Горящий луч

Может ли гореть световой луч? Не среда, в которой он распространяется, а именно сам луч света? Оказывается, может, и это утверждение обосновано теоретически и экспериментально.

Удивительное явление наблюдала группа ученых Института проблем механики АН СССР под руководством доктора Ю. Райзера. Им удалось доказать, что в газовой среде, в частности в воздухе, можно зажечь разряд с температурой около 20 тысяч градусов Цельсия. Этот горящий разряд представляет собой плотную плазму, которая увеличивается в объеме, жадно поглощая падающий на нее свет. Поэтому если на пути луча создать начальную, «затравочную» плазму, то тепло от нее будет распространяться во все стороны. Нагревающийся газ приобретает способность поглощать световую энергию, и навстречу лучу побежит волна разряда.

Картина эта очень напоминает горение обычной горючей смеси в трубе. Поэтому слова о горении светового луча имеют аналогию не только внешнюю. Разница состоит лишь в том, что обычно при простом горении выделяется химическая энергия, заключенная в самом веществе, здесь же для непрерывного выделения энергии ее приходится подводить извне. Естественно, что математическое описание этого явления очень близко к теории химического горения.

Расчеты показали, что возбуждение разряда вдоль луча становится возможным, если мощность в луче выше некоторой, пока слишком большой для современной техники величины. Снизить требования к мощности можно, если сфокусировать луч обычными оптическими средствами. При этом разряд будет гореть только в фокусе луча.

Лазеры непрерывного режима, способные обеспечить такую мощность в луче, уже созданы, и в ближайшее время можно ожидать, что эффект горящего луча будет получен прямо в воздухе.

Опыты, моделирующие образование такого разряда, проведены. В полном соответствии с теорией в них получен непрерывно горящий разряд с температурой порядка 15 тысяч градусов Цельсия. В этих опытах разряд 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 второй лазер отключался, и разряд стабильно горел ослепительно белым светом неограниченное время. Размеры его составляли несколько миллиметров.

Источники света с температурой в десятки тысяч градусов Цельсия нужны в самых различных областях науки и техники. Предельная легкость управления оптическим разрядом делает его перспективным средством для обработки различных материалов, в частности на расстоянии и в замкнутых объемах.

Естественно, возникает вопрос: можно ли не пользоваться лазером и обойтись, например, солнечным светом, 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, то есть более 6 тысяч градусов Цельсия.