Vislielākais burtu izmērs
Lielāks burtu izmērs
Burtu standarta izmērs

Zinātnes kafejnīca „Lāzeri” (video)
Kristīne Velika, Universitātes Avīze
30.04.2010

29. aprīlī Latvijas Universitātes kafejnīcā Raiņa bulvārī 19 notika kārtējais Zinātnes kafejnīcas pasākums par tēmu – lāzeri.

Kā jau ierasts, vadītāja lomā iejutās Juris Šteinbergs un ekspertus pārstāvēja pētnieki no Latvijas Universitātes institūtiem. Prezentācijas par lāzeriem sanākušajiem viesiem rādīja Fizikas un matemātikas fakultātes elektronikas inženieris un LU Lāzeru centra pētnieks Juris Ulmanis, Cietvielu fizikas institūta pētnieki Anatolijs Šarakovskis un Aivars Vembris un Atomfizikas un spektroskopijas institūta Biooptikas un šķiedru optikas laboratorijas pētnieks Aleksejs Ļihačovs.

Zinātnes kafejnīcā apmeklētājiem, kuri ikdienā nav saistīti ar fizikas nozari, interesanta lieta izrādījās, ka vārds „lāzers” patiesībā ir abreviatūra, angļu valodā tas skan tā – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (latviski – gaismas pastiprināšanās stimulētas starojuma emisijas rezultātā).

Juris Ulmanis prezentācijā mēģināja izskaidrot, kas ir lāzers, kā tas veidojas. Pētnieks klātesošajiem „vienkāršā” valodā paskaidroja un demonstrēja lāzeru veidošanās procesu. Kā pētnieks uzsvēra, lāzera abreviatūras skaidrojums ir pāris vārdos izteikta lāzera stara veidošanās gaita. Lāzera pamatā ir tas, ka atoma kodolam apkārt kustas tādas atoma elementārdaļiņas kā elektroni. Ja elektroniem tiek pievadīta enerģija, tad tā paceļ elektronus citā enerģijas līmenī (elektroni tiek ierosināti). Pēc kāda laika elektroniem atgriežoties savā sākotnējā stāvoklī, tie izstaro elementārdaļiņas – fotonus (gaismu). Fotonam, trāpot citam ierosinātam elektronam, no šī elektrona arī atdalās fotons. Tā no viena fotona lavīnas veidā var rasties daudzi fotoni, kas gala rezultātā dos lāzera staru. Fotonus, lai panāktu to lavīnveida pavairošanos, „dzenā” optiskajā rezonatorā. Parasti par optisko rezonatoru izmanto divus spoguļus. Kā demonstrācijā tika rādīts, vienu no spoguļiem uztaisa vairāk caurlaidīgu, lai fotoni, kas „skraida” rezonatorā var caur to vienu spoguli tikt laukā, tādejādi veidojot staru kūli. Kā priekšnoteikums lāzeram ir tas, ka nepieciešama aktīvā vide (atomi), apdzīvotību inversija (pietiekami daudz ierosināto elektronu) un rezonators fotonu lavīnveida pavairošanai. Prezentācijā tika atklāts, ka lāzeriem piemīt šādas iezīmes – virzīta izplatīšanās (stars), monohromatiskums (lāzers izstaro viena nemainīga viļņa garumu) un koherence („sakopētie” fotoni). Lāzers atšķirībā no parasta gaismas ķermeņa (piemēram, spuldzītes) gaismu izstaro vienā virzienā, kamēr parastie gaismas ķermeņi – uz visām pusēm. Lāzerus ikdienā izmanto daudzās jomās. Lāzeri izmēru ziņā ir ļoti dažādi, jo lielākais lāzers uz Zemes ir 4 km garš, bet īsākie – dažu atomu lielumā.

Anatolijs Šarakovskis pastāstīja, ka uz dažādiem materiāliem var iedarboties ar dažādiem fizikāliem lielumiem un spēkiem (temperatūru, spiedienu, radiāciju, elektrisko lauku u.c.), ieskaitot arīdzan gaismu. Gaisma savukārt ierosina luminiscenci. Luminiscence ir atkarīga no gaismas viļņa, kas to ir ierosinājis. Visērtāk pētīt šo parādību ir tieši ar lāzeriem kā gaismas viļņiem, jo tie ir monohromatiski, ar konstantu viļņa garumu un intensīvu krāsu. Vēl prezentācijā Anatolijs Šarakovskis izrādīja institūta lepnumu – Pikosekunžu pārskaņojamo lāzeru. Tika izstāstīts, no kādiem blokiem iekārta sastāv un kādi procesi katrā blokā notiek.

