Большая Советская Энциклопедия (ЛА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 36

  Т. к. время жизни плазмы, образованной Л. и., значительно превышает длительность лазерного импульса, то на больших расстояниях от фокуса лазерную искру можно рассматривать как точечный взрыв (почти мгновенное выделение энергии в точке). Это объясняет, в частности, высокую интенсивность звука. Лазерная искра исследована для ряда газов при различных давлениях, разных условиях фокусировки, разных длинах волн Л. и. при длительностях импульсов от 10-6 до 10-11сек.

  Лазерную искру можно наблюдать и при значительно меньших интенсивностях, если затравочная поглощающая плазма в фокусе линзы создаётся заранее. Например, в воздухе при атмосферном давлении лазерная искра развивается из электроразрядной затравочной плазмы, при интенсивности Л. и. ~ 107вт/см2, Л. и. «подхватывает» электроразрядную плазму и за время лазерного импульса свечение распространяется вдоль каустической поверхности линзы. При относительно малой интенсивности Л. и. распространение плазмы обусловлено теплопроводностью, в результате чего скорость распространения плазмы — дозвуковая. Этот процесс аналогичен медленному горению, отсюда термин «лазерная искра в режиме медленного горения».

  Стационарное поддержание лазерной искры было осуществлено в различных газах с помощью непрерывного СО2-лазера мощностью в несколько сотен вт. Затравочная плазма создавалась импульсным СО2-лазером.

  Термоядерный синтез. С помощью Л. и. возможно осуществление реакции термоядерного синтеза. Для этого необходимо образование чрезвычайно плотной и горячей плазмы с температурой, в случае синтеза ядер дейтерия, ~ 108 К. Для того чтобы энерговыделение в результате реакции превышало энергию, вложенную в плазму при её нагреве, необходимо выполнение условия:

  nt ³ 1014см-3сек,

  где n — плотность плазмы, t — время её существования. Для коротких лазерных импульсов это условие выполняется при очень высоких плотностях плазмы. При этом давление в плазме столь велико, что её магнитное удержание практически невозможно. Возникающая вблизи фокуса плазма разлетается со скоростью ~ 108см/сек. Поэтому t — время, за которое сгусток плотной плазмы ещё не успевает существенно изменить свой объём (время инерционного удержания плазмы). Для осуществления термоядерного синтеза длительность лазерного импульса tл, очевидно, не должна превышать t. Минимальная энергия лазерного импульса E при плотности плазмы n = 5×1022 см-3 (плотность жидкого водорода), времени удержания t = 2×10-9сек и линейных размерах плазменного сгустка 0,4 см должна составлять: E = 6×105дж. Однако эффективное поглощение света плазмой в условиях её инерционного удержания и выполнение условия nt ~ 10-14 имеет место лишь для определённых длин волн l:

  lкр > l > (lкр/

  где lкр — критическая длина волны для плазмы с плотностью n (см. Плазма). При n = 5×1022см-3 l лежит в ультрафиолетовой области спектра, для которой пока не существует мощных лазеров. В то же время при l = 1 мкм (неодимовый лазер) даже для n = 1021см-3, соответствующей lкр, получается трудно осуществимое значение минимальной энергии E = 109 дж. Трудность ввода энергии Л. и. видимого и инфракрасного диапазонов в плотную плазму является фундаментальной. Существуют различные идеи относительно её преодоления, среди которых представляет интерес получение сверхплотной горячей плазмы в результате адиабатического сжатия сферической дейтериевой мишени реактивным давлением плазмы, выбрасываемой с поверхности мишени под действием Л. и.

  Впервые высокотемпературный нагрев плазмы Л. и. был осуществлен при оптическом пробое воздуха. В 1966—67 при плотности потока Л. и. ~ 1012—1013вт/см2 было зафиксировано рентгеновское излучение от плазмы лазерной искры, имеющей температуру ~ 1—3×106 К. В 1971 при облучении твёрдой сферической водородосодержащей мишени Л. и. с плотностью потока до 1016вт/см2 была получена плазма с температурой (измеренной по рентгеновскому излучению) 107 К. При этом наблюдался выход 106 нейтронов за импульс. Полученные результаты, а также имеющиеся возможности увеличения энергии и мощности лазеров создают перспективу получения с помощью Л. и. управляемой термоядерной реакции.

