Лазеры: как чудо-лучи делают нашу жизнь комфортнее и безопаснее

В том, что происходит сейчас в портах Дальнего Востока, как будто смешались сразу несколько фантастических произведений — и «Остров погибших кораблей», и «Гиперболоид инженера Гарина», и еще куча историй про роботов или пришельцев с лазерными пушками. Такое оружие уже есть, применяется оно вовсе не только в военных целях. Например, одна разработка ученых из Троицка с берега прожигает металлические борта ржавых брошенных кораблей, от которых сейчас очищают гавани по всей стране.

Само слово «лазер» расшифровывается как «усиление света посредством вынужденного излучения» на английском. Суть вот в чем: специальный прибор с помощью импульса возбуждает атомы. Они излучают световую энергию — фотоны, которые прибор собирает в пучок. Самое важное, что этот луч состоит из волн одинаковой длины, что и дает ему такую сконцентрированность и пробивную силу. Применений куча! На днях NASA установило лазерную связь с межпланетной станцией «Психея», находящейся в 16 миллионах километров от Земли. Это примерно в 40 раз дальше, чем Луна!

Появлению лазеров, конечно, предшествовали и мечты фантастов, и большая работа ученых. Первый реальный лазер создал в 1960-м американский физик Теодор Майман. А путь массовому применению проложила совместная работа советского и американского ученых Жореса Алферова и Герберта Кремера. Мощные лазерные установки сегодня меняют направление молний и даже имитируют на Земле процессы, происходящие внутри Солнца или черной дыры, как, например, на создаваемой в Сарове научной станции.

Но больше всего, наверное, радует и удивляет применение чудо-лучей в медицине. Ученые из Нидерландов создали прибор, который делает безболезненными уколы. В нем лазер действует на жидкость, вызывая в ней микровзрывы и повышая давление. Тоненькая струйка вырывается наружу, как игла, и пробивает кожу.

А врачи из Сеченовского университета первыми в мире вылечили синим лазером отосклероз. При этой болезни в среднем ухе теряется подвижность самой маленькой косточки нашего тела — стремечка — и человек глохнет. Лазер точнейшим образом проделывает в ней отверстия и улучшает слух, иногда даже возвращая его полностью.

Цвет лазера имеет большое значение. Обычно в хирургии используют инфракрасный с длиной волны 10 тысяч нанометров. А здесь применили синий, у которого всего 450. В итоге прибор получился намного меньше и дешевле. Не говоря уже о том, что раньше такие операции проводили обычными инструментами, рискуя повредить, например, расположенный рядом вестибулярный аппарат.

Эдуард Синьков, врач-оториноларинголог высшей категории Клиники уха, горла и носа УКБ №1 Клинического центра Сеченовского университета Минздрава России: «Когда мы используем лазеры, мы, по сути, испаряем эту кость, то есть она ни в коем случае не может попасть внутрь ушного лабиринта. Эта длина волны отражается в жидкости и рассеивается, тем самым она тоже не приводит к перегреванию внутри лабиринтной жидкости. Это тоже очень важное условие, потому что если повышается на несколько градусов температура внутри лабиринтной жидкости, то могут погибнуть слуховые волосковые клетки».

Подбирая разные длины волн и стреляя ими в разные мишени, можно добиваться и полезных эффектов, и проводить интересные опыты. Лазер нагревает и плавит только те поверхности, которые его поглощают. И тут важен цвет. Если луч направить на черный шарик, который находится внутри прозрачного, то лопнет только черный, а прозрачный невредим, потому что такой материал не задерживает, а пропускает луч лазера. Это же свойство лазера используют и при операциях на опухолях, когда раковые клетки буквально травят, не повреждая при этом здоровые. Схема, например, такая — ввести в организм чувствительное к лазеру вещество, которое накопится именно в опухоли.

Игорь Козлов, инженер Сеченовского университета: «Вещества эти тоже непростые. Они при облучении определенной длиной волны производят активные формы кислорода или другие радикалы. Они как бы опухоль изнутри окисляют, то есть уничтожают. При этом другие ткани могут быть мало затронуты».

Игорь Козлов и другие инженеры Сеченовского университета вместе с врачами из центра нейрохирургии имени Бурденко разрабатывают сейчас и лазерный прибор для контроля за кровотоком во время операций. Это позволит отказаться от контрастных препаратов, которые используют сейчас. Ведь они создают дополнительную лекарственную нагрузку на больного.

Свое применение лазеры нашли даже в сфере искусства. В лаборатории научной реставрации драгоценных и археологических металлов Эрмитажа стоят 17 лазеров, с помощью которых сваривают, чистят, режут и изготавливают детали. Есть устройства для сканирования и исследований. Причем некоторые создавались под конкретные объекты.

За год через лабораторию проходит около 1700 экспонатов из металла, кости, фарфора. Уникальная технология разработана и для того, чтобы искусством могли наслаждаться люди из разных уголков Земли.

Игорь Малкиель, заведующий лабораторией научной реставрации драгоценных и археологических металлов Государственного Эрмитажа: «Этот предмет — оптоклонирование, производится он с помощью специальной машины, в которую встроены три лазера — красный, синий и зеленый. Фокусируются в одной точке, дальше переносится изображение с оригинала на стекло. Стекло толщиной всего 2 мм, там находится эмульсионный слой, который проявляется, закрепляется и при определенном свете вы вряд ли отличите оригинал от оптоклонирования».

С помощью лазера создают и новое искусство. Институт лазерных технологий ИТМО организовал в Петербурге специальную мастерскую, где совершенствуют, например, лазерную маркировку, когда луч переносит нужную картинку на металл путем испарения частиц с его поверхности. Цвет изображения зависит от степени окисления материала под действием пучка света.

В ИТМО разрабатывают и настоящую лазерную кисть: с ее помощью художник сможет рисовать лучом по металлической пластине. Причем цвета зависят от скорости движения руки, что непривычно для нашего мозга. Может быть, прибор найдет
свое место не только в творчестве, но и в медицинской реабилитации.

Чудо-лучи, конечно, пришли и в сферу развлечений. И речь вовсе не только про стрелялки в лазертагах. Многие кинотеатры переходят на лазерные проекторы: они тратят существенно меньше энергии, чем ламповые. И имеют массу других достоинств.

Лазеры, конечно, еще удивят нас, и неоднократно. Например, с их помощью исследователи уже почти научились расшифровывать структуры белковых молекул, что сулит настоящую революцию в биологии, медицине и фармацевтике.

Все выпуски программы «Чудо техники».