Файл: Васин, М. Д. Жидкая радуга.pdf

науке жидкокристаллические вещества, простирается от минус 40 до плюс 285 градусов. Достаточно прило­ жить к поверхности металлической детали подходя­ щую термочувствительную пленку, как возникнет мно­ гоцветная картина, по которой нетрудно обнаружить нарушения в тепловом потоке, вызванные трещинами, пустотами или порами в материале, некачественными соединениями в конструкции, закупоркой каналов, предназначенных для циркуляции жидкостей.

Если конфигурация детали сложна, а нужны особо точные данные, поступают так: на поверхность дета­ ли наносят черную краску, а поверх нее тонкий слой жидкого кристалла. Такая методика позволяет заме­ чать разницу температур в тысячные доли градуса, причем между точками, находящимися друг от друга на расстоянии меньше миллиметра. Подобный прием используется также для некоторых исследований в

НАЗАД, К РЕПТИЛИЯМ!

Наносить слой жидкого кристалла кистью или в ви­ де готовой пленки прикладывать его к человеческой коже и к деталям машин, чтобы сделать видимым тем­ пературное поле, далеко не всегда удобно. Такой спо­ соб ориентироваться в мире теплоты не удовлетворяет новейших запросов науки и практики. И традиционные термометры, и жидкокристаллические пленки, по су­ ществу, служат средством теплового осязания, хотя весьма чувствительного и точного. А с помощью са­ мого совершенного осязания нельзя достаточно полно представить себе инфракрасную картину окружающе­

46

го мира во всем ее разнообразии, со всеми оттенками

ипереходами.

Оразнообразии, выразительности тепловых обра­ зов, обступающих нас со всех сторон, сказано не для красного словца. Как известно, диапазон видимого света охватывает семь основных цветов спектра — от фиолетового до красного — и огромное количество оттенков. За инфракрасной зоной находится целый мир радиоизлучений с многочисленными диапазонами. А с другой стороны радуги, начиная от фиолетовой полосы, лежат еще несколько обширных областей не­ видимых излучений. Там — знакомые всем по пляжу ультрафиолетовые лучи, убивающие жизнь и застав­ ляющие нашу кожу в целях защиты организма при­ обретать темный цвет, загар. Там — тоже опасные в больших дозах, но много и давно помогающие в ме­ дицинских обследованиях, в научной и инженерной ра­ боте лучи Рентгена.

47

Велико, необозримо разнообразие излучений. Но если сложить их вместе — свет видимый, ультрафио­ летовый, рентгеновские лучи и радиоволны, то окажет­ ся, что вся эта «сумма» не идет ни в какое сравнение с миром «теплого света». Около 80% энергии, выделя­ емой во вселенной, приходится на долю инфракрасно­ го излучения. Следовательно, примерно такую же часть информации о Земле, планетах, звездах, галак­ тиках несут с собой «черные лучи». Научиться видеть' их весьма заманчиво.

Над созданием аппаратов, которые помогли бы нам окинуть взором неведомый мир многокрасочной тем­ ноты, ученые разных стран быотся не один десяток лет. Но сделать «черные лучи» зримыми для человече­ ского глаза оказалось чрезвычайно сложной пробле­ мой. Причин много. Это и беспредельное многообра­ зие длин волн, которые составляют инфракрасный спектр, и низкая энергия тепловых лучей, и стреми­ тельное уменьшение свечения тел по мере снижения их температуры, и трудность создания такой искус­ ственной сетчатки, которая могла бы, с одной сто­ роны, воспринимать ничтожные температурные конт­ расты, а с другой — не замечать мощных тепловых помех.

И все же десятки аппаратов разных типов и наз­ начений для восприятия излучения в инфракрасной области спектра уже выпускаются серийно. Среди них — тепловизоры, разработанные Государственным оптическим институтом имени С. И. Вавилова, Все­ союзным электротехническим институтом имени В. И. Ленина и другими научными учреждениями.

Как же удалось преодолеть трудности? Конечно, тут не обошлось без хитростей.

48

ОКИНЕМ ИНФРАКРАСНЫМ ВЗОРОМ

Нарисуем на листе с печатным текстом человечка. Он состоит из определенного числа букв и строк. Его силуэт можно воспринимать целиком, а можно и по частям, сосредоточивая внимание сначала на одной букве, затем на второй, третьей и т. д.

