Új Szó - Vasárnap, 1980. január-június (12. évfolyam, 1-26. szám)
1980-04-06 / 14. szám
* TUDOMÁNY _JI TECHNIKA A lézerek története nagyon rövid. Az első előadást Baszov és Prohorov tartották róluk az 1954-es össz-szövetségi konferencián Moszkvában. Ugyanabban az évben jelent meg az Egyesült Államokban Townes közleménye is a lézerekről. Ezt a három tudÓ9t tartják a lézertechnika megalkotóinak, amiért 1964-ben Nobel dijat kaptak. A lézer működési alapelve egyszerű. A tény-, az elektron-, vagy az ionsugárzás energiája a szilárd anyag, folyadék vagy gáz elektronjait gerjeszti, s ezáltal azokat külső elektronpályákra szorítja. Ezzel ún. inverz populáció jön létre, amit azért neveznek így, mert ilyenkor a belső természetes elektronpályák üresek és az elektronok a külső, nem természetes elektronpályákon helyezkednek el. Eredeti pályáikra való visszatérésükkor monokromatikus koherens sugárzást bocsátanak ki, ami optikus lencsékkel könnyen fókuszéiba tó. A keletkezett sugárzás hullámhossza egyedül a két elektronréteg energiakülönbségétől függ, s az infravörös sugárzástól a látható fény hullámhosz- szán át az ultraibolya- és a röntgen-, valószínűleg a gammasugárzás hullámhosszáig terjed a használt anyagtól függően. A keletkezett teljesítmény néhány mW-től néhány száz TW-ig terjedhet. Némelyik lézer Impulzusos ütemben dolgozik, míg mások állandó működésre képesek. Az első működőképes lézer — a rubin lézer — a szilárd anyagú lézerek csoportjába tartozott. Ebbe a csoportba tartoznak a neodímiumos üveglézerek, amelyek szakaszos felvll- lanásúak, továbbá az YAG-tí- pusúak (Yttrium Alumínium Garnet), amelyek szintén neo- dímiummal festett anyagok, de ezek többnyire állandó működésre képesek. Ezeket a lézereket gázkisülési csövekkel gerjesztik. A második csoportot a gázlézerek alkotják, pl. CO, CO2, Ne, Ar, NeNe stb. Ezek úgyszintén lehetnek szakaszos vagy állandó működésűek. Széles sugárzási spektrumban dolgozhatnak, 1 nanométertől egészen 10,6 mikrométerig, a teljesítményük elérheti a 100 TW-ot szakaszos üzemben. Ide sorolhatók még az argon, vagy a kripton ionlézerek, valamint a fémek atomgőz-lézerei. A gerjesztés lehet gázkisüléses vagy lézeres, amikor a kisebb teljesítményű, megfelelő hullám- hosszú lézer gerjeszti az elektronokat. Ide sorolhatók a vegyi lézerek is, ahol a sugárzás a szuperszonikus vagy szubszó- nikus sebességgel örvénylő forró gázok gyors expanziója és lehűlése folyamán jön létre. A harmadik csoportba a félvezető lézerek tartoznak. Ezek a legkisebb lézerek, főleg a hordozható készülékekben előnyösek. A távközlésben is felhasználhatók. A gerjesztés elektromos árammal történik, esetleg elektronsugár-bombázással, vagy optikusán A negyedik csoportba a folyékony alapanyagú lézerek sorolhatók. Itt folyadékokban oldott Nd vagy EU iónok vannak. Ide tartoznak a -különböző festéklézerek, amelyek elnevezése a felhasznált szerves festékanyagok alapján történik. A lézerek rövid történetük ellenére a tudomány és a technika szinte valamennyi ágazatába betörtek. A gépiparban lézerrel hegesztenek, fúrnak és vágnak olyan anyagokat, amelyek eddig a hagyományos berendezésekkel csak nagyon nehezen, vagy egyáltalán nem voltak megmunkálhatők. Ilyen anyagok például a kerámiai anyagok, a különleges fémek, vagy a porkohászat! eljárással készített szuperkemény alkatrészek. A lézerek természetesen nem szoríthatják ki a közönséges fémek hagyományos megmunkálási és hegesztési eljárásait, mivel a lézerenergia nagyon drága 'és alacsony hatásfokú. De lézerrel hegesztették fel például a hőelemeket az Appolo űrhajó testére, valamint a Holdról a Földre visszatérő rakétára. Lézerek felhasználását tervezik a kerámiai turbinák megmunkálásához is, amelyeket a General Motors cég gépkocsik meghajtásához akar alkalmazni. Lézersugaras olvasztással különböző anyagok is elválaszthatók. Nagyon előnyös a lézeres lyukfúrás is a néhány mikrométer átmérőjű furatok készítésénél. Például a porlasztófejek készítésénél nitrogén használatával az eddig alkalmazott freon helyett, amely károsan hat az atmoszféra ózonrétegére. A lézer használata az adaptív ellenőrzéshez is előnyös, például a forgácsolásnál. Segítségével érintés nélkül folyamatosan mérhetők a munkadarab méretei, a megmunkálás megállítása nélkül. Hasonlóan alkalmas a felület minőségének