Liečivé lúče

Od čiarových kódov v obchodoch cez meranie znečistenia ovzdušia až po kompaktné disky v našich prehrávačoch: laser sa stal takou bežnou súčasťou našich životov, že jeho prítomnosť už dávno nevnímame ako čosi nové, nezvyčajné. Vedci a technici však neustále prichádzajú na nové a lepšie spôsoby jeho využitia.

Jednou z takých oblastí, kde sa využitie lasera neustále skúma a rozširuje, je medicína. V niektorých odboroch ako napríklad oftalmológia, dermatológia či urológia umožňuje sústredená a presne kontrolovateľná energia lasera priamo chirurgické zákroky, pri ktorých nahrádza skalpel v ľudskej ruke. V iných odboroch slúži pri počítačovej tomografii ako optický nástroj umožňujúci diagnostiku a rekognoskáciu terénu ešte pred chirurgickým či rádioterapeutickým zákrokom. Takéto využitie lasera však vonkoncom nie je v medicíne druhoradé alebo menej dôležité.

Stimulované žiarenie

Laser je prístroj emitujúci koherentné elektromagnetické žiarenie, čo je žiarenie, ktorého lúče majú zhodnú fázu, smer šírenia aj vlnovú dĺžku. Názov pochádza z anglickej skratky Light Amplification by Simulated Emission of Radiation a znamená zosilnenie svetla pomocou stimulovanej emisie žiarenia. Je to riadené vyžarovanie fotónov pri prechode elektrónov z vybudených stavov naspäť do základných. Elektróny sú stimulované interakciami s inými fotónmi, takže vhodným stimulátorom je svetlo výbojky alebo aj iného lasera. Ním sa stimulujú elektróny takmer v akýchkoľvek materiáloch okrem kovov. Proces prebieha vnútri rezonátora, ktorým bývajú najčastejšie dve rovnobežné zrkadlá. Tie spôsobia, že vyžiarené fotóny sa odrážajú naspäť, opakovane prechádzajú cez materiál aktívnej látky, vyvolávajú ďalšiu stimulovanú emisiu a ich množstvo sa lavínovito násobí. Po prekročení stanovenej energie naakumulovaných fotónov jedno zo zrkadiel, ktoré je polopriepustné, prepustí laserový lúč. Takto usmernený prúd fotónov môže prenášať veľké množstvo energie, ktorú je možné ďalej využiť. Teoreticky vyplynula možnosť zostaviť podobné zariadenie z prác priekopníkov kvantovej teórie i teórie relativity na začiatku 20. storočia. Princíp zámerne vyvolaného vyžiarenia svetelných kvánt z atómov popísal Albert Einstein už v roku 1917, na praktické zostrojenie si však laser musel ešte takmer polstoročie počkať. Fyzici Charles Townes, James Gordon a Herbert Zeiger predstavili v roku 1953 prvý maser – prístroj, ktorý pracuje na rovnakom princípe, ale generuje mikrovlnné žiarenie. Až v roku 1960 predviedol fyzik Theodore Maiman v New Yorku prvý funkčný laser na svete, ktorý ako aktívny materiál využíval kryštál rubínu.

Výroba oblakov

Okrem typu použitej aktívnej látky možno lasery rozlišovať podľa množstva vyprodukovanej energie. Na jednom konci škály budú relatívne neškodné lasery používané v spomínaných CD prehrávačoch a čítačkách čiarového kódu, ktorých výkon nepresahuje 0,4 μW. Na opačnom konci budú lasery s výkonom 5 mW a viac, ktoré môžu človeku spôsobiť vážne poranenia aj smrť. Lasery sa vďaka schopnosti sústrediť veľké množstvo energie na malej ploche používajú na rezanie a vŕtanie materiálov. Ich schopnosť produkovať monochromatické svetlo sa využíva pri spektroskopii. Premena energie svetelného lúča na tepelnú zasa umožňuje napríklad tepelné opracovávanie povrchov materiálov bez ich poškodenia či narušenia. Spôsobov ich využitia je však omnoho viac. Vedci sa napríklad snažia využiť lasery s vysokým výkonom na modelovanie počasia. Vo švajčiarskej Ženeve dokázali výskumníci už pred desiatimi rokmi použitím infračervených laserov experimentálne zasiať zárodky oblakov. Lúče vytvorili v prostredí relatívne nízkej 70-percentnej vlhkosti vodné kvapky s veľkosťou niekoľko mikrónov. Hoci na vyvolanie dažďa takáto veľkosť kvapiek zatiaľ nestačí, sľubnou je už samotná možnosť vyvolať kondenzáciu vodných pár v prírodnom prostredí s menšou ako 100-percentnou vlhkosťou.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 10/2020. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

R, foto Pixabay

Komentáre