Итак, у ядра тория-229 (радиоактивный изотоп с периодом полураспада 7 тысяч лет) есть возбужденное состояние с неимоверно маленькой по ядерным масштабам энергией 7.6 электронвольта (типичные энергии возбуждения ядер - мегаэлектронвольты, все студенты, делавшие лабораторную работу "Определение энергии гамма-кванта методом поглощения" у нас в практикуме, не дадут мне соврать), так что при гамма-распаде такого ядра получаются не гамма-кванты, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны, всего в два с копейками раза меньшей, чем длина волны фиолетового света. На таком переходе можно попробовать сделать гамма-лазер, который не будет давать гамма-излучения, но будет иметь одно очевидное достоинство (помимо создания когнитивного диссонанса) по сравнению со всеми предыдущими проектами гамма-лазеров (типа пресловутой гафниевой бомбы) - он реализуем! Напомню, что основная проблема, делающая невозможными все более ранние проекты гамма-лазеров на возбужденных ядрах - отношение вероятностей спонтанного и вынужденного излучения равно кубу частоты, так что для того чтобы традиционный гамма лазер заработал, нужна не только среда с инверсной заселенностью, но и неимоверно высокая начальная плотность излучения.
Для создания лазера нужно, во первых, поместить атомы тория в какую нибудь прозрачную для их излучения среду. Именно для этого предлагается использовать то вещество, химическую формулу которого так тщательно выписывали журналисты, видимо полагая, что именно в ней самая суть. Это кристалл, который, во первых, хорошо допируется торием, а в более важных вторых, ширина запрещенной зоны у него 10 эВ, так что фотоны с энергией 7.6 эВ в нем поглощаться не могут (есть еще пункт 2а - в этом веществе невозможен процесс т.н. электронной конверсии, то есть передачи энергии ядром непосредственно электрону, энергии ядра опять таки не хватит для того, чтобы забросить электрон в зону проводимости). Во вторых, надо как то создать инверсную заселенность. Проще всего это сделать с помощью трехуровневой схемы, но возникает одна проблема - третий уровень ядра тория-229 имеет энергию 42 кэВа, совсем не оптический диапазон ... Автор информационного повода нашел выход: это ядро имеет спин, так что при наложении сильного магнитного поля основное состояние расщепляется на пять подуровней, ядро пытается перейти на наинизший из этих новых уровней, а верхний из них опустошается, так что между последним и 7.6-эВным возбужденным состоянием относительно легко сделать инверсную заселенность.
Человек опытный может спросить: а какой толк городить весь этот огород с ядрами, если в результате мы получим просто обычный ультрафиолетовый лазер? В синопсисе перечисляются обычные унылые применения: сверхточные атомные (то есть уже ядерные) часы, кубиты... Но более общественно-значимым выглядит вот что: период полураспада возбужденного состояния ядра целых два с половиной часа, то есть такой лазер можно будет неторопливо накачать энергией и довольно длительное время держать в заряженном состоянии, а потом выпустить всю энергию в одном
Fun fact: наинизшее возбужденное состояние атома гелия (подчеркиваю, электронных оболочек, не ядра!) живет в среднем 2 часа 10 минут (соответственно, период полураспада полтора часа) и выделяет при переходе в основное состояние 19.8 эВ, то есть заметно больше, чем вышеописанный ядерный переход. Некие безумные люди даже хотят использовать возбужденные атомы гелия в качестве ракетного топлива. Но есть одна техническая проблемка: возбужденные атомы так долго живут только в вакууме, если не контактируют ни с чем другим, включая другие атомы гелия.
Комментарии (0)