Хроники невозможного. Фактор "Х" для русского прорыва в будущее (СИ) - Калашников Максим (библиотека книг .txt) 📗
Нобелевский лауреат, советский академик В. Гинзбург мечтал о гамма-лазере в статье 1971 года "Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными?". Но с тех времен гразер так и остается мечтой.
Как пишет профессор кафедры физики Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматика А. Задерновский, создание гамма-лазера позволило бы применить на практике открыло бы для современной науки и технологии новый диапазон энергий когерентных фотонов - килоэлектронвольтный и, быть может, даже мегаэлектронвольтный. Оно же ввело бы в практику новый тип ядерных реакций - цепную реакцию стимулированных радиационных переходов возбужденных ядер с высвобождением запасенной ядерной энергии в виде вспышки когерентного гамма-излучения. То есть "чистым" образом, без образования побочных радиоактивных отходов. Реальные гамма-лазеры нужны и в ядерной энергетике, и в нанотехе, и в медицине. Оружие - это то, что лежит на самой поверхности. Лучи, способные сбивать ракеты за тысячу километров. Ударные системы космического базирования, могущие уничтожить любую цель на планете. Никакая атмосфера их не рассеивает, никакие облака им не помеха.
Удар лучом сверху - и нет авианосца. Или в куски разлетается стратегический бомбер. Или погибает взлетающая баллистическая ракета. Или поражается важный центр управления. Или лимузин с президентом враждебной страны. Причем космический "стрелок" остается практически неуязвимым. Его не достают зенитные ракеты. Против него бессильны самолеты-перехватчики. Разве что космические истребители в силах сбить боевую лазерную платформу. Однако их эскадрильи еще нужно создать. Это же вам не "Звездные войны" снять. .
ВЕЛИКИЙ ЭФФЕКТ МЕССБАУЭРА.
Но как создать гамма-лазер?
Как оказалось, для этого нужен прежде всего осмий- 187. Именно здесь лежит разгадка той лихорадки по поиску чистого изотопа, что охватила мир в 90-е годы. Не знал об этом Собчак в 1993-м году об этом, как и не ведали и прочие участники "осмиевой лихорадки". Именно предельно чистый 0s-187 и эффект Мессбауэра и становятся ключом к созданию гразера. Мастер, поняв это, быстро засел за литературу по гамма-лазерам.
Еще в 1958 году Рудольф Мессбауэр открыл эффект поглощения и излучения гаммаквантов в твердых телах без отдачи, буквально перевернув физику. За что и стал нобелевским лауреатом в 1961 году. Именно его эффект внушает надежду на то, что гамма-лазер возможен в принципе и рано или поздно его создадут.
Что открыл Мессбауэр? Если мы имеем много ядер того или иного элемента, то можем возбудить их с помощью потока нейтронов. То есть, переведем их на более высокий энергетический уровень, "зарядим" их, приведем, так сказать, в метастабильное состояние. Ядро поднимается со своего основного состояния на более высокий уровень. У каждого элемента есть свое метастабильное, "возбужденное" состояние и срок жизни в нем. Когда ядро атома вновь "падает" на основной уровень, то оно отдает накопленную энергию и "выстреливает" гамма-квант.
Что это дает в принципе? Если есть совокупность "возбужденных" ядер и одно из них первым начинает "падать" на основной уровень, то оно столкнет своим гамма-квантом соседнее ядро, а то - уже два других и так далее. Начнется цепная ветвящаяся реакция, в ходе которой все возбужденные, накачанные энергией ядра, почти мгновенно "пальнут" гамма-квантами. Они испустят сильное, когерентное излучение. Такое же когерентное, как и у обычных лазеров, но в данном случае - полученное из энергии атомных ядер, а не электронов. Гамма-излучение гразера!
Но на практике это пока неосуществимо. Почему? Потому, что, исторгая гамма-квант, ядро получает отдачу, - поясняет Мастер. - Почти так же, как откатывается назад старинная пушка, изрыгнувшая снаряд. Отдача поглощает часть энергии, и потому энергия гаммакванта, вылетевшая из "падающего" ядра атома, меньше, чем та энергия, что была запасена ядром, поднятым в метастабильное состояние. Поэтому вылетающий гамма-квант не может быть резонансным. Он не в силах вызвать "падение" соседних ядер и начать цепную реакцик). Теряются так называемые резонансные условия..
