Ирина Радунская - Проклятые вопросы
Многие элементы Периодической таблицы Менделеева обладают двумя, или несколькими, или даже целым «букетом» изотопов. И хоть атомы-близнецы так похожи друг на друга, что их трудно отличить, каждый изотоп обладает уникальными качествами, которыми не обладает другой.
Химически чистые изотопы сделали возможным реализацию многих ранее недоступных технологических процессов. Например, использование в атомной энергетике титана-50 намного увеличивает срок службы реакторов. Часто чистый изотоп применяется исследователями кик индикатор. Например, химики осуществляют контроль за течением некоторых химических реакций в промышленных установках с помощью введения в процесс радиоактивного изотопа. Агробиологи используют изотопы, чтобы следить за тем, как растения усваивают удобрения.
Поэтому ученые ведут настойчивые поиски возможностей быстрого, дешевого, легкоосуществимого разделения изотопов. Пока методы разделения не имеют ни одного этого качества. Они трудоемки, громоздки, дороги. Дороги поэтому и сами чистые изотопы. Так, килограмм осмия-187 на мировом рынке стоит 14 миллионов долларов, кальция-46 — 88 миллионов долларов.
Совершенно сенсационными оказались опыты лазерщиков. Они обнаружили, что лазеры обладают безошибочной избирательностью по отношению к изотопам. В смеси изотопов они легко опознают атомы каждого из них.
Я спрашиваю Карлова: в чем секрет такой «наблюдательности» лазеров? Каким «методом» они пользуются?
Карлов рассказывает, что никакой неожиданности в этой ситуации вообще-то нет. Для физиков не секрет, что на атомы каждого вещества можно воздействовать квантом света определенной длины волны. И на изотоп в том числе. Просто ни один источник света, кроме лазера, не может излучать только одну постоянную длину световой волны. А лазер может. Лазер способен генерировать очень чистую световую «ноту». Вопрос в том, чтобы подобрать излучение лазера, способное вступить в резонанс с атомами изотопа.
— Мы используем для разделения изотопов европия два лазера, — уточняет Карлов. — Один настроен так, что его луч возбуждает только европий-151 и не действует на евроний-153. Другой — наоборот.
Квантами света физики разделяют изотопы, словно овец в стаде! «Черных» — в одну сторону, «белых» — в другую!
— Остроумно! Но можно ли сказать, что это дешево? — спрашиваю Карлова.
— Лазерные методы, — говорит он, — могут конкурировать с прежними по количеству получаемого продукта при несравненно меньших размерах установок, затратах энергии, причем с лучшим использованием сырья. Что же касается элементов, которые сейчас во всех странах добываются граммами (например, изотопы осмия, калия, иридия, иттербия), то в этой области лазерный метод будет, несомненно, вне конкуренции. Думаю, что затраты на выборочное получение изотопов подавляющего большинства элементов Периодической таблицы Менделеева с помощью лазеров будут в сотни раз меньше по сравнению с традиционными способами…
Карлов с большим волнением говорит о чудесах, которые оказались по плечу лазерам. Но я, слушая его, испытывала волнение от другой мысли: разве не чудо то, что оказалось по плечу современному физику, ему самому, Николаю Васильевичу, и его коллегам? То, что составляет будни их сегодняшней работы, вчера считалось темой фантастических романов.
Что еще сказать о Карлове? Его приходится причислять к «старикам» Лаборатории колебаний. Он один из тех сотрудников Прохорова, которые начинали вместе с ним с нуля, еще в домазерную эпоху. Как ветеран лаборатории, Карлов несет солидную нагрузку. Он во время нашей беседы был заведующим сектором, его неоднократно избирали секретарем партбюро Лаборатории колебаний. Он был народным депутатом, заседал в Верховном Совете СССР. Впрочем, мне придется еще не раз говорить о «старых» сотрудниках, о всех тех, кто начинал свою работу у Прохорова еще студентом и вырос вместе с лабораторией. И это отнюдь не из-за возраста. Все они — кандидаты и доктора наук, наставники молодежи, приходящей сегодня к ним.
