|
 Tosiasiat osoittavat, että lasersäde voi kuljettaa tarpeeksi energiaa leikkauksen suorittamiseksi, timanttien poraamiseksi ja jopa mikroskooppisten ainemäärien lämmittämiseksi miljoonien asteiden lämpötiloihin.
Kuinka paljon energiaa lasersäde voi kuljettaa? Se riippuu lasertyypistä, sitä syöttävän lähteen tehosta sekä sen toimintaolosuhteista, jotka määrittävät toimitetun energian käytön tehokkuuden.
Ja CW-lasereilla syöttöenergia muuttuu jatkuvasti laserin lähettämän säteilyn energiaksi. Tällaisten lasereiden lähettämien säteiden teho vaihtelee milliwateista kymmeniin kilowatteihin (sama määrä kuin tuhat sata watin polttimoa näkyvällä alueella). Näillä kilowattivalosäteillä, jotka on tarkennettu oikein, esimerkiksi linssillä, on mahdollista leikata senttimetrin paksuinen laivan ihon teräslevy noin sentin sekunnin nopeudella. Vähemmän tehokkaita lasereita käytetään muihin tarkoituksiin, jotka eivät vaadi tällaisia voimakkaita valonsäteitä.
 Yhdysvaltain laivaston Washington DC: ssä sijaitsevan merivoimien tutkimuslaitoksen omilla silmillään nähdyn tehokkaimman laserin piti tuottaa noin yhden megawatin (miljoona wattia tai tuhatta kilowattia) säde muutamassa sekunnissa. Tämä laser, yhdessä apulaitteiden kanssa, oli kahdessa melko isossa laboratoriotilassa. Tässä ei ole mitään erityisen yllättävää, koska sen säteen teho oli yhtä suuri kuin keskikokoisten henkilöautojen noin 50 moottorin teho.
Moniin tarkoituksiin kuitenkin jopa megawatin säteet ovat heikkoja ja vaativat vielä tehokkaampia säteitä. Esimerkiksi "kuun" laserin piti lähettää useita miljoonia wattia sisältävä säde. Kuusta heijastuneen valonsäde palaa maapallolle huomattavasti heikentyneenä imeytymisen ja sironnan takia maapallon ilmakehässä, sironnasta Kuun pinnalle jne. Heijastunutta valoa tallentavan laitteen herkkyys sulkee pois mahdollisuuden käyttää perinteisiä, jopa vahvimpia valonlähteitä Kuun paikantamiseen. Riittävän voimakas valonsäde saattoi tuottaa laserin, jonka teho oli useita megawateja. Lämpöydinreaktion aloittamiseksi tarvitaan vielä vahvempi laser - sen tehon tulisi olla luokkaa vähintään useita miljoonia megawateja.
Tällaisen tehokkaan jatkuvan aallon laserin luominen ei ole vielä realistista. Tällaisella laserilla olisi ennen kaikkea oltava hirvittävät mitat. Olisi myös vaikeaa antaa tällaiselle kolossiin energiaa, ja olisi myös vaikeaa saada aikaan jäähdytys. Laserin tehokkuus on tyypillisesti muutamasta kymmeneen prosenttiin, joten vain suhteellisen pieni osa laseriin syötetystä energiasta säteilee. Loppu haihtuu ja muuttuu lopulta lämpöksi, joka on poistettava laserlaitteistosta altistamalla riittävän voimakkaalle jäähdytykselle.
Miljoonan megawatin säteen jatkuvasti säteilevä laser kuluttaa useiden tuhansien keskikokoisten voimalaitosten samanaikaisesti tuottaman energian. Tällaisen laserin käytön aikana miljoonilta kuluttajilta olisi riistettävä virta. Ehkä se voitaisiin silti jotenkin ratkaista, mutta miten tällainen jättiläinen voidaan jäähdyttää?
Huolimatta siitä, että tarvitaan niin voimakkaita valonsäteitä, tällaisia cw-lasereita ei tarvitse rakentaa.Asia on, että kaikissa niissä sovelluksissa, joissa tarvitaan erittäin suuritehoisia lasersäteitä, ei ole väliä, säteileekö laser säteilyä tuhannesosassa vai miljoonasosassa sekunnissa. Useimmiten lasersäteilyä tarvitaan vain lyhyen ajan. Lyhyesti sanottuna puhumme tosiasiasta, että lasersäteellä oli aikaa aiheuttaa haluttu vaikutus vastaanotetussa objektissa ennen kuin se tulee ei-toivottuihin prosesseihin, jotka liittyvät kohteen absorboimaan lasersäteilyn energiaan. Jos esimerkiksi käytettäessä lasersädettä sairaiden kudosten poistamiseksi leikkauksen aikana, salamat kesti liian kauan, niin myös sairaan vieressä oleva terve kudos voi kokea vaarallisen ylikuumenemisen. Jos jatkuvaan lasersäteilyyn porataan reikä timanttiin erillisten välähdysten sijasta, timantti ylikuumenee, sulaa ja sen seurauksena merkittävä osa timantista haihtuu.
