Выбрать главу

Конструкторам и технологам многих областей, прежде всего машиностроения, еще предстоит оценить достоинства многообразных лазерных методов обработки материалов. Примерно 20 лет назад в Институте физики высоких давлений были созданы первые искусственные алмазы, и это послужило началом становления в стране промышленности искусственных алмазов, которые, в свою очередь, революционизировали металлообработку. Подобно этому сейчас пришло время создания лазерной обрабатывающей промышленности.

Лазер — прибор, родившийся в физической лаборатории, — можно смело назвать детищем квантовой механики, которая была в свое время одним из наиболее абстрактных разделов физики. На примере лазера особенно хорошо видно, как, казалось бы, абстрактные физические идеи помогают человеку создавать нужные ему приборы. Сегодня диапазон практического применения лазеров огромен — от глазной хирургии до тончайшего измерения космических расстояний, от больших телевизионных экранов до геодезии. Все области даже перечислить трудно, но о двух хочется сказать.

Первая — спектроскопия. Используя лазер с плавно изменяемой частотой (было время, когда само изменение частоты лазера считалось принципиально невозможным, первые лазеры работали на строго фиксированной частоте, которую определял тип излучающего материала), можно нащупать резонанс с энергетическими уровнями облучаемого вещества. А определив по резонансным частотам эти уровни, можно судить о том, с каким именно веществом мы встретились и в каком состоянии оно находится. Совершенство метода, развиваемого в Институте спектроскопии совместно с Ленинградским институтом ядерной физики, доведено практически до предела — удается прощупывать отдельные атомы, определять их состояние за очень короткое время, в частности, в процессе радиоактивного распада. Высокая чувствительность лазерных спектроскопов конкурирует с легендарной способностью собаки различать запахи. И есть основания считать, что такие приборы найдут разнообразное применение, например, для поиска нефти и газа и наверняка для контроля за чистотой окружающей среды.

Лазерная спектроскопия должна быть ценным инструментом для теоретической и практической химии. Дополняя, а в чем-то перекрывая другие спектроскопические методы, она сможет многое рассказать о деталях химических превращений, в частности, показать подробно, поэтапно, как протекает реакция во времени. Уже ушла в историю традиционная химия, когда что-то смешивали в колбе, изучали конечный продукт и, фантазируя, домысливали, как мог идти процесс. Теперь химик хочет знать анатомию реакции, точнее — ее физиологию, хочет знать, что, когда и как происходило на молекулярном и атомном уровне, — именно такие знания, добываемые, как правило, совершенными физическими приборами, открывают путь к созданию новых материалов и эффективных химических процессов.

Вторая область, о которой хочется сказать несколько слов, — лазерное разделение изотопов. Идея здесь, в общем, та же, что и в спектроскопии. Изменяя частоту излучения, в смеси изотопов нащупывают резонанс с атомами строго определенной массы, то есть с одним из изотопов. Затем эти атомы определенным образом помечают и отделяют от других. Разделение изотопов, в частности изотопов урана 235 и 238, было одной из самых трудных проблем зарождающейся атомной промышленности. Проблема эта решалась сложными традиционными методами, как правило, в крупных промышленных установках. Лазерные методы открыли в этой области принципиально новые возможности для выделения нужных изотопов из большого многообразия веществ. Это очень ценно в связи с большим вниманием, которое привлекают сейчас стабильные изотопы — именно стабильные, а не радиоактивные, сигнализирующие о своем присутствии непостепенным распадом, то есть не всегда уместным радиоактивным излучением. Стабильные изотопы, если научиться их получать в достаточных количествах и точно детектировать, могут заменить радиоактивные «метки» во многих областях исследований, в частности в медицине, биологии, химии. Совместными усилиями Института спектроскопии и Института атомной энергии в Грузии создана первая и пока, кажется, единственная в мире небольшая фабрика по лазерному разделению изотопов, которую наверняка со временем будут называть первенцем лазерно-изотопной индустрии.

Любой, даже самый беглый, экскурс в сферы интересов современной физики не может обойти вниманием проблемы получения и использования энергии. Вспомним, например, работы, связанные с созданием эффективных фотоэлементов, которые могли бы стать основой наиболее чистой солнечной энергетики. Долгое время КПД фотоэлементов составлял около 5 процентов, затем его подняли до 8—10. В Ленинградском физико-техническом институте созданы и разрабатываются многокомпонентные гетероструктуры, в которых этот КПД равен почти 30 процентам, а в перспективе достигнет 40. Кроме того, усилия ленинградских физиков направлены на создание фотоэлементов не из кристаллического, а из более дешевого аморфного кремния.