ОБЪЕЗЖЕННЫЙ КОНЬВ Физико-техническом учебном институте, в знаменитом Физтехе, что в Долгопрудном существует полезная традиция. Преподаватели рассказывают выпускникам о своих лабораториях, и это помогает им выбрать место работы. То же было и в год выпуска Вадима Федорова. Один из сотрудников акустической лаборатории (Физического института АН СССР) так вдохновенно рассказывал об акустике, что перед удивленным деканом легли сплошь заявления с просьбой направить их авторов в эту лабораторию. Только Федоров просился к Прохорову. Так он и работал здесь с 1968 года в паре с Федором Васильевичем Бункиным, главой теоретического сектора, первым из прохоровских сотрудников, в 1976 году избранным членом-корреспондентом АН СССР. Ф. В. Бункин кончил МГУ и был аспирантом у профессора С. М. Рытова, одного из ведущих советских физиков-теоретиков, учителя Прохорова. Бункин решил немало сложных проблем в новой науке, рожденной лазерами и мазерами, — квантовой электронике. Работа его сектора переплетается практически с тематикой всех других секторов лаборатории.
Бункина-теоретика и Федорова-экспериментатора объединял интерес к проблеме взаимодействия лазерного излучения с веществом. С одной из сторон этой задачи я познакомилась, когда Федоров демонстрировал работу мощного лазера. Звук выстрела — и в металлической мишени появляется порядочная дырка, и все затихает. Будто ничего не произошло. Приблизительно так я все себе и представляла, но заранее была подготовлена к тому, что луча этого лазера не увижу, так как он лежит в невидимой для человеческого глаза области — инфракрасной. И все же через синие очки я была ослеплена мгновенной молнией, шнуром связавшей лазер и мишень! Что это?!
— Это не лазерный луч, а ответ мишени на световую пулю, — объяснил мне Федоров. — Ведь на металл обрушивается световой импульс мощностью в несколько мегаватт на квадратный сантиметр — шквал, мощность целой электростанции! Металл вскипает, испаряется, и навстречу лазеру устремляются раскаленные до тысяч градусов пары. Явление, никогда ранее не наблюдаемое оптиками…
Казалось бы, побочное явление, стоит ли обращать на него внимание?
Но такова специфика научной работы — в ней не бывает, не должно быть ничего необъясненного, случайного. Это на заводе лазер — послушный работник. Здесь он — необъезженный конь. Но из лаборатории на завод он придет прирученным, покорным. Неожиданности достаются физикам.
Видимая молния оказалась не простым и не случайным явлением. И далеко не тем, чем можно пренебречь. Это защитная реакция мишени. Она затрудняет работу лазера. Разряд как бы экранирует мишень от попадания в нее следующей лазерной пули, бережет себя от нее. Это похоже на реактивную силу двигателя, на хвост стартующей ракеты. Профессор Бункин говорит:
— Это лишь часть общефизической проблемы взаимодействия лазерного луча с веществом. Прежняя физика этих забот не знала. Никогда еще человек не имел дело с такими интенсивными потоками света. В этой области все новость, все открытие. Лазерный луч, ударяясь в мишень, перерождает металл, превращает его в совершенно другое вещество — диэлектрик. Как, почему это происходит? Какими методами исследовать новое вещество в момент катастрофы, как изучить процессы между мишенью и лазером?
Задача теоретиков — построить модель явления, задача экспериментаторов — диагностировать процесс. Они фотографируют, изучают спектры, измеряют температуру. И им приходится не легко: для регистрации таких высокотемпературных быстротечных процессов нет готовой аппаратуры. Ее надо создавать самим. Ждать помощи некогда — лазер нужен производству. Трудно даже сказать, кому лазер нужен больше — производству или науке…
Как рассказывал мне Прохоров, глава этого, теперь уже самостоятельного, института исследования по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом дают столько неожиданных эффектов, порождают столько надежд на новые практические применения лазеров, что трудно сказать, какие стороны этого явления надо изучать прежде всего и какие использовать. Конечно, важно решить технологические задачи обработки материалов, особенно сверхтвердых. Но невероятно любопытно изучить процессы в нагретых лазерным лучом жидкостях и жидких металлах. Нельзя не увлечься и перспективой, которую сулит образование плазмы лазерным излучением при пробое воздуха вблизи поверхности твердой мишени — ведь возникающие при этом импульсы давления на мишень могут быть использованы для создания лазерных реактивных двигателей!
Слушая Прохорова, я все время ощущала, как в нем переплетается трезвость исследователя с озорством безудержного мечтателя. Он говорит о том, что сейчас происходит в его институте, а думает о том, чего в нем еще нет, но что обязательно будет!
