Беседы о рентгеновских лучах (второе издание) - Павел Власов

Нечто подобное происходит с плазмой и на Земле, при ядерных взрывах например.

Электроны работают и в рентгеновской трубке. Разогнанные внешним электрическим полем, они с силой ударяются в антикатод. Замедляясь в плотной среде металла, то есть опять-таки теряя энергию, они высвобождают ее в виде жестких квантов. Тормозом служит внутреннее электрическое поле, создаваемое ядрами бомбардируемого вещества. Пролетая поблизости от них, быстрые заряженные частицы вынуждены преодолевать это препятствие, на что и расходуют свои силы.

Наконец, в ускорителе электронов они излучают в том же диапазоне при взаимодействии с магнитным полем (синхротронный эффект).

Итак, куда ни посмотришь, первоисточники икс-лучей — не что иное, как электроны, самые многочисленные и самые миниатюрные рентгеновские трубки, сконструированные самой природой, действующие как внутри атома, так и вне его.

А как с гамма-радиацией? Когда разобрались, что к чему, ей стали приписывать особое происхождение.

Какое же еще? Конечно, ядерное! Но со временем восклицательный знак сменился вопросительным.

Обнаружилось, что и гамма-излучение может быть тормозным, то есть не ядерным, а электронным по своей природе. Оно рождается, например, когда заряженные частицы, разогнанные ускорителем, бьют в мишень и как бы «вязнут» в ней. Оно же может возникнуть, когда сверхбыстрые электроны сталкиваются со своими двойниками-антиподами — позитронами. Когда частица соударяется с античастицей, обе они способны аннигилировать, как бы исчезнуть, оставив вместо себя сгусток энергии — гамма-квант. Полагают, такое нередко случается в просторах вселенной. Не исключено, что именно этим обусловлена гамма-радиация, которая идет от всего космического океана равномерно (диффузный фон). Она же регистрируется при распаде некоторых элементарных частиц, к примеру, нейтральных пи-мезонов.

Мало того, она может возникать из… рентгеновской.

И еще более мягкой — ультрафиолетовой, даже видимой. Сталкиваясь со сверхбыстрыми электронами, ускоренными магнитным полем межзвездного пространства, и отбирая у них энергию, кванты становятся намного более мощными, жесткими. Так обычный свет превращается в гамма-лучи.

Словом, гамма-лучи отнюдь не всегда связаны с ядром генетически. Если же они так похожи на рентгеновские, то почему те и другие столь четко отграничиваются нами на непрерывном спектре? Почему увековечено их различие вместе с традиционными обозначениями — буквами «икс» и «гамма»?

Так снова возникает старый, но не стареющий вопрос: где начало того конца, которым оканчивается начало? Как тут не вспомнить легенду о гордиевом узле, который не могли распутать, несмотря на все старания. Что делать? Разрубить его мечом — такое решение, ничтоже сумняшеся, принял и осуществил Александр Македонский. Рассечь же непрерывный спектр на рентгеновскую и гамма-область со всей определенностью значило бы уподобиться великому полководцу, блистательно продемонстрировавшему примитивный подход к непростой задаче.

А что, если сконструировать сверхдлинную «кочергу», дабы шуровать ею в небесной «печке»? Вопрос о создании рентгеновского и гамма-лазера, или где начало того конца, которым оканчивается начало

— Вопросов о «начале того конца…» можно напридумывать сколько угодно. Например: где пределы всех диапазонов невидимого излучения, начиная с ультрафиолетового и кончая областью самой жесткой гаммарадиации? Где ее самая дальняя граница, что потом? И т. д., и т. п.

— Браво, прекрасная мысль! Особенно «и т. д., и т. п.». Почему бы и впрямь не продолжить, скажем, так: а нельзя ли преобразовать одно излучение в любое иное?

Начнем с такого конца: нельзя ли покончить с неуправляемостью звезд? Не торопитесь со скепсисом: речь ведь не о звездах сцены или спорта, которые порой бывают абсолютно неуправляемыми, а о настоящих небесных созданиях, подобных нашему дневному светилу.

Вот картина, нарисованная воображением не писателя-фантаста, а ученого-астрофизика. Почему бы не представить, что когда-то удастся (а может, уже и удалось какой-нибудь внеземной цивилизации) контролировать течение ядерных реакций в звездах? Естественно, не потехи ради, а с тем, чтобы противопоставить слепой стихии дальновидный разум. Предупреждать, например, самовольные вспышки и угасание солнц, лучше удовлетворять энергетические потребности человечества.

