Заглавие статьи | ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ |
Автор(ы) | Янчилин В., Марина ХАЛИЗЕВА |
Источник | Наука в России, № 4, 2010, C. 52-53 |
С момента создания в 1960-х годах лазер стали называть "устройством, которое само ищет решаемые задачи". Сегодня его применяют в разных, порой неожиданных областях: от коррекции зрения, управления транспортными средствами до космических полетов и термоядерного синтеза. Тем не менее ученые продолжают создавать новые виды "необычных" квантовых генераторов. Один из них - лазер на свободных электронах - разработали в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск)*. О том, что представляет собой эта установка и где она востребована, корреспонденту газеты "Поиск" Василию Янчилину рассказал заместитель директора института, один из руководителей проекта академик Геннадий Кулипанов.
Человек в своей деятельности использует почти весь спектр электромагнитных волн, заметил он: от жесткого гамма-излучения до радиочастот. Белым пятном долгое время оставались миллиметровая и субмиллиметровая области. Еще задолго до изобретения лазеров изучением этого перспективного диапазона занимались нобелевские лауреаты академики Александр Прохоров и Виталий Гинзбург. Первый исследовал когерентное синхротронное излучение в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН в 1950-х годах. Второй в 1947 г. опубликовал статью о генерации миллиметрового излучения с использованием электронных пучков и периодических отклоняющих структур. Эти материалы легли в основу изобретенного им ондулятора (от франц. ode - волна) - устройства, где создаются поля, заставляющие электронный пучок "колебаться" определенным образом. Тем самым Гинзбург близко подошел к идее создания лазера на свободных электронах, главной частью которого и является ондулятор. Но реализовали ее специалисты Института ядерной физики, запустившие в 2003 г. в Сибирском центре фотохимических исследований СО РАН под руководством доктора физико-математических наук Николая Винокурова первую очередь инновационной установки.
У нее много достоинств. Обычный лазер имеет фиксированную (либо изменяемую в небольших пределах) длину волны излучения. Используя его, инженер вынужден "подстраиваться" под этот спектр, что ограничивает и область исследований, и выбор технических средств. Лазер же на свободных электронах способен в широких пределах изменять частоту испускаемого света - благодаря возможности "корректировать" параметры движущегося в ондуляторе по извилистой траектории пучка электронов. Единственный недостаток таких устройств - большие размеры, что исключает их использование как настольного прибора. Например, новосибирский лазер, работающий в диапазоне длин волн 120 - 200 мк, занимает более 100 м. А его средняя мощность - 500 Вт. Другого подобного источника когерентного субмиллиметрового излучения в мире до сих пор не существует.
Специалисты с самого начала хотели создать мощную установку. Для этого надо было рассчитать и сконструировать не просто ускоритель частиц, а так
* См.: В. Пармон. Управляемые превращения. - Наука в России, 2007, N 5 (прим. ред.).
называемый рекуператор - устройство, способное возвращать энергию. По схожему принципу работает, например, троллейбус: при подъеме в гору он потребляет электричество, при спуске - отдает обратно в сеть. Тот же подход позволяет, с одной стороны, добиться максимально мощного излучения при небольших энергетических затратах, а с другой - уменьшить радиационную опасность установки: в зал можно заходить сразу же после отключения электронной пушки.
Рекуператор Сибирского центра фотохимических исследований - двухоборотный, т.е. каждая частица в нем делает два оборота. По специальному оптическому пути генерируемое излучение направляют к экспериментальным станциям - их уже шесть. В создании многих из них участвовали также другие институты Новосибирска: научного приборостроения, полупроводников, химии твердого тела.
Потребителями когерентного субмиллиметрового излучения, отметил Кулипанов, являются прежде всего физики. Сейчас тут работают 10 коллективов, причем не только из СО РАН. Например, ученые Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова проводят эксперименты, изучая поверхностные волны в миллиметровом диапазоне.
Лазер на свободных электронах востребован биологами. Дело в том, что микроволновое излучение, как мягкий нож, "режет" водородные связи живых объектов, например ДНК, причем не разрушая их. Интерес представляет и его влияние на клетки в целом. По одной из гипотез, собственные "часы" элементарных единиц строения организмов работают как раз в этом спектральном диапазоне.
Занимаются в Новосибирске и таким "модным" направлением, как исследование метаматериалов - искусственных композитов, обладающих отрицательным показателем преломления и весьма необычными свойствами. Под действием излучения в определенном диапазоне частот они становятся невидимыми. В радиоспектре такие материалы уже хорошо изучены. Теперь надо прозондировать микроволновую область. Интересные разработки по этой теме предлагает лаборатория физики и технологии трехмерных наноструктур Института физики полупроводников СО РАН.
Ждут открытий и работающие на установке химики, специалисты по минералогии, аэродинамике, атмосферной оптике. Одним словом, создав мощный лазер на свободных электронах, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера открыл "новые двери" для перспективных изысканий.
Янчилин В. Свободу электронам! - "Поиск", 19 февраля 2010 г.
Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА
New publications: |
Popular with readers: |
News from other countries: |
Editorial Contacts | |
About · News · For Advertisers |
Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map) Keeping the heritage of Ukraine |