Aivars Vembris prezentācijā atklāja lāzeru pielietojumu. Lāzeri tiek pielietoti zinātnē, medicīnā, cilvēku sadzīvē un militārajā jomā. Pateicoties tieši militārajai jomai cilvēkiem un zinātniekiem ir tāda lieta kā lāzeri, jo kā daudzas citas lietas arī lāzeri sākotnēji bija paredzēti militārās sfēras vajadzībām. Zinātnē lāzerus izmanto lāzeru spektroskopijā. Ar lāzeru palīdzību mēģina izprast vielu optiskās īpašības (piemēram, caurlaidību), ko atsevišķām vielām var izprast tikai ar lāzeru palīdzību. Lāzeri noder arī vielu dzesēšanai, panākot vielas temperatūras pietuvošanos ļoti zemām temperatūrām (absolūtajai nullei). Lāzeri faktiski ir vienīgie līdzekļi arī hologrāfiju ierakstīšanai. Lāzerus izmanto attālumu mērīšanai. Piemēram, izmantojot lāzeru, mēra attālumu līdz Mēnesim, pateicoties tam ir noteikta Mēness orbīta, attālums līdz Zemei no dažādām vietām. Prezentācijā tika parādītas arī „optiskās pincetes”. Sadzīvē lāzeri ir nepieciešami rūpniecībā, kur ar to palīdzību var izgriezt ļoti precīzas detaļas no metāla, plastikas, kā arī citur. Interesantākais ir tas, ka šo precizitāti panāk un faktiski griež, izmainot lāzera jaudu. Līdzīgi notiek arī gravēšanā stiklā, kur konkrētos punktos stikla virsmā tiek izmainīta struktūra un veidojas gravējums. Konkrētam materiālam atbilst noteikts lāzers, jo, piemēram, zaļais lāzers neko nevar stiklā iegriezt, savukārt sarkano lāzeri absorbē gandrīz visi materiāli. Tāpat lāzeri tiek izmantoti lāzerprinteros un telekomunikācijās. Militārajā jomā lāzerus izmanto lidmašīnās citu lidaparātu noteikšanā un iznīcināšanā, raķešu vadīšanā – ar lāzeriem nosaka mērķi un tad raķete lido to iznīcināt, kā arī lāzeri tiek izmantoti dažādos tēmekļos. Pēdējo mūsdienās ir pārņēmuši arī mērnieki, tikai lai noteiktu precīzus lielumus, līmeņus un attālumus. Protams, ka ir jāpiemin arī lāzerpointerus, kas iespējams nākotnē izkonkurēs klasēs un auditorijās iepriekš pierastos tāfeļu rādāmkokus.

Aleksejs Lihačovs prezentācijā stāstīja par lāzeru izmantošanu Latvijas medicīnā. Latvijā lāzerus izmanto pret ādas vēzi – fotodinamiskā terapija. Tā noris tā, ka pacients izdzer sulu, kurā ir īpašas vielas, kas pēc 2-3 stundām pielīp pie vēža šūnām, un tad šīs vēža šūnas tiek apstarotas ar sarkanajiem lāzera stariem. Pati procedūra nav sāpīga un aizņem neilgu laiku – 20-30 minūtes, tikai jāievēro piesardzība – jālieto aizsargbrilles. Pats galvenais, pēc šīs procedūras ir liels skaits izveseļošanās gadījumu. Lāzerus izmanto arī diagnostikā, kur ierosina luminiscenci, kā rezultātā vēža šūnas „spīd” citā krāsā nekā veselā āda – ārsti var noteikt, kur ir problēma. Tāpat lāzerus izmanto „ādas fluorescences dzīšanas parametru attēlošanā” un asinsrites sistēmas stāvokļa novērtēšanā. Tika pieminēts, ka āda saglabā lāzeru pēdas (līdzīgas kā saules apdegumus) vēl vairākas dienas pēc procedūrām – ādas atmiņa, tāpēc jāizvērtē nepieciešamība pēc šīm procedūrām un jāievēro piesardzība arī ikdienā. Arī jautājumu daļā, atbildot uz jautājumiem, tika paskaidrots tuvāk, ka lāzeru izmantošanu pret vēzi izmanto vairākās Latvijas slimnīcās no 2001.gada, visvairāk tieši pēdējos 2-3 gados. Vēl joprojām nav īsti skaidrs, kādu iespaidu šīs procedūras atstāj uz cilvēka veselību ilgākā laika periodā, vēl joprojām norit pētniecības process.

