Проклятые вопросы

Академия наук СССР, учтя заслуги Б. Я. Зельдовича в исследовании и применении явления самообращения волнового фронта лазерного излучения, избрала его своим членом-корреспондентом.

ДВЕ ЦЕЛИ

Рассмотрим два случая использования явления самообращения волнового фронта.

Первый из них относится к попытке применить мощные лидеры для получения термоядерной энергии.

Мы знаем, что в таком реакторе маленькая мишень, содержащая тяжёлые изотопы водорода, маленькая водородная «льдинка», должна со всех сторон освещаться мощным лазерным излучением. Мощность его должна быть столь большой, чтобы быстро и сильно сжать мишень, одновременно нагревая её до сотен миллионов градусов. При этом водородная мишень превратится в гелий, что сопровождается значительным выделением энергии. Эта энергия и будет передаваться потребителю.

Можно представить себе, сколь сложно сосредоточить энергию многих лазеров на мишень, движущуюся внутри рабочей камеры установки. Сосредоточить так, чтобы мишень освещалась одновременно и равномерно со всех направлений. Здесь приходится решать две задачи: обеспечение одновременности генерации и «прицеливание» независимых лазеров-генераторов на мишень.

Применение обращения волнового фронта радикально упрощает обе задачи. Для этого мощные лазеры-генераторы заменяют ещё более мощными лазерами-усилителями, а мишень освещают излучением вспомогательного лазера. Мишень рассеивает его излучение. Рассеянное излучение попадает на лазеры-усилители и проходит сквозь них, приобретая большую дополнительную энергию. Позади каждого из них расположено устройство, обращающее волновой фронт излучения, заставляя его второй раз пройти через усилитель. Так как излучение с обращённым волновым фронтом точно повторяет (но в обратном направлении) путь излучения, прошедшего через усилитель, то оно неизбежно попадает на мишень. При этом становятся ненужными устройства для «прицеливания». Ненужными, несмотря на то, что мишень выстреливается в рабочую камеру реактора и движется в ней под действием силы тяжести.

Для того чтобы отпала необходимость прицеливания вспомогательного лазера на летящую льдинку, его пучок расширяют при помощи оптических линз так, что он освещает всю среднюю часть камеры. «Прицеливание» усилите лей не нужно потому, что их излучение в результате обращения волнового фронта вернётся в ту точку, где находилась мишень, когда её осветил пучок излучения вспомогательного лазера. Ведь скорость света столь велика по сравнению со скоростью движения мишени, что мишень не успевает сместиться за время, нужное свету, рассеянному ею, для прохождения от мишени сквозь усилитель и обратно.

Явление обращения волнового фронта использовано при разработке некоторых вариантов лазерного оружия звёздных войн.

Путём небольшого видоизменения эту систему можно применить для поражения космических объектов, например спутников связи и других сугубо мирных объектов и, конечно, для разрушения ядерных ракет. Для этого система убийца помимо маломощного лазера, излучение которого усиливается мощным наземным лазером, должна быть снабжена большим зеркалом, направляющим усиленный пучок лазерного излучения на цель.

РУКОТВОРНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Мы знаем лазер на искусственном рубине, на искусно подобранной смеси газов. Оказалось, что это не единственные вещества, которые могут зажечь лазерный свет.

Теперь мы познакомимся ещё с одним типом лазера. Рабочим веществом в нём служит стекло. Стекло — твёрдое тело, но по своему строению оно мало отличается от очень вязкой жидкости, например смолы. Разница между ними много меньше, чем различие стекла и кристалла.

В большинстве кристаллов образующие их ионы располагаются регулярно так, что их взаимное расположение многократно повторяется подобно рисунку на обоях. Конечно, это не полная аналогия, ибо рисунок повторяется на плоскости, а расположение ионов — в пространстве.

В стёклах упорядоченность может быть обнаружена только в расположении ближайших соседей. Дальше царствует хаос. Именно это и роднит стекло с жидкостями. Различие между ними лишь в величине вязкости. Она столь велика, а текучесть стекла столь мала, что по механическим свойствам оно близко к хрупким твёрдым телам.

Имеется ещё один признак отличия. Кристаллы плавятся, превращаясь в жидкость при вполне определённой для каждого вида температуре. Физики называют такое их превращение фазовым переходом. Кристаллическая фаза, говорят они, переходит в жидкую фазу при постоянной температуре. Так, лёд превращается в воду при 0 °C и в обычных условиях не может оставаться льдом при более высокой температуре.

Стекло же не знает такого перехода. При медленном нагревании его вязкость постепенно уменьшается до тех пор, пока не станет столь малой, что стекло превратится в жидкость. Изменение температуры во время такого перехода может достигать сотен градусов.