  Химия резонансно-возбуждённых молекул. Под действием монохроматического Л. и. возможно селективное воздействие на химические связи молекул, что позволяет избирательно вмешиваться в химические реакции синтеза, диссоциации и процессы катализа. Многие химические реакции сводятся к разрушению одних химических связей в молекулах и созданию других. Связи между атомами обусловливают колебательный спектр молекулы. Частоты линий этого спектра зависят от энергии связи и массы атомов. Под действием монохроматического Л. и. резонансной частоты отдельная связь может быть «раскачана». Такая связь легко может быть разрушена и заменена другой. Поэтому колебательно возбуждённые молекулы оказываются химически более активными (рис. 4).

  С помощью Л. и. можно осуществить разделение молекул с разным изотопным составом. Эта возможность связана с зависимостью частоты колебаний атомов, составляющих молекулу, от массы атомов. Монохроматичность и высокая мощность Л. и. позволяют избирательно возбуждать на преддиссоциационный уровень молекулы только одного изотопного состава и получать в продуктах диссоциации химические соединения моноизотопического состава или сам изотоп. Т. к. число диссоциированных молекул данного изотопного состава равно числу поглощённых квантов, то эффективность метода по сравнению с другими методами изотопов разделения может быть высокой.

  Перечисленные эффекты не исчерпывают всех физических явлений, обусловленных действием Л. и. на вещество. Прозрачные диэлектрики разрушаются под действием Л. и. При облучении некоторых ферромагнитных плёнок наблюдаются локальные изменения их магнитного состояния, что может быть использовано при создании быстродействующих переключающих устройств и элементов памяти ЭВМ. При фокусировке Л. и. внутри жидкости имеет место так называемый светогидравлический эффект, позволяющий создавать в жидкости высокие импульсные давления. Наконец, при плотностях потока излучения ~ 1018—1019вт/см2 возможно ускорение электронов до релятивистских энергий. С этим связан целый ряд новых эффектов, например рождение электронно-позитронных пар.

  Лит.: Райзер Ю. П., Пробой и нагревание газов под действием лазерного луча, «Успехи физических наук», 1965, т. 87, в. 1, с. 29; Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969; Действия излучения большой мощности на металлы, под ред. А. М. Бонч-Бруевича и М. А. Ельяшевича, М., 1970; Басов Н. Г., Крохин О. Н., Крюков П. Г., Лазеры и управляемая термоядерная реакция, «Природа», 1971, № 1; Действие лазерного излучения. Сб. ст., пер. с англ., под ред. Ю. П. Райзера, М., 1968; Басов Н. Г. [и др.], Лазеры в химии, «Природа», 1973, № 5.

  В. Б. Федоров, С. Л. Шапиро.

  Лазерное излучение в биологии. Почти одновременно с созданием первых лазеров началось изучение биологического действия Л. и. Некоторые возможные биолого-медицинские аспекты его использования были намечены Ч. Таунсом (1962). В последующем оказалось, что возможная сфера применения Л. и. шире. Биолого-медицинские эффекты Л. и. связаны не только с высокой плотностью потока излучения и возможностью фокусировки луча на самых малых площадях, но, по-видимому, и с др. его характеристиками (монохроматичностью, длиной волны, когерентностью, степенью поляризации), а также с режимом излучения. Один из важных вопросов при использовании Л. и. в биологии и медицине — дозиметрия Л. и. Определение энергии, поглощённой единицей массы биообъекта, связано с большими трудностями. Различные ткани неодинаково поглощают и отражают Л. и. Кроме того, Л. и. в разных областях спектра оказывает не одинаковое, а подчас и антагонистическое действие на биообъект. Поэтому и невозможно ввести при оценке эффекта Л. и. коэффициент качества. Характер эффекта Л. и. определяется прежде всего его интенсивностью, или плотностью потока излучения. В случае импульсных излучателей важны также длительность импульсов и частота их следования. Из-за избирательности поглощения Л. и. биологическая эффективность может не соответствовать энергетическим характеристикам Л. и. Условно различают термические и нетермические эффекты Л. и.; переход от нетермических к термическим эффектам лежит в диапазоне 0,5—1 вт/см2. При плотностях потока излучения, превышающих указанные, происходит поглощение Л. и. молекулами воды, что приводит к их испарению и последующей коагуляции молекул белка. Наблюдаемые при этом структурные изменения аналогичны результатам обычного термического воздействия. Однако Л. и. обеспечивает строгую локализацию поражения, чему способствует сильная обводнённость биообъекта и поглощение рассеивающейся энергии в пограничных областях, смежных с облучаемой. При импульсных термических воздействиях ввиду очень короткого времени воздействия и быстрого испарения воды наблюдается так называемый взрывной эффект: возникает султан выброса, состоящий из частиц ткани и паров воды; этому сопутствует возникновение ударной волны, воздействующей на организм в целом.