Так рассуждает профессор И. Шкловский. Физическая основа этой его действительно фантастической идеи — гипотетическая пока возможность создать сверхлазер, работающий на волне длиной около 10-10 сантиметра, что соответствует одновременно рентгеновскому и гамма-диапазону. (Здесь как раз тот участок спектра, где они перекрывают друг друга на стыке.)

Если на Земле такой луч будет иметь поперечник в 10 метров, то на расстоянии в 10 световых лет — всего лишь 10 километров. При столь малой расходимости поток радиации сохранит такую плотность, концентрированность энергии, что проникнет в глубь термоядерной топки звезды и сможет, если надо, стимулировать горение.

Хорошенькое дело: шуровать этак в небесной «печке» сверхдлинной рентгеновской или гамма-«кочергой»!

Ну а если не замахиваться на столь грандиозную затею, которая скептикам наверняка покажется прожектерской? Идея остается заманчивой и при гораздо меньших масштабах ее реализации.

Когда (если, конечно) появятся термоядерные электростанции, их, как уже говорилось, будет целесообразно размещать в космосе. Не только потому, что там в готовом виде есть сверхглубокий вакуум, необходимое условие их работы. Дело еще и в другом: нужно предотвратить перегревание земной поверхности, чреватое катастрофическими последствиями. Энергию оттуда придется передавать по необычному «прямому проводу» — лучу, как бы с помощью электромагнитной рапиры, пронзающей атмосферу. При этом 4/3 тепловых отходов останутся за пределами воздушного щита.

Рукотворные солнца, зажженные в межпланетном пространстве, тоже потребуют регулировки. Ясно, что они окажутся источниками мощной рентгеновской радиации, которая будет уносить тепло из их недр. А там должна поддерживаться температура в сотни миллионов градусов, не опускаясь ниже определенного критического уровня. Кто знает, может, и здесь понадобится лазерная «кочерга», чтобы мгновенно вводить ее в глубь топки и подогревать в нужных местах хрупкое облако плазмы.

А если не понадобится, она пригодится в других случаях на Земле. Для того, например, чтобы влиять на технологические процессы в обычном реакторе — химическом, не термоядерном. Могут возразить: но и так уже сегодня на них воздействуют рентгеновскими лучами! Притом успешно: стимулируют полимеризацию, крекинг и другие важные превращения веществ. Нужны ли здесь квантовые генераторы этой радиации?

Подобный скептицизм вроде бы небезоснователен: подобных генераторов пока нет, и неизвестно, изобретут ли их вообще. Однако такой же точно была ситуация с обычными лазерами незадолго до того, как они стали реальностью не только теории, но и практики за несколько лет — с 1956 по 1961 год. А ныне прочно вошли в наш обиход.

Создать такие приборы, работающие в рентгеновском диапазоне, не менее заманчиво. Но конечно, и не менее сложно. Какими, например, должны быть для них резонаторы? В обычном лазере это обычные зеркала, расположенные лицом к лицу, параллельно друг другу. Многократно отражаясь от них и умножаясь лавинообразно, кванты света все больше пополняют и уплотняют свои ряды, пока не увеличат ударную мощь настолько, чтобы вырваться наружу через полупрозрачный экран. Но рентгеновскую радиацию недаром называют всепроникающей: она пройдет сквозь такие резонаторы, словно Алиса в Зазеркалье…

Тем не менее положение небезнадежно. Вспомним: плоский камень, с силой брошенный по касательной к водной глади, отскакивает рикошетом, хотя потонул бы незамедлительно, если бы упал отвесно. Мы уже знаем, как действуют рентгеновские телескопы с зеркалами скользящего падения. Там достигается практически полное отражение от тщательно отполированной металлической поверхности. Тот же принцип используется и в рентгеновских микроскопах, дающих увеличение в 100 тысяч раз.

Есть и иные трудности, притом немалые. Недооценивать их нельзя, но и переоценивать тоже не стоит.

А вот другая перспектива — она уже становится реальностью. Можно взять обычный квантовый генератор и преобразовать его радиацию в ультрафиолетовую. Если делать ее все более жесткой, то вполне вероятно превратить и в рентгеновскую.

Лазерное излучение монохромно, как сказал бы художник, или монохроматично, как поправил бы физик. Согласимся и поспорим с обоими: оно действительно одноцветно (от «моно» — «единый» и «хрома» — «окраска»), но так или иначе это не вполне корректно, как заметил бы математик. Оно ведь может быть невидимым (скажем, инфракрасным).