Рейтинг
Порталус

СДЕЛАНО В СИБИРИ

Дата публикации: 11 августа 2014
Автор(ы): Марина ХАЛИЗЕВА, Горынцева М.
Публикатор: Научная библиотека Порталус
Рубрика: ТЕХНОЛОГИИ
Источник: (c) Наука в России, № 3, 2011, C. 10-13
Номер публикации: №1407776577


Марина ХАЛИЗЕВА, Горынцева М. , (c)

В 2010 г. исполнилось 50 лет одному из наиболее революционных и значимых изобретений XX в. - лазеру. Событие широко отмечали в Сибирском отделении РАН, где прошла научная сессия Общего собрания, посвященная этой теме. Как заметил во вступительном слове председатель СО РАН академик Александр Асеев, "это открытие в значительной степени повлияло на развитие цивилизации, на технический облик нашего общества". Он напомнил, что первый импульсный рубиновый лазер был запущен в США физиком Теодором Мейманом 16 мая 1960 г. В СССР приборы этого типа появились в 1961 г. сначала в ленинградском Государственном оптическом институте им. СИ. Вавилова, затем в московском Физическом институте им. П. Н. Лебедева и уже через год - в СО АН СССР, в Институте радиофизики и электроники (ныне Институт лазерной физики, г. Новосибирск).

Вместе с техникой родилось и новое направление - лазерная физика*. Большой вклад в ее становление и развитие в СО РАН, подчеркнул Асеев, внесли академик Вениамин Чеботаев, член-корреспондент РАН Сергей Раутиан, доктора физико-математических наук Георгий Кривощеков и Юрий Троицкий. Сибирь и сегодня продолжает давние "лазерные" традиции. Об этом речь шла на пресс-конференции, прошедшей в канун 50-летнего юбилея лазера в Выставочном центре СО РАН с участием новосибирских специалистов: директоров Института лазерной физики академика Сергея Багаева и Института автоматики и электрометрии члена-корреспондента РАН Анатолия Шалагина, заместителя директора по научной работе Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича доктора физико-математических наук Анатолия Оришича. Некоторые подробности разговора изложила в газете "Наука в Сибири" корреспондент Мария Горынцева.

У истоков направления, отметил Багаев, стоял Институт радиофизики и электроники. В 1950 г. сюда из Красноярского края (по ходатайству президента АН СССР академика Сергея Вавилова) после ссылки перевели выдающегося физика-теоретика Юрия Румера, в довоенные годы работавшего в немецком г. Геттинген с основоположниками современной физики Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном, а в спецтюрьме Наркомата внутренних дел - с корифеями авиа- и ракетно-космических систем Андреем Туполевым и Сергеем Королевым**. Именно в этом институте в 1962 г. и создали первый газовый лазер. Над задачей работала тогда группа молодых специалистов во главе с Вениамином Чеботаевым (академик с 1992 г.). Заметим, много лет спустя этот талантливый экспериментатор стал первым директором Института лазерной физики СО РАН (1991 г.)***, внесшего определяющий вклад в развитие нелинейной спектроскопии.

Еще на раннем этапе развития оптических квантовых генераторов (в 1967 - 1968 гг.) Чеботаев и его коллега из московского Института спектроскопии доктор физико-математических наук Владилен Летохов, используя уникальные свойства лазерного излучения, сначала независимо друг от друга, а потом совместно предложили ряд методов (насыщенного поглощения, двухфотонного поглощения в поле стоячей волны, разнесенных оптических полей), увеличивающих разрешающую способность спектроскопии на 6 - 7 порядков, заложив тем самым основу для нового направления - нелинейной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения. Это подтолкнуло развитие атомной, молекулярной и оптической физики, привело к созданию оригинальных технологий. И закономерный итог: в 1978 г. оба специалиста были удостоены Ленинской премии.

В 1981 г., отметил Багаев, в институте решили проблему преобразования частоты излучения из оптического в радиодиапазон и создали первые в мире ла-


* См.: Н. Добрецов. Первое региональное. - Наука в России, 2007, N 4 (прим. ред.).

