Ирина Радунская - Кванты и музы
153.
Разделить их между собой — задача неимоверной трудности. Атомы — не предметы, которые отличаются по виду, цвету, весу. Их можно попытаться разделить каким-нибудь косвенным путём, скажем, придумать реакцию, в которой эти два сорта атомов будут вести себя по-разному. Но в известных физических и химических экспериментах изотопы ведут себя одинаково. И изотопы не только европия, но и других элементов, можно сказать — всех элементов.
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 «сорт» обладает уникальными качествами, которыми не обладает другой.
Химически чистые изотопы сделали возможным реализацию многих ранее недоступных технологических процессов. Например, использование в атомной энергетике только титана-50 намного увеличивает срок службы реакторов. Часто химически чистый изотоп применяется исследователями как индикатор. Например, химики осуществляют контроль за течением некоторых химических реакций в промышленных установках с помощью введения в процесс изотопа. Агробиологи используют изотопы, чтобы следить за тем, как растения усваивают удобрения.
Поэтому учёные и ведут настойчивый поиск возможностей быстрого, дешёвого, легкоосуществимого разделении изотопов. Пока методы разделения не имеют ни одного этого качества Они трудоёмки, громоздки, дороги. Дороги поэтому и сами химически 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 определённого сорта.
Я спрашиваю Карлова, в чём 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 определённой длины волны. И на изотоп в том числе. Просто ни один источник света, кроме лазера, не может излучать постоянную длину волны. А лазер может. Лазер способен генерировать очень чистую световую «ноту». Вопрос в том, чтобы подобрать излучение лазера, способное вступить в резонанс с излучением 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 европий
153. Другой — наоборот.
Квантами света физики разделяют изотопы, словно овец в стаде! «Чёрных» — в одну сторону, «белых» — в другую!
Остроумно! Но можно ли сказать, что это «дёшево и сердито»? — спрашиваю Карлова.
Лазерные методы, — говорит он, — могут конкурировать с прежними по количеству получаемого продукта при несравненно меньших размерах установок, затратах энергии, 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 селективное, 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 — Карлову Николаю Васильевичу? То, что составляет будни его сегодняшней работы, вчера считалось темой фантастических романов.
Что ещё сказать о Карлове? Он обаятелен, молод, хотя приходится причислять его к «старикам». Он один из тех сотрудников Прохорова, которые начинали вместе с ним с нуля, ещё в домазерную эпоху. Как ветеран лаборатории, Карлов несёт солидную нагрузку. Он и заведующий ответственным сектором, и профессор Физико-технического института, и секретарь партбюро Лаборатории колебаний. Впрочем, мне придётся ещё не раз говорить о «старых» сотрудниках, о всех тех, кто начинал свою работу у Прохорова ещё студентом и вырос вместе с лабораторией. И это отнюдь не из-за возраста. Все они — кандидаты и доктора наук — наставники молодежи, приходящей сегодня в лабораторию.
…В Физико-техническом учебном институте 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 ФИАНа так рассказывал об акустике, что перед удивлённым деканом легли сплошь заявления с просьбой направить в эту лабораторию. Только Фёдоров просился к Прохорову — так он и работал здесь с 1968 года, в паре с Бункиным, главой теоретического сектора, первым из прохоровских сотрудников, избранным членом-корреспондентом АН СССР. Бункин кончал МГУ и был аспирантом у профессора Рытова, одного из ведущих советских физиков-теоретиков, учителя Прохорова. Бункин решил уже немало сложных проблем в новой науке, рождённой лазерами и мазерами, — квантовой электронике. Работа его сектора переплетается практически с тематикой всех других секторов лаборатории.
Последние годы Бункина-теоретика и Федорова-экспериментатора объединяет интерес к проблеме взаимодействия лазерного излучения с веществом. С одной из сторон этой задачи я познакомилась, когда Федоров демонстрировал работу мощного лазера. Звук выстрела, металлическая мишень обзаводится порядочной дыркой, и всё затихает. Будто ничего не произошло. Приблизительно так я всё 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 всё же через синие очки я была ослеплена мгновенно вспыхнувшей 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 раскалённые 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 необъяснённого, случайного. Это на заводе лазер — послушный работник. Здесь он — необъезженный конь. Но из лаборатории на завод он придёт прирученным, покорным. Без неожиданностей. Неожиданности достаются физикам.
И 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 на неё следующей лазерной пули, бережёт себя от неё. Это похоже на реактивную силу двигателя, на хвост стартующей ракеты. Несколько лет над объяснением этого явления бьются экспериментаторы и теоретики.
Профессор Бункин говорит: «Это лишь часть общефизической проблемы взаимодействия лазерного луча с веществом. Прежняя физика этих забот не знала, никогда ещё человек не имел дело с такими интенсивными потоками света. В этой области всё новость, 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, мерят температуру. И им приходится нелегко: для регистрации таких высокотемпературных, быстротечных процессов нет готовой аппаратуры. Её надо создавать самим. Ждать помощи некогда — лазер нужен производству.
Трудно даже сказать, кому лазер нужен больше — производству или науке…»
Как рассказывал мне Прохоров, глава этой, теперь уже гигантской лаборатории, исследования по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом дают столько неожиданных эффектов, столько порождают 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 сверхтвёрдых. Но невероятно любопытно изучить процессы в нагретых лазерным лучом жидкостях и жидких металлах. Нельзя не увлечься и перспективой, которую сулит образование плазмы при пробое воздуха вблизи поверхности твёрдой мишени лазерным излучением — ведь возникающие при этом импульсы давления на мишень могут быть использованы для создания лазерных реактивных двигателей!
