Вся электронная библиотека >>>

 Гранат >>>

 

 

ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА


Раздел: Наука

МЕДЛЕННЫЕ ГРАНАТЫ

  

Эта глава будет самой короткой, иначе пришлось бы писать новую книгу. Между тем монографии о техническом применении искусственных гранатов уже написаны [71, т. 1, с. 318—324]. Мы лишь перелистаем их.

О лазерах весь мир узнал в 1964 г., когда Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и Ч. Таунсу присудили Нобелевскую премию. Лазер стал модной темой популярных лекций и книг, в том числе фантастических. Прототипом лазера был объявлен гиперболоид инженера Гарина, хотя принципы действия обоих аппаратов совершенно различны. В телефильме «Крах инженера Гарина» гиперболоид даже внешне напоминает лазерную установку.

Лазер немыслим без рабочего тела — активной среды, в которой зарождается мощное излучение. В первых лазерах роль активной среды играли монокристаллы рубина, которые испускали свет в узком диапазоне волн. Это не удовлетворяло ученых, и они искали новые лазерные материалы.

Вскоре выяснилось, что силикатное стекло с примесью ионов неодима тоже может быть активной средой. Так как неодим входит в группу лантанидов, возник вопрос: не окажут ли благотворного влияния и другие элементы этой обширной группы? Ответ был положительным. Отсюда недалеко до монокристаллов НА Га, которые в любых соотношениях смешиваются с лантанидно-алюмини- евыми гранатами. Так появились активные среды, состоящие из ИАГа с примесью самария, диспрозия, тулия, празеодима, неодима, эрбия, гольмия. В дальнейшем количество лазерных материалов росло со скоростью снежного кома: ИАГ с добавками хрома, никеля, кобальта, ванадия; лантанидно-галлиевые и лантанидно-германиевые гранаты с различными добавками. Диапазон длин волн весьма расширился Сейчас возможно получение лазерных лучей, окрашенных во все цвета солнечного спектра.

Лазеры прочно вошли в жизнь. С помощью «светового скальпеля» проводят хирургические операции, лечат некоторые виды рака. Лазерные лучи режут и сваривают металлы, прожигают отверстия в любых материалах. Лазеры способствуют развитию голографии и получению термоядерной плазмы. С помощью лазера уточнили скорость света и промерили расстояние между Луной и Землей. На 6-й Международной конференции по росту кристаллов (Москва, 1980 г.) X. С. Багдасаров показал фильм об использовании лазерного нагрева для получения кристаллов, образующихся в экстремальных условиях. Впервые ученые зафиксировали на пленке появление высокотемпературного расплава, процессы затравливания и роста монокристаллов ИАГа и лейкосапфира. Рабочим же телом в лазере служил кристалл ИАГа с примесью оксида неодима [72].

Не забыли ученые и об иттриево-железных и ланта- нидно-железных гранатах. Эти черные кристаллы относятся к классу ферромагнитных веществ. Они прозрачны для тепловых лучей и могут применяться в оптических приборах и в вычислительной технике. На основе монокристаллических пластин или пленок феррит-гранатов созданы интегральные схемы с повышенной плотностью записи информации (около ста тысяч бит на одном квадратном сантиметре). Магнитные головки из феррит-гранатов применяются в магнитофонах для записи, воспроизведения и стирания сигналов звукового и видеодиапазонов. Они отличаются большей твердостью, чем металлические головки, и позволяют увеличить скорость движения магнитной ленты до 40 м/с.

Настоящую революцию в техническом применении монокристаллов произвела работа советского ученого К. Н. Баранского. Фронтовой радиоразведчик после окончания войны пришел в Московский государственный университет. В 1957 г. он, будучи уже доцептом университета, опубликовал статьи о возбуждении ультразвуковых колебаний в кристаллах кварца [73, 74].

Попробуем оценить перспективы открытия К. Н. Баранского.

Скорость распространения электрического сигнала в проводнике соизмерима со скоростью света. Скорость же ультразвука в кварце почти в 50 тыс. раз медленнее: Преобразовывать электрический сигнал в ультразвуковой и наоборот ученые умеют. Таким образом, появляется

реальная возможность затормозить, задержать сигнал на определенный отрезок времени.

Где это нужно?

