера­ ции. Лазеры предполагается использовать даже в сердечной хирургии. Успешно прошла операция при помощи лазерного луча внутри полости сердца собаки.

Лазеры используются не только для лече­ ния, но и для диагностики различных заболе­ ваний. В последнее время, в частности, разра­ батываются методы ранней диагностики рака легкого.

На основе лазеров создается много различ­ ных типов медицинской аппаратуры, которая станет еще одним мощным средством борьбы с болезнями.

Замечательные свойства лазерного луча открывают новые большие перспективы и пе­ ред биологией. Исследуя особенности ядра и клетки, биологи часто сталкиваются с необхо­ димостью воздействовать на отдельные эле­ менты клетки и ядра, не задевая других час­ тей. Для этого требуется исключительно тон­ кая микроигла диаметром в тысячные доли милиметра, которую можно было бы с боль-

66

шой точностью направить в нужное место и которая могла бы проникнуть в клетку, не повреждая ее оболочки. На первый взгляд это кажется невыполнимой задачей. Но лазерный луч успешно справляется со всеми трудностя­ ми. Он может быть сфокусирован на площад­ ке мельчайших размеров (диаметром в 1мкм) с исключительно высокой точностью. Когда луч сфокусирован на каком-нибудь элементе внутри клетки или ее ядре, то оболочка клет­ ки оказывается вне фокуса. Оболочка клетки прозрачна, поэтому луч лазера проходит сквозь нее, как солнечный луч проходит через обычное оконное стекло, не вызывая никаких повреждений. Чтобы усилить действие, эле­ мент, подвергаемый действию лазерного луча, окрашивают специальным красителем, погло­ щающим свет. Таким образом, использование квантовых генераторов открывает перед био­ логами возможность строго ограниченного, выборочного воздействия на отдельные эле­ менты клетки. Уже сейчас ученым-биологам удалось с помощью лазерного луча уничто­ жить в живой клетке отдельные хромосомы, не повредив самую клетку. Это открывает ши­ рокие возможности перед генетикой и позво­ ляет устанавливать с большой достоверностью роль и значение каждой хромосомы (см. цвет­ ную вклейку VI).

Световая искра. Еще одно замечательное явление удалось наблюдать при помощи опти­ ческих квантовых генераторов — безэлектродную искру, «зажигаемую» лучом в воздухе. Если лазерный луч сфокусировать, то на его острие появляется ослепительно яркая вспыш­

ка, сопровождающаяся характерным треском (см. цветную вклейку VII). Это так называе­ мая световая, или лазерная, искра. Она впер­ вые наблюдалась в лаборатории А. М. Прохо­ рова. Для получения световой искры исполь­ зуются рубиновые или неодимовые лазеры, ге­ нерирующие кратковременные импульсы све­ та, мощность которых достигает миллиардов ватт.

Обычная искра при электрическом разряде возбуждается между электродами за счет энергии электрического тока. Для возбужде­ ния лазерной искры электроды не требуются, а возникает она за счет энергии светового луча. Интенсивность светового поля лазерного излучения оказывается такой же по величине, как и поля, удерживающего электроны внутри атомов. Поэтому в световой искре атомы и мо­ лекулы ионизируются непосредственно под действием лазерного излучения.

Мощность лазерной искры велика. Благо­ даря этому удалось получить не только одно­ кратно, но и многократно ионизированные атомы. Так, например, недавно в лаборатории Н. Г. Басова получены пятнадцати- и шестнад­

длинная искра порядка 3 метров. Температура лазерной искры очень высока. Как заявил пре­ зидент Академии наук СССР М. В. Келдыш, советскими учеными «...получена плазма е тем­ пературой 3,5 миллиона градусов и плот­ ностью попов порядка 10|у в кубическом сан­ тиметре. Это позволяет надеяться на получе­ ние плотной плазмы термоядерных температур

ЬЯ

с помощью лазеров» Иными словами, дости­ жения квантовой электроники могут быть использованы при решении важнейшей про­ блемы современной науки — проблемы управ­ ляемого термоядерного синтеза.

