Павел Ощепков - Жизнь и мечта
196
Такой подход к задаче коренным образом отличался от всех ранее известных подходов, и он дал возможность преодолеть как технологические, так и принципиальные трудности. Благодаря такому подходу к задаче дальнейшая практическая работа коллектива исследователей и разработчиков позволила решить проблему ультразвукового видения в инженерном смысле, и теперь мы можем сказать, что все, что 10—15 лет назад казалось непреодолимым на этом пути, решено. Внешний вид одного из таких преобразователей показан на вкладке.
Примечательно и то, что создание ультразвуковых преобразователей нового типа позволило найти способы преобразования и многих других видов излучения. Для ряда излучений роль пьезокерамики могут выполнять пироэлектрики.
В процессе постановки и развития проблемы интроскопии было найдено еще несколько новых оригинальных путей развития техники приема, преобразования и усиления распределенных потоков проникающих излучений.
На двух из них я хочу остановиться, так как они имеют принципиальное значение.
Перенесение фундаментальных принципов, успешно зарекомендовавших себя в какой-либо одной области знания, в другую, смежную ей область, всегда дает хорошие плоды. На синтезе двух дисциплин очень часто рождается принципиально новое.
Мы попытались проанализировать основные начала развития радиотехники — линейное электронное усиление радиотехнических сигналов, режим регенерации, принцип сверхрегенерации — и пришли к убеждению, что в любой системе, способной к самовозбуждению, эти начала могут быть также осуществлены. В светоэлектронике, в частности, систему самовозбуждения, как уже было сказано, можно осуществить путем сочетания фотокатода и флюоресцирующего экрана с внешней или внутренней обратной связью.
Такие предположения вполне оправдались, и в настоящее время опытным путем доказано, что в области светоэлектронных явлений вполне осуществимы принципы, аналогичные указанным радиотехническим. При детальном исследовании этих явлений обнаружилось, что они совмещают в себе не только высокую чувствительность к слабым входным сигналам и возможность большого усиления их, как это имеет место в радиотехнике, но выявляют при этом и такое качество, которого нет в радиотехническом суперрегенераторе.
Принцип непрерывного электронного усиления
Светоэлектронный сверхгенератор позволяет не только принимать и усиливать слабый световой сигнал, но и отделять его от фона. Это очень важное свойство, и можно надеяться, что при дальнейшем развитии этого принципа на его основе будут получены важные инженерные решения многих новых технических задач.
198
Перенесение фундаментальных принципов радиотехники в светоэлектронику и их разработка применительно к проблеме интроскопии вызвали к жизни ряд новых и весьма перспективных методов усиления многоэлементной информации, т. е. изображений. Я имею в виду прежде всего создание одноканальных и многоканальных систем непрерывного электронного усиления.
В практике создания новых приборов и новых методов разработчики очень часто стремятся использовать какое-либо физическое явление в его максимально эффективном значении. Такое стремление вполне понятно, и в ряде случаев оно оказывается оправданным. Однако в наше время, когда любая задача в действительности решается комплексно, на основе многократного использования какого-либо физического явления, на одновременном использовании ряда явлений, такой подход не всегда является наилучшим. Попытаюсь показать это на простом примере.
В технике электронного усиления широко используется явление вторично-электронной эмиссии, открытое еще в 1932 г. советским инженером Л. А. Кубецким. На его основе разработано много систем и приборов как у нас в СССР, так и за рубежом. И во всех этих случаях используется та часть характеристики, где коэффициент вторично-электронной эмиссии для данного материала («сигма») максимален по отношению к приложенному напряжению. Верно ли это? Всегда ли надо поступать так? Оказывается, нет. Гораздо правильнее использовать то же самое явление, тот же самый эмиттер не однократно, а, скажем, двукратно при том же общем напряжении.
В этом случае напряжение, а следовательно, и энергия первичных электронов значительно снизятся. При этом, естественно, упадет и значение «сигмы» для элементарного акта, но общее, т. е. результирующее, усиление в этом случае возрастет, и возрастет сильно. Как справедливо заметил один мой друг, канат ведь тоже крепче стержня того же сечения.
