Солнечный луч
Шрифт:
Инфракрасные лучи, например, немного ослабляют эритемное действие длинноволнового ультрафиолета, но присутствие инфракрасных лучей в спектре солнечного излучения в известной мере дополняет действие на организм других его компонентов, обеспечивая главным образом тепловое, согревающее действие солнечного света. Лучи, возникающие в процессе радиоактивного распада атомов (гамма-лучи) или в специальных вакуумных трубках в результате удара о препятствие потока электронов (лучи Рентгена), имеют еще меньшую длину волны, чем ультрафиолетовые лучи. Следовательно, их кванты несут громадную энергию. В нашу задачу не входит описание всех разрушений, которые производит в животном организме мощный поток рентгеновских или гамма-лучей. Действие их вызывает острую лучевую болезнь — бич атомного века. Борьба с лучевой опасностью — одна из важнейших задач,
А нельзя ли использовать антагонизм излучений для борьбы с лучевой опасностью? В течение двух последних десятилетий ученые пытались отыскать в широком спектре электромагнитных колебаний волны, облучение которыми ослабляло бы разрушительный эффект ядерных излучений. К сожалению, надежды не оправдались.
Впрочем, в опытах, проделанных на дрожжах и культурах ткани, было установлено, что ультрафиолетовые лучи, убивающие живые клетки, разрушающие ткани и нарушающие процесс деления, в то же время способны несколько ослаблять вредное действие предшествующего им рентгеновского облучения. Смягчающее действие ультрафиолетовых лучей, в свою очередь, может быть устранено видимым светом. Значит, небольшим реактивирующим действием по отношению к рентгеновским и гамма-лучам могут обладать ультрафиолетовые лучи, более длинноволновые, но все же непосредственно прилегающие к диапазону лучей Рентгена.
Использование фотореактивации в практике
Использование лучей в борьбе с лучевой болезнью не дает значительных результатов по многим причинам. Во-первых, проникающая способность рентгеновских и гамма-лучей очень высока: они могут проходить сквозь тело человека. Ультрафиолетовые лучи, как мы уже знаем, обладают слабой проникающей способностью, поэтому они вызывают изменения лишь в облученном участке кожи. Правда, этот участок сразу же становится источником нервных и гуморальных влияний, охватывающих весь организм, но эти влияния не имеют прямого и непосредственного отношения к повреждающему действию ядерных излучений, как при фотореактивации. Кроме того, изменения, вызванные лучами Рентгена, очень быстро становятся необратимыми. В связи с этим воздействие фотореактивирующего агента должно быть максимально быстрым и достаточно мощным. Имеет значение и то обстоятельство, что классический эффект фотореактивации выработан в течение многотысячелетнего эволюционного развития и направлен против постоянно встречающегося вредного агента — ультрафиолетовых лучей. А против ядерных излучений живой организм не выработал соответствующих защитных приспособлений, поскольку в естественных земных условиях их мощные источники отсутствуют.
Тем не менее принцип «лучи против лучей» нашел некоторое место в арсенале средств борьбы с лучевой болезнью. Действие умеренных доз ультрафиолетовых лучей приводит в известной степени к результатам, противоположным эффекту ядерных излучений. Ультрафиолетовые лучи усиливают процессы кроветворения, которые в организме, пораженном лучевой болезнью, всегда подавлены: поднимают жизненный тонус, общую сопротивляемость организма, повышают деятельность желез внутренней секреции. В связи с этим ученые решили испробовать ультрафиолетовые лучи в качестве средства профилактики лучевой болезни. Здесь, наконец, их ожидала, хотя и скромная, но удача. Организм, подвергавшийся многократному облучению ультрафиолетовыми лучами в эритемных дозах, становится более устойчивым к действию больших доз ядерных излучений.
И еще в одном случае ультрафиолетовые лучи могут оказаться полезными. Лучевые ожоги, дерматиты, язвы, возникающие иногда при лучевом лечении опухолей и других болезней, плохо заживают. Ультрафиолетовые лучи в умеренных дозах ускоряют их заживление.