Лазер не только создает плазму, но и успеш­ но используется для ее изучения, зондирова­ ния, или,как обычно говорят, для диагностики. Концентрация заряженных частиц в плазме и ее температура определяются обычно с по­ мощью пучка электромагнитных волн. Однако этот метод недостаточно точен и применим да­ леко не всегда. При большой концентрации электронов в плазме она отражает радиовол­ ны, как металл. Лазерный луч обладает значи­ тельно большей проникающей способностью и используется для изучения и просвечивания плазмы. Заметный вклад в развитие этого на­ правления работ вносят белорусские физики В. С. Бураков и П. И. Науменков.

Лазерное оружие. Бурное развитие физики в конце прошлого и начале нашего века со­ провождалось открытием новых видов излуче­ ний. В 1895 г. были обнаружены рентгеновские лучи, а в следующем году А. Беккерель от­ крыл а-, р- и у-лучи, испускаемые радиоактив­ ными элементами. В дальнейшем достоянием науки стали космические лучи и направленное радиоизлучение сверхвысокой частоты (СВЧ).

В большинстве случаев оказалось, что но­ вые лучи обладают большой проникающей способностью и могут оказывать как полез­ ное, так и вредное воздействие на живые орга-

1 «Известия», 7 марта 1968 г.

69

низмы. Все это подготовило почву для воз­ рождения идеи о «лучах смерти», способных уничтожать все живое па больших расстоя­ ниях. Сама идея использования тепловых лу­ чей для разрушения и поджога возникла еще в древности. Известна легенда о том, что Архимед с помощью зеркал и солнечного све­ та сжег вражеский флот в Сиракузах.

Наиболее яркое художественное воплоще­ ние эта идея нашла в романс А. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Главный герой романа изобрел удивительный прибор, способный фокусировать свет небольшого по размерам пламени угольной свечи в луч не толще вязальной иглы. По словам Гарина, в природе не существует ничего, что бы могло сопротивляться силе лучевого шнура. «Здания, крепости, дредноуты, воздушные корабли, ска­ лы, горы, кора земли — все пронижет, разру­ шит, разрежет мой луч». Дальнейшие дейст­ вия романа полностью подтверждают справед­ ливость этих слов. Гарин убивает лучом света своих сотрудников и врагов, в течение считан­ ных минут разрушает большой завод.

Как же устроен этот фантастический при­ бор? Оказывается, очень просто. «Весь секрет в гиперболическом зеркале, напоминающем формой зеркало обыкновенного прожектора, и в куске шамонита, сделанном также в виде гиперболической сферы... Лучи света, падая на внутреннюю поверхность гиперболического зеркала, сходятся все в одной точке». Второй гиперболоид «концентрирует все лучи в один луч или в лучевой шнур любой толщины, практически до толщины иглы». Во время пер­

70

вых опытов Гарин «брал источником света не­ сколько обычных стеариновых свечей и легко разрезал дюймовую доску».

С научной точки зрения описанный прибор совершенно нереален. Строго доказано, что никакими оптическими системами нельзя пре­ вратить излучение от тепловых источников в мощный «световой шнур». Как бы мы ни фо­ кусировали свет, плотность лучистой энергии не может быть больше, чем па поверхности светящегося тела. Практически же на больших расстояних она будет во много раз меньше этого предельного значения. Чтобы поджечь на большом расстоянии хотя бы сухую бу­ магу, необходимо брать источник света с тем­ пературой много раз большей, чем темпера­ тура пламени свечи или угольной пира­ мидки.

До появления квантовых генераторов света наибольшую концентрацию лучистой энергии на расстоянии можно было получить с по­ мощью радиоволн диапазона СВЧ, которые используются для локации. Действительно, луч мощного радиолокатора обладает боль­ шой проникающей способностью и может бук­ вально «сварить» внутренние органы человека без всяких видимых внешних изменений. В США и Англии зарегистрировано достаточ­ но много случаев поражения лучом персонала радиолокационных станций сверхдальнего об­ наружения. Поэтому допустимым пределом при длительном облучении человека считается мощность луча в 100 вт. Как только появились новые источники света, пришлось пересмот­ реть вопрос о возможности концентрации и

71