Да в цветном телевидении, например! В приемнике телевизора для формирования цвета необходимо одновременное присутствие двух сигналов. Но сигналы эти совпасть во времени никак не могут, поскольку один возник раньше другого. Вот и преобразуют первый сигнал в ультразвук и пропускают его через кварцевый стержень заданной длины. Сигнал поневоле задерживается и подходит к приемнику одновременно со вторым сигналом. И мы наслаждаемся великолепным сочетанием цветов на экране телевизора.

Система, состоящая из преобразователей сигналов и кварцевого стержня, называется линией задержки. Медленное стекло из рассказа Б. Шоу «Свет былого» — по сути та же линия задержки. Чем толще стекло, тем больше времени требуется свету, чтобы пройти сквозь него. Однако писатель не учел одного обстоятельства: медленное стекло должно искажать и поглощать свет. При некоторой толщине оно будет просто непрозрачным.

В фантастическом рассказе это обстоятельство не имеет значения, ибо автор добивался иного эффекта. Но в действительности искажение и затухание ультразвука вынуждает укорачивать линию задержки.

Есть такой анекдот. «Однажды ходжа Насреддин поднялся на минарет и закричал изо всей силы. Потом, быстро спустившись с минарета, побежал в поле. Все, кто видел его, спрашивали:

—        Ходжа, что случилось, куда ты бежишь?

—        Бегу,— ответил ходяча,— чтобы узнать, до какого места доходит мой голос» [75, с. 213].

Остроумец ходжа Насреддин мог убедиться, что звук его голоса затухает в воздухе, пройдя пару сотен метров. В кварце ультразвук затухает на протяжении сантиметров.

Встал вопрос о материале с наименьшим затуханием ультразвуковых волн.

Любители научной фантастики, возможно, читали повесть Алмаз «Шах» [76]. При подготовке рукописи к печати из нее выкинули страницу. Привожу ее здесь, так как описываемое имеет отношение к линиям задержки.

«—Ты знаешь,—ликующим голосом заявила Ирина,— что затухание ультразвуковых волн в плавленом кварце равно 70 децибелам в микросекунду?

—        Нет,— ответил Марат.— Меня это не волнует.

—        В кристаллах шпинели — 32, в рубине — 20, в гранате с добавкой лантанидов — 15!

—        А ты слышала такой анекдот,—в тон ей продолжил Марат.— На одной научной конференции докладчик заявил: «А теперь я сообщу вам некоторые цифры, которые говорят сами за себя... Тридцать два! Двадцать!! Пятнадцать!!!» И ушел с трибуны под восхищенные выкрики ученых.

—        Я говорю серьезно,— обиделась Ирина.

—        Тогда объясни! Я же твоих децибелов не понимаю.

—        Знаешь, что такое линии задержки?

—        Очень смутно.

—        Это устройства для задержки сигналов на заданный промежуток времени. Они применяются в телевидении, в радиолокационных станциях, в кодирующих и запоминающих устройствах, в электронно-вычислительных машинах, в космической технике. Кабельные линии задержки делают аппаратуру громоздкой, да и затухание волн в них большое, что приводит к искажению сигнала. Поэтому физики придумали ультразвуковые линии задержки на основе монокристаллов различных веществ. Пока наименьшее затухание отмечено в кристаллах ИАГ с добавкой лантанидов».

Да, именно искусственный гранат стал тем самым медленным стеклом для ультразвуковых волн, без которого немыслимо дальнейшее развитие некоторых отраслей техники [77, 78].

В электронно-вычислительных машинах гранатовые линии задержки служат своеобразными ячейками памяти. Получив промежуточный результат, ЭВМ преобразует его в ультразвуковой сигнал и отправляет в линию задержки. Около десяти микросекунд сигнал идет по гранатовому стержню. За это время ЭВМ успевает сделать сотни операций и подготовиться к получению информации, необходимой для дальнейших вычислений, из блока памяти.

Грапатовые линии задержки станут глазами и ушами космических кораблей. Помните фантастическую повесть Эдмона Гамильтона «Сокровище Громовой Луны»? [79]. Самое невероятное в ней —не голубоватый минерал левиум, «элемент с обращенной полярностью притяжения», не атомные пистолеты и не чудовищное порождение Оберона — полуразумные Огневики. Самым фантастическим в повести является подвиг пилота Стини.