Kā jau parasti visi interesenti pēc prezentācijām varēja uzdot jebkādus interesējošos jautājumus, jo zinātnes kafejnīcas mērķis ir izzināt jaunas lietas.

Jautājumi bija par lāzeru reālajām iespējām, salīdzinot ar to, ko rāda dažādās fantastikas kinofilmās. Viens no jautājumiem bija par lāzera staru atstarošanu ar parastu spoguļu palīdzību, aizstāvoties pret iznīcinošo starojumu. Tomēr realitātē izrādās, ka šādi lielas intensitātes lāzeru stari šos spoguļus apdedzinātu vai pat izdedzinātu caurumu, bet ne atstarotu. Tajos kosmosa staciju spoguļos, ko izmanto uztverot lāzera starus no Zemes (interesanti, ka atmosfērā ir vietas, kurās neabsorbē gaismu), ir pavisam cita uzbūve – tie starojumu uztver pakāpeniski, jo sastāv no vairākiem slāņiem. Tomēr jautājumā, kā tad var lāzerus izmantot medicīnā, „neko neizdedzinot” cilvēka ķermenī, atbildēja skanēja, ka tiek ievēroti dažādi drošības noteikumi, kas tad arī pieļauj šo līdzekļu izmantošanu. Tomēr īstas skaidrības par drošumu nav, tāpēc no ekspertu puses atskanēja pat padoms: „Neskatieties uz lāzeru ar atlikušajām acīm”. Cits jautājums, vai nākotnē lāzeri ir reāli ieroči, uz kuru atbilde skanēja noraidoši, pat tika pieļauts, ka koncentrēti saules stari drīzāk varētu kaitēt. Iespējams, ka nākotnē fizika atklās kādas šīs iespējas. Piemēram, mūsdienās tanku nebūtu iespējams iznīcināt, jo, lāzers, saskaroties ar metālu, sāktu to kausēt. Irākā tiek izmantoti ķīmiskie lāzeri raķešu notriekšanai, kas izpaužas, kā raķetes vai degvielas uzkarsēšana vai trajektorijas mainīšana. Vēl cits jautājums – kā iespējams ar lāzeru sagriezt papīru, to nesadedzinot – un izrādās, ka tas ir iespējams, jo papīrs sadeg griezuma vietā, bet tā kā notiek strauja un ātra stara pievadīšana, tad liesmas nepaspēj izplatīties. Tikpat smalki ir medicīnā, ar lāzeriem veicot gan audu griešanu, sadedzinot noteiktus audus, gan šūšanu, sakausējot audus. Atšķirība starp šīm pretējām parādībām ir izmantotajā jaudā, kura ir mazāka, veicot audu šūšanu. Interesants jautājums tika izteikts, kāpēc nav rozā lāzeru, bet ir zaļi, zili, sarkani? Izrādās, ka zils, zaļš un sarkans, tās ir pamatkrāsas, bet rozā krāsai nav noteikta viļņa garuma un tā atrodas pārejā starp sarkano un zilo krāsu. Lāzerā nav iespējams apvienot šo abu krāsu starus, jo tad zudīs lāzera īpašības, tāpēc rozā lāzers nav iespējams.

Zinātnes kafejnīcas nobeigumā klātesošajiem bija iespēja apskatīt un pašiem izmēģināt lāzeru grafiti. Tādējādi Zinātnes kafejnīcas apmeklētājiem radās plašāks priekšstats par lāzeriem, kurus ļoti plaši izmanto 21.gadsimtā.