az ellenőrzésére, amiből a szerszám kopására lehet következtetni. Ez lehetővé teszi a szerszám automatikus cseréjét a szükséges időpontban. A lézer egyik széles felhasználási területe az elektrotechnika. Megtalálták már az utat a holográfia elvére épülő lézeres optikai adattárolók kifejlesztéséhez, ami lényegesen megnöveli a kapacitást. Keresik a megoldást az adatok molekuláris struktúrában való rögzítéséhez úgyszintén a lézer segítségével. Számításba jön továbbá az áramvezető fémhuzalok helyettesítése optikai szálakkal a számítógépekben, ahol információhordozóként a lézer szerepel. A fényvezetőkkel a híradás- technikában is folynak kísérletek. Egyetlen fényvezető üvegszál egyidejűleg 672 telefonbeszélgetés közvetítésére képes, emellett az intenzitás csökken- nése olyan kis mértékű, hogy 8 kilométerig nincs szükség erősítő állomásra. Egyetlen szállal egy egész TV-csatorna valamennyi jele továbbítható. A lézersugár segítségével a vékonyréteg-áramkörök precíziós megmunkálása is elvégezhető. Automatikusan állíthatók elő nagy pontosságú ellenállások, megoldható a térbeli TV- kép kérdése, rendkívüli mértékben megnövelhető az elektronmikroszkópok nagyítása, ami lehetővé teszi a vírusok, a proteinmolekulák, a biológiai folyamatok megfigyelését. A legtöbbet az energetikusok remélhetnek a lézertől. Ügy tűnik, hogy a lézerek lehetővé teszik az eddigi gázdiffúziós úrándúsítás kikerülését. Az ilyen lézerberendezés ára csupán heted-tizedrésze a gázdiffúziós berendezésnek, és az energiafogyasztása is kisebb. A lézer különösen nagy szerephez juthat az ellenőrzött termonukleáris reakció megvalósításában. A deutérium, illetve a trícium 100 millió °C-ra való felhevítésének egyik járható útja a lézersugaras hevítés. Ha sikerülne ezt az ellenőrzött termonukleáris reakciót, azaz fúziót teljesen megoldani, akkor megszűnnének az emberiség energiaproblémái, valamint az a kérdés is megoldást nyerne, hogy mi lesz a mai atomerőművek radioaktív hulladékainak a sorsa. A lézer eddig ismeretlen ve- gyületek előállítását teszi lehetővé, segítségével megváltoztatható a vegyületek molekula- struktúrája, inaktív elemekből katalizátorok készíthetők, helyi jellegű vegyi reakciók idézhe- tők elő, s felületképző vegyületek is előállíthatok. A lézersugár megoldja a szupertiszta anyagok gyártási problémáit, az anyagok tisztítását, akár egyetlen szennyező atom kimutatását is lehetővé teszi. A jövő lézerei valószínűleg az atommagba történő behatolást is lehetővé teszik, ami egy új tudományos szakágazat, a lézerkémia kifejlesztéséhez vezet. A lézereket az orvostudomány is hasznosítja, például a szemlencse gyógyítására, belső vérzések megállítására, amihez egy üvegszálon át vezetik a beteg gyomrába a lézersugarat. Így a különféle belső, ártalmatlan és rosszindulatú daganatok gyógyítása is lehetővé válik, sebészeti beavatkozás nélkül. Megemlíthetjük még a „lézeres operálókést“ is, amely csaknem vérmentes operációt tesz lehetővé. A lézer nagy pontosságú távolságmérésekre is alkalmas (a Hold és a Föld közötti távolságot méteres pontossággal mérték meg). Pontosan mérhető a sebesség, a gyorsulás, a gravitációs állandó, az abszolút körsebesség stb. Lehetővé válik 3 dimenziós hologramok készítése, azonnal nyerhető elektrosz- kópikus méréshez szükséges plazma, eltávolíthatók a hibák a gyémánt kristályszerkezetéből stb. így folytathatnánk a lézer felhasználási területeinek a felsorolását a hadászati jel- legűeken át a mindennapi gyakorlatilag. Az eltelt 25 év alatt a lézer a technika minden területére betört. Sok felhasználási területe ma még csak a tudományosfantasztikus regényekben szerepel, de a szakemberek komolyan számolnak ezekkel a lehetőségekkel. Az űrállomásokon nyert napenergiát például lézerenergiaként juttatnák a Földre. A lézersugarakat a Földön egy 2 méter átmérőjű tükör fogná fel, mivel a lézersugár szórása nagyon kicsi. Ez a energia repülőgépek meghajtására is alkalmazható, a hagyományos üzemanyagra csaik az indulásnál és a leszállásnál lenne szükség. A lézersugár fel- használásának a határait ma még nehéz lenne megszabni. Tény az, hogy a lézer rendkívül fontos feladatokat fog ellátni az iparban, a technikában és a technológiában. Csehszlovákia a többi kis államhoz hasonlóan még csak a kutatás kezdeti szakaszánál tart ebben a