 Annetut esimerkit osoittavat tarpeen käyttää tällaisia lyhyitä laserpulsseja, jotta säteilytetyn kohteen absorboimalla energialla ei ole aikaa haihtua lämmönjohtamisprosesseista johtuen. Tietenkin tällaisia ei-toivottuja ja usein haitallisia energiantuotantomekanismeja on paljon enemmän. Yleisesti puhumme siitä, että lasersäteellä oli aikaa suorittaa tehtävänsä ennen kuin luetellut tekijät häiritsivät sitä. Siksi monissa laitteissa laserpulssien on oltava hyvin lyhyitä, ja ilmaisu "hyvin lyhyt" tarkoittaa joskus nanosekuntia tai jopa vähemmän aikaa.
Nyt käy selväksi välttämättömyyden sanelemana yksinkertainen ajatus energiansäästöstä, jonka perusteella on mahdollista saada jättimäisen voiman säteitä suhteellisen pienellä energiankulutuksella. Sen sijaan, että tuotettaisiin esimerkiksi yksi joulea energiaa säteilyn muodossa (tämä on hyvin pieni määrä) sekunnin ajan tai lähetettäisiin yhden watin säde (1 W = 1 J / s), se seuraa yksinkertaisesti samaa energiamäärää (yksi joule) ) lähettävät nopeammin suhteellisen lyhyen pulssin. Lyhyempi pulssi, sitä suurempi säteen teho. Jos esimerkiksi säteilypuhallus kestää yhden millisekunnin (yksi mikrosekunti, yksi nanosekunti), säteen teho on 1000 kertaa suurempi (suhteellinen).
On selvää, että kun energian osuus on 1000 kertaa suurempi (1 kJ 1 J: n sijasta), käy ilmi (kussakin yllä olevassa tapauksessa), että säde on 1000 kertaa tehokkaampi. Jos emissioaika (emissio) olisi suuruusluokkaa yksi nanosekunti, tällöin saataisiin yhden terawatin tehoinen säde. Keskittyneenä esimerkiksi kehon pinnalla olevalla linssillä halkaisijaltaan noin 0,1 mm: n pisteeseen tällainen säde antaisi tarkennuksessa käsittämättömän voimakkuuden arvon - 10 - 20. teho W / m2! (Vertailun vuoksi voidaan todeta, että 100 watin hehkulampun valon voimakkuus 1 metrin etäisyydellä siitä on luokkaa muutama kymmenesosa wattia neliömetriltä.)
On vielä yksi, ensi silmäyksellä näennäisesti syytön kysymys: kuinka vähentää lasersäteilyaikaa tietyllä säteen energialla? Tällainen tehtävä on monimutkainen sekä fyysinen että tekninen ongelma. Emme mene sellaisiin hienovaraisuuksiin täällä, koska tarinamme kannalta kysymys lyhyen pulssin vastaanottamisesta on liian erityinen. Joka tapauksessa nykyään tilanne on seuraava: pulssimaisen laserin valoaika ilman muita laitteita, jotka pakottaisivat laseria emittoimaan valoa nopeammin, on muutaman mikrosekunnin luokkaa (tai kymmenesosa tuhannesosasta).
Lisälaitteiden käyttö, joiden toiminta perustuu joihinkin fyysisiin ilmiöihin, auttaa vähentämään tämän ajan arvoiksi pikosekunnin luokkaa. Tämän ansiosta tänään on mahdollista saada jättimäisiä laserpulsseja, joiden suurin teho voi olla jopa useita satoja terawateja.Tällaisia voimakkaita säteitä tarvitaan tietysti vain erityislaitteissa (esimerkiksi lämpöydinreaktion aloittamiseksi). Monissa muissa tapauksissa käytetään paljon pienemmän tehon pulsseja.
Esitämme nyt tärkeän kysymyksen: onko mahdollista saada tällaisia voimakkaita valonsäteitä halvemmalla ja helpommin, nimittäin perinteisten suuritehoisten lamppujen avulla? Tämä viittaa sekä jatkuvana toimintana toimiviin lamppuihin (esimerkiksi lentokoneiden heijastimien tai filmikameroiden lamput) että salamavaloihin (esimerkiksi valokuvauksessa käytettäviin salamavaloihin).
Vastaus riippuu siitä, millaista sädettä haluaisimme saada, tai toisin sanoen, mistä voimasta ja millaista eroa puhumme. Jos olemme välinpitämättömiä säteiden poikkeamiselle, perinteiset lamput pystyvät kilpailemaan lasereiden kanssa vain tietyn rajan. Tämä raja on joka tapauksessa selvästi alle yhden terawatin. Tämän tason yläpuolella laserilla ei ole kilpailijoita.
Tietysti, mitä vähemmän erillisiä ja voimakkaampia säteitä haluamme saada, sitä matalampi on raja, jonka yläpuolella meidän on hylättävä perinteiset valonlähteet ja käännyttävä lasereiden puoleen. Kuten jo mainittiin, klassiset valonlähteet eivät pystyisi täyttämään valonlähteelle asetettuja korkean tarkkuuden vaatimuksia mitattaessa etäisyyttä maasta kuuhun. Tässä kokeessa oli käytettävä pulssilaseria.
Gavrilova N.V.
Samankaltaisia julkaisuja
|