** См.: Н. Королева. Имя его и Космос - неразделимы. - Наука в России, 2007, N 1 (прим. ред.).

*** См.: А. Скринский. Познание материи. - Наука в России, 2007, N 6 (прим. ред.).

стр. 10

зерные часы, в которых единица времени - секунда - определялась по числу высокостабильных оптических колебаний. К тому моменту были получены источники со стабильностью частоты 10 - 14 и выше - уникальный результат, благодаря которому секунду можно было фиксировать на 5 - 6 порядков точнее, чем в атомных рубидиевых или водородных микроволновых часах. Развитие работ по созданию ультрастабильных лазеров открыло принципиально новые возможности для экспериментов в физике, метрологии и других направлениях науки.

А в начале 2000-х годов здесь появились первые фемтосекундные оптические часы. Это был революционный прорыв в области высокопрецизионных оптических измерений: ученые показали принципиальную возможность повышения точности абсолютных частотных измерений до 10-16 - 10-18 от радио- до ультрафиолетового диапазона, что важно для уточнения фундаментальных физических констант, например, при расчете траекторий движения космических кораблей, особенно в дальних полетах.

Багаев подчеркнул: стандарты частоты и времени, созданные сибирскими учеными, позволяют значительно повышать быстродействие потребительских навигационных устройств. Хорошо известная российская глобальная навигационная система ГЛОНАСС* благодаря их разработкам может увеличить точность определения координат с нескольких метров до сантиметров. Заметим, с развитием системы позиционирования с помощью наземного сегмента и использования одновременно сигналов американской системы GPS можно довести этот показатель до 20 - 30 см.

Что касается установок для медицины (а это одно из приоритетных направлений в институте), то они не уступают лучшим мировым образцам по качеству, а сейчас даже превосходят их и стоят в несколько раз дешевле. Например, лазерный стоматологический аппарат "Мелаз-C" удаляет пораженные кариесом твердые ткани зуба, стерилизует полость для пломбирования, выполняет другие операции, включая удаление камня. В Новосибирской городской туберкулезной больнице N 1 хирурги уже более 15 лет используют разработанные в институте инфракрасные твердотельные лазеры. Здесь проводят свыше 300 операций в год на легких и органах дыхания. Такая же техника около 10 лет стоит на службе в Новосибирском НИИ травматологии и ортопедии, где ежегодно выполняют свыше 200 операций по удалению опухолей головного и спинного мозга.

Вместе с тем специалисты предложили медикам инфракрасный лазерный хирургический аппарат "Мелаз-X", по режущим и кровоостанавливающим свойствам превосходящий электронож. Основное его преимущество - в существенном снижении потери крови (более чем в 2 раза), поэтому он незаменим


* См.: Ю. Носенко и др. ГЛОНАСС сегодня и завтра. - Наука в России, 2008, N 5 (прим. ред.).

стр. 11

в гинекологии, урологии, нейрохирургии и других областях медицины.

Другую установку этой серии - "Мелаз-кардио" - применяют для раскроя элементов кардиоваскулярных (сердечно-сосудистых) протезов. Она измеряет толщину ткани с точностью 10 мкм, выводит на экран монитора топологию лоскута, автоматически размещает необходимые элементы на карте в соответствии с заданными размерами и по команде оператора вырезает их. Аппарат работает быстро и с высокой точностью, что крайне важно в кардиологии, при этом повышает производительность труда хирурга более чем в 5 раз. "Мелаз-кардио" внедрен в Кемеровском кардиологическом центре.

Нельзя не отметить, что именно в Новосибирске в 1990-х годах был создан первый эксимерный (газовый) лазер с длиной волны 193 нм, составляющий ныне основу всех офтальмологических установок в мире*. Он предназначен для исправления близорукости, дальнозоркости и астигматизма путем изме-


* См.: И. Щербаков. Лазерная физика в медицине. - Наука в России, 2010, N 5 (прим. ред.).

стр. 12

нения кривизны внешней поверхности роговицы глаза. Во всем мире в таких операциях нуждаются до 1,5 млн. человек ежегодно.

О достижениях сибиряков, связанных с разработкой волоконных лазеров, на пресс-конференции рассказал член-корреспондент РАН Анатолий Шалагин. Институт автоматики и электрометрии, который он возглавляет, ведет исследования по этой теме с 2002 г. За 8 лет с небольшим ему удалось добиться результатов, ставших заметными не только у нас, но и за рубежом. В лаборатории волоконной оптики (заведующий доктор физико-математических наук Сергей Бабин) впервые в мире получили наибольшие диапазоны перестройки длины волны лазерной генерации (50 нм и более в разных спектральных областях), достигли эффективного удвоения частоты установок с генерацией в сине-зеленом и желто-красном диапазонах с перспективой применения в биомедицине, реализовали стабилизированные одночастотные приборы для метрологии и сенсорные системы для энергетики.

