|
 Som framgår av fakta kan en laserstråle bära tillräckligt med energi för att kunna utföra kirurgi, borra diamanter och till och med värma mikroskopiska mängder av ett ämne till temperaturer på miljoner grader.
Hur mycket energi kan en laserstråle bära? Det beror på typen av laser, kraften hos källan som levererar den, samt på villkoren för dess drift, som bestämmer effektiviteten för att använda den tillförda energin.
Och med CW-lasrar omvandlas ingångsenergin kontinuerligt till energin hos strålningen som avges av lasern. Strålarna från sådana lasrar sträcker sig från milliwatt till tiotals kilowatt (samma mängd som tusen hundra watt glödlampor avger inom det synliga området). Med dessa kilowattstrålar, riktigt fokuserade, till exempel av en lins, är det möjligt att skära en centimeter tjock stålplåt av fartygets hud med en hastighet på cirka en centimeter per sekund. Mindre kraftfulla lasrar används för andra ändamål som inte kräver så kraftiga ljusstrålar.
 Den mest kraftfulla lasern som sågs med egna ögon vid Naval Research Institute of the US Navy i Washington, DC, skulle tända en stråle på cirka en megawatt (miljoner watt eller tusen kilowatt) på några sekunder. Denna laser, tillsammans med hjälpanordningar, ockuperade två ganska stora laboratorierum. Det finns inget särskilt förvånande här, eftersom kraften i dess stråle var lika med kraften hos cirka femtio motorer i medelklassbilar.
För många ändamål är dock även megawattstrålar svaga och kräver ännu kraftigare strålar. Till exempel skulle en "månlaser" skicka en stråle med en effekt på flera miljoner watt. Ljusstrålen efter reflektion från månen återvänder till jorden kraftigt försvagad på grund av absorption och spridning i jordens atmosfär, spridning på ytan av månen etc. Känsligheten hos utrustningen som registrerar det reflekterade ljuset utesluter möjligheten att använda traditionell jämn de starkaste ljuskällorna för lokalisering av månen. En tillräckligt intensiv ljusstråle kunde bara produceras av en laser med en effekt på flera megawatt. För att initiera en termonukleär reaktion krävs en ännu starkare laser - dess effekt bör vara i storleksordningen minst några miljoner megawatt.
Skapandet av en sådan kraftfull laser med kontinuerlig våg är hittills en orealistisk uppgift. En sådan laser måste framför allt ha monstora dimensioner. Det skulle också vara en svår uppgift att förse en sådan koloss med energi, och det skulle också vara svårt att upprätta kylning. Effektiviteten hos en laser ligger vanligtvis i intervallet några till tio procent, så att endast en relativt liten del av energin som matas in till lasern avges som strålning. Resten försvinner och förvandlas så småningom till värme som måste avlägsnas från laserinstallationen och utsättas för tillräckligt intensiv kylning.
En laser som kontinuerligt avger en stråle på en miljon megawatt skulle förbruka den energi som genereras samtidigt av flera tusen medelstora kraftverk. Under drift av en sådan laser skulle miljontals konsumenter behöva berövas strömförsörjningen. Kanske kan detta fortfarande lösas på något sätt, men hur kan en sådan jätte kylas?
Trots det faktum att det finns ett behov av sådana kraftfulla ljusstrålar finns det inget behov av att bygga sådana cw-lasrar.Poängen är att i alla de applikationer där det finns behov av laserstrålar med mycket hög effekt, spelar det ingen roll om lasern kommer att avge strålning i en tusendel eller en miljonedel av en sekund. Oftast är det så att laserstrålning endast behövs under en kort tidsperiod. Kort sagt, vi pratar om det faktum att laserstrålen har tid att orsaka den önskade effekten i det mottagna objektet innan det kommer till oönskade processer associerade med den energi av laserstrålning som absorberas av objektet. Om du till exempel använder en laserstråle för att ta bort sjuk vävnad under en operation, varade blixten för länge, kan frisk vävnad intill den sjuka också genomgå farlig överhettning. Om kontinuerlig laserstrålning används för att borra ett hål i en diamant istället för separata blixtar, kommer diamanten att överhettas, smälta och som ett resultat kommer en betydande del av diamanten att avdunsta.