«Там, на юге, над пламенным огненным морем поднималось в дыму какое-то темное тело. Это был огромный продолговатый «Метеор», грохотавший огненными вспышками килевых дюз. Он ринулся к вулканическому пику над лавовым морем. При малой высоте и огромной скорости он неизбежно должен был разбиться.

— Стини, назад! — напрасно кричал в передатчик Норт.

Слишком поздно! Огромная масса «Метеора» рванулась вниз к узкой площадке. Грохот ревущих дюз заглушил раскаты грома. Корабль падал, падал, чтобы разбиться и утонуть в огненной лаве...

Килевые дюзы изрыгали вниз бешеное пламя, разбивая море лавы в чудовищный фейерверк огненных брызг. Уравновесившись на этих огненных столбах, качаясь во все стороны в бурных вихрях, мечущихся вокруг него, корабль замер, паря в воздухе.

Казалось безумием думать, что какой-нибудь пилот сможет произвести здесь, в этих воющих дымных вихрях, подвесную посадку — самый сверхчеловеческий из всех пилотских подвигов. Но Стини сделал это! Играя на килевых и боковых дюзах, как на огненном органе, он несколько секунд держал корабль в равновесии...»

Описанное не может осуществиться ни через сто, ни через двести лет. Человек, будь он самым выдающимся пилотом космических кораблей, слишком медлителен, чтобы воспринимать информацию о быстроменяющейся обстановке, перерабатывать ее и реагировать посредством «игры на килевых и боковых дюзах». Э. Гамильтон был бы значительно ближе к истине (но значительно менее эффектен!), если бы передал управление бортовому компьютеру, связанному с системой локации на гранатовых линиях задержки.

Такой компьютер рассылает во все стороны электромагнитные волны, которые отражаются от препятствий, возвращаются и улавливаются приемными устройствами. Одновременно ультразвуковые сигналы вводятся в пучок гранатовых стержней различной длины. Время пробега луча до препятствия и обратно должно совпасть с временем прохождения сигнала по одному из стержней, длина которого известна. Таким образом, расстояние до препятствия измеряется с точностью до сантиметра в течение каких-то микросекунд (пилот за это время и моргнуть не успевает!). Располагая точной информацией об окружающей обстановке, компьютер начинает игру на «огненном органе дюз». Подвесная посадка проходит штатно, как говорят космонавты.

Можно долго фантазировать на тему о применении ультразвуковых линий в частности и гранатов вообще.

Книга кончается, осталось сказать несколько слов.

История гранатов, как и любая история, похожа на нас с вами. Мы не помним своих младенческих лет и затрудняемся сказать, чем будем заниматься через год. Отдаленное прошлое гранатов затянуто туманом, будущее их в деталях никому неизвестно. Каждое новое открытие, как новый сияющий самоцвет, украшает и дополняет гранатовое ожерелье.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА

 

Смотрите также:

 

Гранаты

Бесцветные искусственные гранаты можно получать, если синтез
Можно получить кристаллы силикатных гранатов, близкие по составу к природным, однако расплавленные...

 

Природные камни. Хризоберилловый кошачий глаз

Одно время гранаты были очень модны, и цены на них были сопоставимы с ценами на более дорогие
Искусственные кристаллы перидота получены не были, но очень сходный материал...

 

Кристаллы выращенные для научных целей. Новые камни полученные...

Искусственные драгоценные камни. Быт. Хозяйство.
в Сан-Диего я видел прекрасные красновато-оранжевые кристаллы лантан-индий-галлиевого граната (La 3I n 2Ga ?O 12) с...

 

Искусственные монокристаллы открывают новые возможности

Наряду с деталями из природных кристаллов кварца или полевого шпата сегодня изготавливают и успешно применяют искусственные монокристаллы...

 

Современное производство изумрудов, искусственный изумруд

Наиболее веское доказательство этого — отсутствие во всех кристаллах водных включений, тогда как все искусственные гидротермальные изумруды...

 

Искусственные драгоценные камни

Первые искусственные драгоценные камни. От древних времен до средневековья.
Рутил. Титанат стронция. Гранаты. Кубическая окись циркония.