Институт работает в тесной кооперации с мировыми лидерами направления. В 2010 г. совместно с коллегами из Университета Астон (Великобритания) здесь создали самый длинный в мире оптоволоконный лазер. Открытый учеными "предел" увеличения длины линейного резонатора до 300 км и более означает, что в этом интервале реализуется классический тип излучения, а в последующем возникает другой режим генерации. А это повод для новых исследований российско-английской коллаборации.

Сейчас специалисты Института автоматики и электрометрии вместе с партнерами из других учреждений СО РАН создают уникальный прибор - секвенатор ДНК, проще говоря, аппарат, способный с помощью тончайших лучей лазера расшифровывать информацию, закодированную в генах. Ученые полагают, что вскоре появится возможность узнать, к каким болезням у человека есть предрасположенность, как их предупредить. Аналоги схожего прибора в мире есть, американцы уже поставили выпуск таких установок на поток. И тем не менее пользоваться ими могут единицы. Разработка российских ученых должна появиться в каждой поликлинике, и это будет, утверждает Шалагин, первый шаг доступности к геномной медицине.

Заместитель директора Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Анатолий Оришич сфокусировал внимание на применении мощных лазеров для технологической обработки материалов и вкладе сибирских ученых в их создание. Анализ мировых тенденций в этой области показал: если "нож" (а в этом качестве использовали резец, фрезу и другой режущий инструмент) был основным элементом обработки материалов в XX в., то в XXI в. эту роль будет играть лазерный луч. В настоящее время его используют и вместо традиционных процессов при раскрое, сварке, термической обработке, упрочнении поверхности материала, гравировке, и для организации новых технологий, способных придать деталям особую твердость (речь идет прежде всего о лазерно-порошковой наплавке, создании композиционных материалов, механической обработке). Область применения подобной техники - автомобильная, машиностроительная, электротехническая, приборостроительная и другие отрасли промышленности.

Институт имеет большой практический опыт в разработке промышленных лазеров мощностью 1 - 10 кВт. С 1972 г. здесь создают CO2-лазеры с конвективным охлаждением рабочих газов. Эти установки продемонстрировали высокую надежность, экономичность, способность работать в условиях промышленного производства. Кроме того, они примерно в 2 раза дешевле мировых аналогов.

Их "изюминка" - специальный самофильтрующий резонатор, работающий на получение соответствующего качества излучения при высокой мощности до 10 кВт. Только наши лазеры, отметил Оришич, могут работать на газах технической чистоты и смеси CO2-воздух (без N2 и He). К 1980 г. в СССР подобными технологиями занимались во многих научных организациях Москвы, Ленинграда, Николаева, Казани и других городов, однако к промышленному производству была принята разработка именно сибирского института.

Кроме резки, лазерное излучение используют для сварки. Это новое слово в науке. Дело в том, что сварное соединение, полученное традиционным методом, менее прочное, чем основной металл. Его достаточно для сварки, например, судов, автомобилей, но не самолетов. Поэтому в авиастроении до сих пор применяют клепку. Сегодня институт ведет поиск новых способов лазерной сварки для пассажирской и военной авиации. Уже предложена технология, позволяющая достичь прочности сварных деталей, не уступающей основному материалу. Добиться этого удалось благодаря нанопорошкам, влияющим на процессы кристаллизации металлов в одном шве и придающим ему хорошую структуру.

Разработки института получили мировое признание. Так, на ярмарке в Ганновере (Германия, 2005 г.) - крупнейшем в мире форуме современных технологий - появление нашей лазерной установки мощностью до 8 кВт произвело настоящий фурор. Это доказывает, что во многих областях лазерной физики и техники российские ученые по-прежнему вне конкуренции.

Горынцева М. К юбилею лазера. - "Наука в Сибири", 2010, N 49

Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА

Опубликовано на Порталусе 11 августа 2014 года

Новинки на Порталусе:

Сегодня в трендах top-5


Ваше мнение?



Искали что-то другое? Поиск по Порталусу: