Можно ли создать лазерный меч или «зажечь солнце» на Земле – об этом зашла речь в научнике Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Челябинска «Наука всегда кстати. Лазеры».
Кандидат физико-математических наук Александр Герасимов, доцент кафедры оптоинформатики ЮУрГУ и старший научный сотрудник лаборатории сенсорики, рассказал об истории лазеров, их видах и принципах работы.
«В основе лазера лежит явление вынужденного излучения, предсказанное Альбертом Эйнштейном. Если атом находится в возбужденном состоянии, пролетающий рядом фотон может вызвать появление еще одного, совпадающего с ним по частоте, направлению и фазе», – объяснил Александр Михайлович.
Ученый отметил, что из-за этого явления лазерный луч обладает когерентностью, высокой яркостью и слабо рассеивается в пространстве, а также в отличие от обычного фонарика, который светит широким конусом, лазер передает энергию узконаправленным пучком.
Лазеры классифицируются по виду материала, где происходит усиление света. В качестве материала могут выступать кристаллы или стекло с добавками – ярким примером служит рубиновый лазер. Существуют также газовые аналоги, например гелий-неоновые. Их мощность невелика, однако они обеспечивают стабильное излучение, что делает их востребованными в лабораторной практике для калибровки оборудования.
Как отмечает ученый, весомые преимущества дало появление полупроводниковых лазеров: они компактны и не требуют дорогостоящих материалов. Миниатюрные лазеры позволяют роботам-пылесосам измерять расстояние до предметов. Помимо этого, их применяют в медицинской технике, строительстве, проекторах и автомобильных системах.
Различаются лазеры и по длительности излучения. Непрерывный режим используется для освещения помещений и в проекционной технике, тогда как нано- и пикосекундные импульсы позволяют удалять материалы практически без нагрева. Фемтосекундные импульсы настолько кратковременны, что дают возможность работать на уровне молекул и атомов.
В лаборатории сенсорики ЮУрГУ создают оптоволоконные датчики температуры, натяжения и деформации. Ученые также придумали приборы для исследования люминесценции и радиации. Так проводятся особо точные измерения и передаются данные на большие расстояния.
Лазеры находят применение и в атомной отрасли — для исследований управляемого термоядерного синтеза. Такие эксперименты моделируют процессы, протекающие в недрах звезд, где слияние ядер сопровождается выделением огромного количества энергии. Для проведения подобных опытов необходимо создание плазмы со сверхвысокой высокой температурой.
«Один из вариантов – удержание горячей плазмы магнитным полем в установке типа Токамак. Другой предполагает использование сверхмощных лазеров, – рассказал Александр Герасимов. – Лучи направляют на термоядерное топливо, импульс сжимает и нагревает вещество, и начинается слияние ядер с выделением энергии. Такие исследования ведут на установках РФЯЦ – ВНИИЭФ в Сарове».
В завершение разговора участники встречи прошли квест «Секретный код» ИЦАЭ, во вреся которого познакомились с применением лазерных технологий в быту, промышленности и атомной отрасли.