Беседы о рентгеновских лучах (второе издание)

Один из самых мощных лазеров — неодимовый.

Он работает на волне 1,06·10^-4 сантиметра. Если ее уменьшить вдвое (до 0,53·10^-4 сантиметра), незримая радиация (инфракрасная) превратится в видимую (зеленую). А если втрое (до 0,35·10^-4 сантиметра), — то в ультрафиолетовую.

Между тем возможно гораздо большее сокращение.

Скажем, в 9 раз. Тогда получится 0,12·10^-4 (или, что то же самое, 1,2·10^-5 сантиметра). А это уже у самой границы с рентгеновским диапазоном, который начинается с 10^-5 сантиметра.

Спрашивается: чем плохи обычные рентгеновские кванты, нужны ли еще и лазерные? При такой постановке вопроса придется ответить: рассматриваемые индивидуально, порознь, они ничем не отличаются друг от друга. Иное дело их поток в целом. Вместе взятые в такой компании они отличаются разительно.

Начнем с «одноцветности». Ее не обеспечивают рентгеновские трубки. Их «продукцию» приходится делать менее широкополосной с помощью специальных фильтров-монохроматоров, которые отсекают лишнее по краям, ограничивая остаток обычно пределами от 2·10^-8 до 6·10^-10 сантиметра. Можно сузить рамки, но это значит, что аппаратура, притом дорогостоящая, будет в еще большей степени работать на «отходы производства», изнашиваясь и потребляя электроэнергию высокого вольтажа Точь-в-точь как токарный станок, когда он снимает стружку в таком количестве, что от громадины-болванки остается фитюлька-заготовка.

И это еще полбеды.

Беда в том, что излучение от обычных источников (не исключая и радиоизотопных) никогда не превзойдет лазерное по своей плотности и остронаправленности. В первом случае кванты разлетаются веером, как дробь при выстреле из охотничьего ружья. Во втором они бьют в цель кучно, словно шрапнель, донесенная до мишени упакованной в пушечное ядро.

Допустим, там и тут одинаковы и калибр (монохроматичность), и количество (первоначальная интенсивность). Все равно качество будет неодинаковым.

В первом случае кванты движутся как бы рыхлой хаотической россыпью, во втором — тесно сомкнутыми рядами, которые до конца напоминают связку прутьев.

Отсюда и различные эффекты.

Можно ли увидеть на Луне «зайчик» от зеркальца, отразившего пламя разом вспыхнувшей коробки спичек? Казалось бы, чушь, не хватит ни дюжины, ни тысячи коробок, зажженных одновременно! Даже если сфокусировать свет от такого костра лучшей оптической системой. Между тем на лазерную локацию нашего естественного спутника затратили столько энергии, сколько выделяется десятком горящих спичек.

Известно, что на советском луноходе был установлен французский уголковый отражатель. Он стал мишенью для квантового генератора, с помощью которого точнее, чем когда-либо, измерено расстояние до Луны.

Световое пятно оказалось достаточно ярким. Именно потому, что его «посадил» концентрированный луч, какого не даст ни один обычный прожектор, даже наимощнейший. Но даст прибор гораздо меньших размеров- лазер. В его вспышке, длящейся триллионную долю секунды, сконденсирована энергия в 100 миллиардов киловатт. Это в тысячи раз больше, чем у крупнейшей в мире электростанции — Красноярской ГЭС (6 миллионов киловатт).

От такого «подмигивания» становится жарко даже тугоплавким металлам и другим жаропрочным материалам. Собственно, их так и долбят теперь, прожигая отверстия нужного диаметра сгустками электромагнитных волн, действующими как бронебойные снаряды, выпускаемые очередями из скорострельной пушки.

Не менее удивительные вещи обнаружились, когда сфокусированное лазерное излучение направили в газовую среду.

Могло почудиться, будто сверкала молния и громыхал гром. С характерным звуком, напоминающим щелканье бича, проскакивала длиннющая, в десятки метров, искра. А в ней возникало миниатюрное подобие тому огненному шару, который образуется при атомном взрыве. Выяснилось: так можно получать термоядерную плазму. Уже достигнуты температуры в 20 миллионов градусов (выше, чем в недрах Солнца).

Они все ближе к тем, которые необходимы, чтобы «пошел термояд», управляемый синтез легких ядер.

Эти и многие другие поразительные эффекты открыты и изучены в Физическом институте Академии наук СССР, где работают «отцы» квантовой радиоэлектроники — академики А. Прохоров и Н. Басов.

Ну а где же все-таки рентгеновская радиация, о которой мы не вправе забывать ни на миг? Ее тоже порождает удар лазерного «копья». Кстати, именно по ее характеристикам измеряются температуры плазменных сгустков, гибельные для любых термометров.

Пробуя в качестве испаряемых мишеней различные вещества, получили необычный источник рентгеновских лучей. Во-первых, сверхкомпактный, практически точечный. Во-вторых, весьма интенсивный: его мощность миллион киловатт! Правда, она опять-таки кратковременна (на миллиардные доли секунды). Впрочем, это может оказаться чрезвычайно полезным. Скажем, в медицине. Именно такие импульсы (огромной силы, но ничтожной длительности) позволяют проводить ювелирную операцию: приваривать отслоившуюся сетчатку на самом дне глаза. Нежный орган зрения нимало не повреждается световым «уколом».