Если мы продолжим рассуждение и дальше, то неизбежно придем к необходимости решать эту задачу на оптимум.
199
А решив задачу на оптимум, мы убедимся в том, что подобную систему при одном и том же заданном напряжении более целесообразно делать даже не двукратной, а многократной. Но ведь в пределе очень большое число каскадов — бесконечное число. Таким образом, мы приходим к отрицанию необходимости самих каскадов умножения.
Как результат такого анализа, на смену сложным системам каскадного вторично-электронного умножения появляются системы непрерывного вторично-электронного усиления, отличающиеся чрезвычайной простотой. А так как существует еще и закон подобия в электронной оптике, то оказывается возможным создать такие системы, размеры которых приближаются к микроскопическим, каких при существующем положении дел принципиально сделать было нельзя.
И, как это часто бывает, при разработке новых проблем вызываются к жизни и новые методики, и новые технологии. Так случилось и с проблемой интроскопии.
С ее развитием по-новому встала проблема получения сверхтонких металлических нитей в стеклянной изоляции, проблема получения тонких пленок сложного состава и многие другие технологические задачи.
Пройдет несколько лет, и мы, несомненно, будем свидетелями расцвета техники видения в непрозрачных средах и телах. Можем ли мы сейчас в полной мере оценить все ее перспективы? Думаю, что нет. Мы можем предвидеть только ближайшие области ее применения, да и то, наверное, далеко не все. Как современный микроскоп не похож на его прообраз, созданный Левенгуком, так, вероятно, и будущие интроскопы будут мало походить на наше теперешнее творение. Но можно быть твердо уверенным в том, что необходимость и потребность в приборах прямого видения в непрозрачном мире скоро, очень скоро приведут к быстрому их развитию. Без всякого преувеличения можно сказать, что мы стоим у истоков одной из интереснейших и увлекательных областей техники.
Если несколько лет назад многих из нас спросили бы, можно ли видеть, например, через толщу металла, дерева, бетона и т. п., то, наверное, мы ответили бы, что это неосуществимо. Между тем уже сейчас такую задачу можно решить. На вкладке дано изображение стальной проволочной решетки, полученное через непрозрачную преграду.
200
Это изображение получено не теневым способом, как в рентгене, а в отраженных лучах, т. е. с той же стороны, откуда мы смотрим, это именно видение через толщу непрозрачного материала.
С помощью интроскопии можно видеть не только предмет за предметом, не только внутренние области непрозрачного тела, но и его электрическую неоднородность. С помощью методов интроскопии оказалось возможным, например, видеть непосредственно глазом границу дырочной и электронной проводимости в полупроводниках. Это также очень важный результат, ибо он позволяет сейчас более детально изучать электрические процессы на p-n переходах. На вкладке дано изображение p-n перехода в кремнии под напряжением 2 В.
Я глубоко уверен, что пройдет совсем немного времени и этот метод найдет широкое применение при изучении движения электрических зарядов на границе разнородных по структуре или по химической природе проводников.
Недалеко время, когда наши медики смогут изучать работу клапанов сердца и сердечных мышц непосредственно в живом организме, без вскрытия. С помощью интроскопии они будут лучше диагностировать болезни по ранним патологическим изменениям в живых тканях.
В промышленном применении методы интроскопии позволят улучшить средства дефектоскопии, а ряду производств они дадут возможность получить новые датчики для контроля и управления технологическими процессами. В гражданской авиации и радиоастрономии они позволят найти новые технические решения. Да если бы мы стали перечислять все области возможного применения средств и методов интроскопии, то, наверное, заняли бы десятки страниц. Так они многообразны.
Будущее покажет, насколько полно оправдается наш оптимистический прогноз. Но даже частичное претворение в жизнь этой мечты — мечты видеть в любой непрозрачной среде — будет огромным достижением.
Всякий, кто работает в этой области, получит глубокое удовлетворение и заслуженное признание, ибо он работает для человека и во имя человека.