То есть все атомные ядра-"орудия" не могут выстрелить в очень короткий промежуток времени. Значит, нужно каким-то образом убрать отдачу. В чем-то "закрепить" возбужденные (метастабильные) ядра, чтобы они "стреляли", но без отдачи.
Мессбауэр предложил: нужно заселить атомы нужного, возбуждаемого вещества, в кристаллическую решетку. А решетка - конструкция жесткая, в ней атомы прочно скованы ковалентными связями. Одно ядро тронешь - вся решетка вибрирует. Мессбауэр сказал: а что, если часть ядер в некоей кристаллической решетке заменить на ядра нужного нам вещества с очень высокой запасаемой энергией в местастабильном состоянии? Тогда, если мы "тронем" одно ядро и заставим его "выстрелить" гамма-квантом, отдачи не будет. Кристаллическая решетка помешает, вся масса кристалла поглотит отдачу. Ну, представьте себе пушку, сильно закрепленную в большой решетчатой конструкции. Пушка палит - и ее снаряд вылетает с большей скоростью, чем из свободно стоящего орудия, ибо отдачи нет. Ее поглотила та массивная конструкция, в которой закрепили орудие.
Ситуация напоминает человека, прицельно бросающего камень из лодки. Большую часть энергии согласно закону сохранения импульса получает легкий камень, но небольшая часть энергии броска переходит в кинетическую энергию получающей отдачу лодки. Летом лодка просто приобретет некоторое количество движения, соответствующее отдаче, и отплывет в направлении, противоположном направлению броска. Однако зимой когда озеро замерзнет, лодку будет удерживать лед, и практически вся энергия броска будет передана камню, лодке (вместе с замерзшим озером и его берегами) достанется ничтожная доля энергии броска. Таким образом, отдача будет передаваться не одной только лодке, а целому озеру, и бросок будет производиться "без отдачи"", - писал сам Мессбауэр полвека спустя после своего великого открытия.
Таким образом, надобно создать кристаллическую решетку, в которую вселены атомы нужного нам вещества. То есть, множество "пушек" в решетке. Заряди их с помощью потока нейтронов, накачай энергией - и дальше заставь выстрелить первую "пушку". Она выплюнет снаряд (гамма-квант) с той же энергией, что в ней запасена. И этот квант заставит сработать соседние "пушки", а те - соседние и так далее, в геометрической прогрессии. Причем в ничтожно малый промежуток времени. И ты получишь мощное гамма-излучение.
Каково же было изумление Виктора Петрика, когда он узнал, что Мессбауэр в своих опытах заселял в кристаллическую решетку атомы осмия! Да, не изотопа- 187, а природного осмия, но тем не менее. Мастер испытал сильнейшее возбуждение: он напал на след. Мессбауэр выбрал осмий далеко не случайно: тетроксид осмия очень хорошо проникает в другие вещества. С другой стороны, осмий отличается хорошей способностью запасать энергию.
Эффект Мессбауэра срабатывает, если испускаемого кванта при переходе ядра из метастабильного в основное состояние - не менее ста пятидесяти килоэлектрон-вольт (кэв).
Энергия гамма-кванта у ядра каждого элемента - разная, - поясняет Виктор Иванович. - Есть 2кЭв, есть десять, но идеально для эффекта Мессбауэра - это именно 150 кэв. Тогда энергия испускаемого кванта равна накопленной ядром энергии. А теперь берите "Справочник физических величин" и ищите те ядра, которые имеют наибольшую энергию. И тут получается: "Витя, я охреневаю!": осмий- 187 имеет те самые 150 кэв.
Такую же энергию имеет и ртуть-196. А это и есть та самая "красная ртуть". Ее изотоп, а не мифическое соединение Sb207Hg2, о котором нам говорили в 1992-1995 годах, когда бушевала лихорадка "красной ртути". Изотоп ртути, а не ее соединение - вот что было настоящим объектом поисков. Для чего? Видимо, кто-то на Западе решил, что нашел самый короткий путь к гамма-лазеру. Просто в РФ этого не смогли понять.