 Ovanstående exempel indikerar behovet av att använda sådana korta laserpulser så att den energi som absorberas av det bestrålade föremålet inte har tid att spridas på grund av värmeledningsprocesser. Naturligtvis finns det många fler sådana oönskade och ofta skadliga energispridningsmekanismer. I allmänhet talar vi om det faktum att laserstrålen hade tid att slutföra sin uppgift innan de listade faktorerna stör den. Det är därför laserpulser i många enheter måste vara mycket korta och uttrycket "mycket kort" betyder ibland en nanosekund eller ännu mindre tid.
Nu blir det klart för oss, dikterat av behovet, en enkel idé att spara energi, på grundval av vilken det är möjligt att få strålar av gigantisk kraft till relativt låga energikostnader. I stället för att producera, säg, en joule energi i form av strålning (detta är en mycket liten mängd) för en sekund eller avge en stråle på en watt (1 W = 1 J / s), följer den helt enkelt samma mängd energi (en joule) avger snabbare som en relativt kort puls. Ju kortare puls, desto högre strålkraft. Om till exempel ett strålningsutbrott varar ett millisekund (en mikrosekund, en nanosekund), kommer strålen att ha en effekt 1000 gånger högre (relativ).
Uppenbarligen, med ett energibidrag som är 1000 gånger större (1 kJ istället för 1 J), kommer det att visa sig (i vart och ett av ovanstående fall) att strålen är 1000 gånger mer kraftfull. Om utsläppstiden (utsläpp) skulle uppgå till ett värde av storleken på en nanosekund, skulle i detta fall en stråle med en effekt på en teravatt erhållas. Fokuserad, till exempel, med hjälp av en lins på kroppens yta till en fläck med cirka 0,1 mm i diameter, skulle en sådan stråle ge ett otänkbart intensitetsvärde i fokus - 10 till 20: e effekten av W / m2! (Som jämförelse är ljusintensiteten för en 100-watt glödlampa på ett avstånd av 1 m från den i storleksordningen några tiondelar av en watt per kvadratmeter.)
Det återstår en fråga, till synes oskyldig vid första anblicken: hur man kan minska laserstrålningstiden för en given total strålenergi? En sådan uppgift är ett komplext problem av både fysisk och teknisk karaktär. Vi kommer inte att gå in på sådana finesser här, för för vår historia är frågan om att få en kort puls för speciell. I vilket fall som helst, idag är situationen som följer: tiden för ljusemission av en pulserad laser utan ytterligare enheter som tvingar lasern att avge ljus snabbare är i storleksordningen några mikrosekunder (eller en tiondel av en tusendels av en andra).
Användningen av ytterligare enheter, vars funktion är baserad på vissa fysiska fenomen, hjälper till att reducera denna tid till värden i storleksordningen av en pikosekund. Tack vare detta är det idag möjligt att få jätte laserpulser, vars maximala effekt till och med kan nå flera hundra terawatts.Naturligtvis behövs sådana kraftfulla balkar endast i specialanordningar (till exempel för att initiera en termonukleär reaktion). I många andra fall används pulser med mycket lägre effekt.
Låt oss nu ställa en viktig fråga: är det möjligt att få så intensiva ljusstrålar billigare och enklare, nämligen med hjälp av traditionella högeffektslampor? Detta avser både lampor som arbetar i ett kontinuerligt läge (till exempel lampor från flygplansreflektorer eller filmkameror) och blixtlampor (till exempel ficklampor som används vid fotografering).
Svaret beror på vilken typ av strålar vi vill få, eller, med andra ord, vilken kraft och vilken typ av avvikelse vi pratar om. Om vi är likgiltiga med stråldivergensen, kan traditionella lampor tävla med lasrar bara upp till en viss gräns. Denna gräns ligger i alla fall långt under ett terawatt. Över denna nivå har lasern inga konkurrenter.
Naturligtvis, ju mindre divergerande och kraftfullare strålar vi vill få, desto lägre kommer gränsen att ligga, över vilken vi måste överge traditionella ljuskällor och vända oss till lasrar. Som redan nämnts skulle klassiska ljuskällor inte kunna uppfylla de höga noggrannhetskraven som ställdes på en ljuskälla när man mäter avståndet från jorden till månen. I detta experiment måste en pulserande laser användas.
Gavrilova N.V.
|