szakágazatban, ahol a vezető szerepet a Szovjetunió tölti be. Az Egyesült Államokban széles kutatási programot indítottak, s nem szűkösködnek az anyagi támogatással, hogy behozzák a lemaradást. Ez a verseny természetesen csak a legnagyobb teljesítményű lézerekre vonatkozik. A kisebbek már rendelkezésre állnak, csak a konstruktőrök kezdeményezésére várnak a technika és a technológia valamennyi területén. PROF. ING. JOZEF JAROSEK CSs., A Szlovák Műszaki Főiskola tanszékvezotfi tanára A LEZERTECHNIKA TAVLATAI „A környezet védelme az atomenergia békés felhasználásánál“ című állami tudományos-kutatási feladat keretében a kassai (Koiice) Radioökológiai és Magtechnikai Intézet műszerfejlesztési szakosztályának dolgozói Ladislav Garbin- sky mérnök vezetésével a tervezett határidő előtt egy évvel kifejlesztették a hulladékvizek radioaktivitásának mérésére szolgáló monitor kísérleti példányát. Ez a műszer a maga nemében egyedülálló a KGST-országokban. Az első példányokat a Csehszlovákiában működő atomerőműveknél próbálják ki. A kollektíva 1985-ig további 13—15 monitor elkészítését tervezi. A felvételen Ladislav Garbinsky mérnök, a műszerfejlesztési szakosztály vezetője a monitor működését ellenőrzi. (A CSTK felvétele) Nikleíris lézer A mai atomenergetika egyik kulcskérdése, hogy miiként lehet a neutronáramok hordozta energiát gyakorlatilag jobb eredménnyel hasznosítani. A hagyományos atomerőmüvekben ugyanis a gőzkazánnal és generátorral végződő energiaátalakító láncok igen rossz hatásfokúak és túl sok lépcsőből állnak. Fontos, a nukleáris energetikát a gőzgépek századából kiszabadító lépést tett a NASA az impulzusüzemű atomreaktor hajtotta Infravörös gázlézer működési elvének kidolgozásával. A reaktorból kilépő neutronáram ösztönzi egy 1 m hosszú és 1,5 cm átmérőjű üvegcső belső falára felvitt vékony uránoxld réteg atomjainak bomlását. A nyomás alatt tartott csőben 96 °/o héliumot és 5 °/o xenont tartalmazó gázkeverék van, és a cső végétől időközönként 3,5 mikrométer hullámhosszú lézersugár „lövell“ ki. E kísérlet kapcsán új távlatok nyílnak a lézerek alkalmazásában, valamint az igen nagy nyomású és hőmérsékletű nukleáris reaktorok tervezésében Is. A kezdetben csak kozmikus hajtóműnek szánt lézerreaktor ma már tisztán energetikai szempontból tűnik érdekesebbnek, mint a mai realktortípusok. A lézer sugárenergiája nagy távolságra továbbítható — például egy földkörüli pályán keringő atomerőműből a Földre Is. Ezenkívül a lézersugár kémiai folyamatok meggyorsítására is használható — például a víz hajtóanyagként felhasználható oxigénre és hidrogénre bontására. A jövőben a fent leírt lézerreaktor konstrukciója egyszerűsíthető, üvegcső helyett a gázkeveréket közvetlenül az atomreaktorba adagolhatják, sőt infravörös sugarakon kívül széles hullámhossz-tartományban rádióhullámokat Is kelthetnek vele. (Tnchnlka) A Leningrádi Városfejlesztési Kutatóintézet munkatársai aeroszólos lézerlokátor segítségével végezték el a városi levegő minőségvizsgálatait. A lidar néven is ismert lézerlokátor adó- és vevőkészülékből, lézerből és indikátorból áll. Indikátorként kétsugaras oszcilloszkópot használnak. A berendezés teljes tömege tápforrás nélkül alig 300 kg. A lidar lehet aeroszólos, vagy kombinációs szórású. Az előbbi a levegőben levő por-, füst- és vízrészecskéket, az utóbbi pedig a gázrészecskéket észleli. Következésképpen a levegőben levő bármely szennyeződés könnyen kimutatható. A lidar hatósugara meghaladja a 10 km-t. A jövőben lehetővé válik a városi levegő minőségének ellenőrzéLézer védi a levegőt sére szolgáló automatizált rendszer létrehozása. A város különböző pontjain elhelyezett állomások periodikusan bekapcsolódva, meghatározott program szerinti méréseket fognak végezni saját körzetükben. Az elektronikus számítógépekkel feldolgozott oszcillo- grarnok a közponba érkeznek, ahol egy hatalmas ernyőn láthatóvá válik a szennyeződés összetevőinek megoszlása bármely földfelszín feletti magasságban. Az információk statisztikai feldolgozása lehetővé teszi a szennyeződések terjedésére vonatkozó törvényszerűségek feltárását, és Ilyen módon elkészíthetők a légtér minőségére vonatkozó prognózisok. Egy nagyváros, például Leningrád számára az ilyen rendszer létrehozásának költségét több millió rubelre becsülik. (T.) 118«. IV. «.
