Ирина Радунская - Проклятые вопросы
А случилось это вот почему. Мощный лазер для резки, сварки, штамповки металла работает на волне 10 микрон. «Нежный» диспрозиевый лазер, созданный в той же лаборатории против опасной болезни глаз — глаукомы и нашедший применение для лечения злокачественных заболеваний кожи, имеет волну длиной 2,36 микрона. Излучение этих лазеров и многих других происходит как раз в том диапазоне волн, для регистрации которых и создан радиовизор. И если на экран радиовизора направить лазерный луч даже невидимого глазом инфракрасного диапазона, вскрывается вся его незримая структура. Невидимый луч становится видимым! Расходящийся он или сужающийся, сколько в нем «мод» (типов колебаний), видно воочию. Радиовизор позволяет увидеть и распределение поля субмиллиметровых и даже миллиметровых и сантиметровых радиоволн (от 1 микрона до 10 сантиметров).
На экране отчетливо видны интерференция волн, дифракция и другие эффекты классической оптики. Теперь этот прибор можно использовать не только в лаборатории исследователя, но и на школьных уроках физики для наглядной демонстрации волновых свойств электромагнитного излучения.
Конечно же, и лазерщики, и вообще физики приняли такой прибор с восторгом.
— Главное, — объясняет Ирисова, — стало возможным настраивать лазер по картинке на экране радиовизора. Как?
У лазера существуют настроечные винты. Но раньше их крутили вслепую, не зная, что при этом происходит. Теперь все изменилось.
Радиовизор сегодня выпускается нашей промышленностью, заказы на него идут из многих научно-исследовательских лабораторий. Этот прибор, чувствительный к невидимым электромагнитным волнам, оказался полезным и медикам. При его помощи можно без прикосновения измерять распределение температуры по поверхности тела больного. Раньше это было трудной задачей, так как обычные медицинские термометры не пригодны для таких измерений. Но медики знают, что участки кожи, расположенные над внутренними воспалениями, теплее других. Так возник еще один способ медицинской диагностики, а медики дали прибору второе имя — тепловизор. Иностранцы, посещающие институт, подолгу задерживаются в секторе Ирисовой. Кто бы мог подумать, что совсем недавно эту тему называли оторванной от жизни!
— А действительно, — думаю вслух, — чудо — не только сам прибор. Чудо — то, что сделан он в лаборатории, где этот прибор вовсе не планировался. Ведь никто не думал, что результат сработает на тематику. Как же удалось столько лет работать вроде бы «на сторону»?
Ирисову вопрос не удивляет.
— Так оно, в сущности, и происходило, — соглашается она. — Нашим исследованиям просто повезло. Нас поддержал Александр Михайлович Прохоров. Он умеет заглядывать вперед, считает, что в лаборатории должны быть поисковые темы, пусть не сразу дающие выход в практику. Он уважает мнение и интуицию сотрудников. Если человек верит в свое начинание, его надо поддержать, считает он. Толк будет. Даже тогда, когда мы сами отчаивались, Александр Михайлович говорил: когда берешься за новое дело, не следует бояться мертвой полосы. Пока соберешься с мыслями, накопишь опыт, должно пройти время. Идея должна созреть. Никакой спешкой этот процесс не ускоришь. Время окупится.
И действительно, уверенность Прохорова оправдалась: разумно поставленное фундаментальное исследование всегда дает важные результаты. Этого же мнения придерживаются многие ученые, в том числе и Таунс. Он пишет: «В большинстве случаев результаты бывают ощутимыми, если превыше всего ставится интерес к идее, а не к тем выгодам, которые можно из нее извлечь. Успех может быть неизмеримо большим, если поощрять то, что делается на основе стремления к знаниям и открытиям как таковым».
Что ж, конфликт между рационализмом и бескорыстным служением идее не нов ни для науки, ни для искусства. О качестве музыки не судят по кассовой выручке. Значение научного открытия не всегда пропорционально затраченной на работу сумме денег.
Фундаментальные исследования, однако, не только дань врожденной любознательности или ее следствие. Это и расчет на то, что они повысят уровень культуры, повлияют на производительность труда и в конечном счете пополнят благосостояние общества, послужат развитию цивилизации. Не в этом ли особенность современного этапа развития науки, приметы научно-технической революции? Наука стала производительной силой.
ТЕРМОЯДГлавная забота современного человечества — поиски новых источников энергии.