Есть область практической деятельности человека, в которой фотореактивация сразу же после ее открытия интенсивно используется. Это селекция новых штаммов грибков, вырабатывающих антибиотики. Мы уже говорили, что с помощью ультрафиолетовых лучей у лучистых и плесневых грибков удается получить множество разнообразных мутаций, из которых ученые отбирают наиболее ценные и производительные. Но для получения большого количества мутаций приходится прибегать к высоким дозам ультрафиолетовых лучей, под действием которых большинство облученных грибков гибнет. Чередуя воздействие ультрафиолетовым и видимым светом, С. И. Алиханян и его ученики добились снижения смертности грибков при сохранении высокого процента
Фотореактивация — недавно открытое явление. Изучение его идет быстрыми темпами. Использование скрытой гигантской силы лучей солнечного спектра откроет новые пути в овладении силами и тайнами природы.
Глава VI.
Лазерный луч
В предыдущих главах этой книги речь шла об отдельных областях спектра солнечного излучения — видимом свете, ультрафиолетовых и инфракрасных лучах, различающихся длиной волны и энергией квантов. Действие их на организм было различным именно в силу этих особенностей. Излучение лазеров — искусственного Солнца, созданного руками человека, относится к тому же оптическому диапазону, что и свет настоящего Солнца. Различий в длине волны, частоте колебаний, энергии квантов между излучением лазера и светом Солнца нет. И все же отличие существует, и настолько разительное, что с открытием лазеров в оптике появилась новая глава. Посвятим и мы последнюю главу книги о солнечном луче особенностям его рукотворного собрата.
До сих пор мы рассматривали только один физический механизм излучения квантов света: скачкообразный возврат возбужденного (т. е. обладающего избыточной энергией) электрона в основное, невозбужденное состояние. Избыточная энергия высвечивается при этом в виде кванта излучения, величина которого точно соответствует разности энергетических уровней (возбужденного и основного). Но есть, оказывается, еще один способ высвечивания — так называемое вынужденное, или стимулированное излучение, принципиальную возможность которого еще в 1905—1917 гг. предсказал Эйнштейн. Сущность этого явления, лежащего в основе лазерного излучения, состоит в следующем.
Возбужденный электрон нередко растрачивает некоторую часть своей избыточной энергии в виде мелких квантов инфракрасного излучения, соответствующих энергетическим уровням колебания и вращения атомных ядер. При этом возбужденный электрон переходит на промежуточный метастабильный (триплетный) уровень возбуждения. Чтобы вернуться в исходное основное состояние, электрон, угодивший в триплетную «яму», должен проделать довольно сложный путь: сначала вернуться на главный (синглетный) возбужденный уровень,— а для этого нужно приобрести растраченную ранее энергию,— и затем скачком возвратиться на невозбужденный уровень, отдав избыточную энергию в виде кванта излучения. Таков «обычный», уже знакомый нам механизм.
Но электрон, пребывающий на метастабильном уровне, т. е. в состоянии неустойчивого равновесия, может столкнуть также квант света, пролетающий мимо, если он обладает энергией, точно соответствующей разнице энергий метастабильного и основного уровней атома. Мы встречаемся здесь вновь с разновидностью явления электронного резонанса. В результате вынужденной разрядки метастабильного возбужденного состояния электрон возвращается в невозбужденное, основное состояние, а вместо одного кванта мы имеем два кванта, обладающие одинаковой энергией, длиной волны (а значит, и частотой) и, что самое удивительное, одинаковой фазой колебаний (см. рис. 20), и распространяющиеся в одном направлении.
Свет — это диалектическое единство прерывности и непрерывности, корпускулярных и волновых свойств. В обычных температурных источниках света возникающие фотоны движутся хаотически, освобождаются несинхронно и отличаются определенным, более или менее выраженным, статистическим распределением частот и длин волн. Поэтому излучение обычных источников (в том числе и Солнца) полихроматично, ибо содержит всегда довольно широкий набор длин волн — «разноцветное» свечение; оно некогерентно, так как каждый квант излучается как бы сам по себе, вне связи с другими, и распространяется поэтому непараллельно с другими квантами и не в одной с ними фазе колебаний.