Непрерывное поддержание плазмы лучом лазера



Может ли гореть световой луч? Не среда, в которой он распространяется, а именно луч света.
Оказывается, что может, и это утверждение имеет достаточное теоретическое и экспериментальное обоснование.
Осуществлено это удивительное явление группой ученых Института проблем механики АН СССР под руководством доктора физико- математических наук Ю. П. Райзера. Им удалось показать сначала теоретически, а потом и экспериментально, что в газовой среде, в частности, прямо в воздухе может быть зажжен разряд с температурой около 20 000°; его положением можно легко управлять с помощью луча света, которым он возбуждается.
Такой разряд представляет собой плотную плазму, интенсивно поглощающую падающий на нее свет, причем область существования плазмы определяется плотностью электромагнитной энергии в среде Поэтому если на пути луча света с достаточной для поддержания разряда плотностью энергии создать начальную затравочную плазму, то тепло от началь ной области будет распространяться во все сто роны и, в частности, навстречу лучу. Нагревающийся газ приобретает способность поглощать световую энергию, и навстречу лучу побежит волна разряда. Картина эта очень напоминает горение обычной горючей смеси в трубе И когда говорится о горении светового луча, то тут аналогия не только внешняя.
Действительно, в свечение разряда переходит энергия светового луча, поглощающаяся в плазме. По сравнению с простым горением разница состоит лишь в том, что обычно при горении выделяется химическая энергия, заключенная в самом веществе, а здесь — энергия, подводимая извне. Естественно, что математическое описание этого явления очень близко к теории химического горения.
Расчеты показали, что явление возбуждения разряда вдоль луча становится возможным, если мощность в луче выше некоторой, нефантастической, но все же пока для современной техники слишком высокой величины.
Снизить требования к мощности можно, прибегая к фокусировке луча обычными оптическими средствами. При этом разряд будет гореть только в фокусе луча, так как только там плотность световой энергии достаточна для его поддержания.
Осуществление такого, как бы подвешенного прямо в воздухе разряда, зависит, по мнению авторов этого интересного открытия, только от возможности получения светового луча необходимой мощности. Лазеры непрерывного режима, способные обеспечить такую мощность в луче, уже созданы; и в ближайшее время можно ожидать результатов по осуществлению локализованного разряда прямо в воздухе.
Опыты, моделирующие образование такого разряда, уже проведены, и в них, в полном соответствии с теорией, был получен непрерывно горящий разряд с температурой порядка 15 000°.
В этих опытах разряд, для снижения требований к мощности, зажигался не в воздухе, а в ксеноне или аргоне при давлении до десяти атмосфер. Луч лазера фокусировался с помощью зеркала в центре камеры, куда посылался также импульс от другого лазера более высокой мощности. После зажигания разряда функции этого второго лазера оказывались исчерпанными и разряд стабильно горел неограниченное время.
Размеры такого оптического разряда были порядка нескольких миллиметров, горел он ослепительно белым светом. Это весьма красивое, и чисто визуально, и по изяществу осуществления, явление, несомненно, ждут многочисленные применения.
Источники света с температурой в 20 000° нужны в самых различных областях науки и техники. Предельная легкость управления локализацией оптического разряда делает его крайне перспективным средством для обработки необычных материалов, позволяющим, в частности, вести обработку на расстоянии.
Весьма интересен вопрос, естественно возникающий при ознакомлении с этим явлением, — можно ли не прибегать к использованию лазера и обойтись, например, солнечным светом, должным образом сфокусировав его, чтобы получить необходимую плотность энергии? Увы, законы термодинамики запрещают нагревать любое тело излучением до
температур, больших, чем температура источника. Поэтому с помощью солнечного излучения нельзя получить температуру больше, чем температура фотосферы Солнца, т. е. более 6000°.