Зажечь лазерным лучом земное солнце — неиссякаемый источник термоядерной энергии — эта мечта овладела учеными, когда лазер был еще немощен и мало изучен. И когда поиск путей к управлению термоядерной реакцией шел совсем по другому пути. Уже более четверти века передовые страны тратят большие средства на развитие исследований по магнитному удержанию термоядерной плазмы. Образцом для подражания служит Солнце, внутри которого скрыт практически неисчерпаемый источник энергии. Физики XX века пришли к выводу, что энергия, заставляющая светить Солнце и другие звезды, возникает в результате превращения водорода в гелий. Взрыв первой водородной бомбы подтвердил мощь этой реакции и возможность осуществления ее на Земле. Оставалось, казалось бы, немногое: найти средний путь между мгновенным взрывом, происходящим в бомбе, и медленным, но огромным по масштабам и неподвластным человеку процессом, протекающим в недрах звезд. Нужно было превратить термоядерный синтез в управляемую, контролируемую реакцию и использовать ее для мира, а не для войны.
Рассмотрим вместе с учеными эту возможность.
Для того чтобы два ядра тяжелого водорода — дейтерия могли слиться друг с другом, образуя ядро гелия и высвобождая порцию энергии, они должны столкнуться между собой с огромными скоростями. Только при этом могут быть преодолены силы взаимного отталкивания одноименных зарядов ядер. Силы, защищающие ядро от ему подобных, несравненно крепче лат средневековых рыцарей. Чтобы придать ядрам дейтерия нужную скорость, следует нагреть их до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Но одного этого недостаточно. Чтобы реакция успела развиться в устойчивый процесс, такую температуру нужно поддерживать достаточно долго. Ведь ядра невозможно точно направить одно на другое с тем, чтобы они обязательно столкнулись между собой. Столкновение — дело случая. И чтобы такие случаи реализовались в достаточном количестве, нужно на некоторое время удержать раскаленный газ в ограниченном объеме, несмотря на огромные скорости образующих его частиц, заставляющие их рассеиваться в пространстве.
Попробуем на минуту представить себе, что происходит в глубине Солнца или солнцеподобного светила — механизм процесса при температуре в миллионы градусов. В таком пекле атомы не могут «выжить» и сохраниться в целом виде. Огромная температура разрывает их на части, отрывает электроны от ядер. Они движутся независимо и с большими скоростями. Но сила притяжения не дает им разлететься. В недрах звезд образуется особое, удивительное, состояние вещества — раскаленная плазма, больше всего напоминающая газ, а точнее, ту плазму, которая существует внутри трубок газосветных реклам или возникает в лампах-вспышках, применяемых фотографами, но несравненно более горячую и плотную. Разница лишь в температурах и давлениях. Здесь, в земных условиях, это тысячи градусов и доли или единицы атмосфер. Там — миллионы. Здесь далеко не все атомы разрушены, не все ядра оголены, не все электроны освобождены. Там — все.
Различен и состав вещества. Здесь, в лампах, — это инертные газы или их смесь. Там — преимущественно водород. Плазма, бурлящая в недрах звезд, состоит главным образом из протонов — ядер водорода с незначительной примесью ядер легких элементов и, конечно, электронов.
Внутри звезд протекают сложные ядерные реакции, в результате которых четыре протона объединяются между собой, образуя ядро атома гелия — альфа-частицу. При этом выделяется энергия, поддерживающая сияние звезд.
В каждом таком акте слияния испускается малая порция энергии. Но размеры звезд огромны, велика и энергия, выделяющаяся в течение миллиардов лет. На Земле невозможно воспроизвести точно условия, существующие в недрах звезд. Нужно добиться слияния протонов доступным путем. Чтобы это был не взрыв, а безопасный управляемый процесс.
Получение горячей плазмы в земных условиях — цель и надежда всей будущей энергетики. Казалось бы, все ясно: надо нагреть плазму и удержать ее частицы от разлетания. Но как нагреть и как удержать?
Первый обнадеживающий путь указал академик И. Е. Тамм: создать и нагреть плазму электрическим разрядом и удержать ее силой магнитных полей в особых «магнитных бутылях». По этому пути пошли многие ученые. Исследователи увлекались то одной, то другой конструкцией остроумных и, казалось, надежных устройств — как правило, это были громоздкие приборы, скованные массивными электромагнитами. Но наградой были лишь неудачи. Из этих «магнитных бутылей» плазма вытекала, словно молоко из дырявых пакетов. Рукотворное солнце не зажигалось… Этот путь дал лишь опыт, понимание трудностей задачи, но не практический результат.