Именно такой способ восприятия зрительных об­ разов широко применяется в технике. Удобен он и для тепловизора. Искусственный «инфракрасный глаз» разглядывает не сразу всю тепловую картину, раз­ вертывающуюся перед ним (она зачастую слишком бледна для него), а словно читает ее — буква за бук­ вой, строка за строкой. Каждая «буква» — это неболь­ шой участок рассматриваемого объекта или природно­ го ландшафта, практически точка. Черный свет от этой точки, пройдя через оптическую систему, попа­ дает на крохотную площадку, покрытую слоем фото­ сопротивления. Это и есть сетчатка искусственного глаза. Чтобы увеличить ее чувствительность и оградить от посторонних тепловых воздействий, ее непрерывно охлаждают жидким азотом.

Дальше все просто. Взглянет аппарат на точку — ее изображение спроецируется на сетчатку. Если точ­ ка горячая, невидимые лучи, посланные ею, окажут более энергичное воздействие на чувствительный слой, в большей степени уменьшат сопротивление току. В этот момент сила электрического сигнала увеличива­ ется. Если точка нагрета меньше, через фотосопротив­ ление пройдет ослабленный электрический ток.

Электросигналы, преобразованные специальной схемой, попадают в электронно-лучевую трубку — примерно такую же, как в телевизорах. Электронный луч воспроизводит на экране трубки точку, видимую аппаратом, за ней другую, третью, наконец всю стро-

ку, всю открывающуюся перед инфракрасным оком картину. Изображение на экране можно сфотографи­ ровать, а можно заставить электронный луч рисовать увиденные аппаратом инфракрасные образы на элек­ трохимической бумаге.

Скорость, с которой аппараты рассматривают на­ ходящиеся перед ними объекты и предметы, различна: одни успевают проглядеть весь кадр и изобразить его на экране за долю секунды, у других на это уходит несколько минут, но зато они читают и воспроизво­ дят «буквы и строчки» более тщательно.

Современный «инфракрасный глаз» способен на рас­ стоянии обнаруживать тепловые контрасты в десятые и даже сотые доли градуса. Это позволяет быстро ре­ шать научные и практические проблемы, еще вчера казавшиеся трудноразрешимыми. Например, недавно в цехах ленинградского завода «Электросила» появил­ ся небольшой тепловизор. Его помещают в полость

50

статора, и Он перемещается там, вращая «головой» (приемником излучений), тщательно «осматривая» внутреннюю поверхность сложной детали. Темпера­ турные аномалии регистрируются нм с точностью до 0,1 градуса. Подобные аппараты могут отыскивать де­ фекты в крупных металлических отливках, находить очаги «болезни» в двигателях, генераторах, насосах.

Установленный на вертолете или на каком-либо средстве наземного транспорта электронный тепловизор способен следить за состоянием городских подземных коммуникаций, нефтепроводов, дренажных систем. Осматривая землю и водное пространство с самолета, «инфракрасное око» отлично видит костры в лесу, лесные пожары, океанские течения, рыбьи стаи, тре­ щины во льду, занесенные снегом, устанавливает, хо­ рошо ли увлажнены и удобрены поля, созрела ли пше­ ница и рожь.

ТРЕВОЖНЫЙ ЦВЕТ БОЛЕЗНИ

«Электронный термоглаз» может успешно иссле­ довать инфракрасный облик человеческого тела. А оно в этой области спектра буквально сияет и светит­ ся, будто электрическая станция в ночи. Каждый квад­ ратный сантиметр человеческой кожи непрерывно ис­ пускает около 40 милливатт лучистой энергии, а вся кожа — столько, сколько добрый десяток электриче­ ских лампочек средней величины. Немудрено, что «инфракрасное око» при таком «освещении» замечает симптомы целого ряда заболеваний.

С помощью ученых Государственного оптического института имени С. И. Вавилова тепловизнонные и термографические центры созданы в нескольких ле­ нинградских медицинских учреждениях. Специалисты

51

Научно-исследовательского института скорой помощи имени И. И. Джанелидзе используют «черные лучи» для исследования переломов, вывихов, ран, ушибов, нарушений периферического кровообращения и наблю­ дения за ходом заживления поврежденных тканей. Изучается также возможность применения «инфра­ красного глаза» для обнаружения острых воспалитель­ ных заболеваний органов брюшной полости.

Ученые Всесоюзного научно-исследовательского ин­ ститута акушерства и гинекологии стараются научить­ ся следить за внутриутробным развитием ребенка с помощью тепловизоров. Этот метод более всего при­ влекает специалистов тем, что он совершенно безвре­ ден и для матери, и для зарождающегося организма.

Но особенно энергично развиваются исследования, связанные с использованием инфракрасных излучений для диагностики, клинической оценки, прогнозирова­ ния и наблюдения за лечением злокачественных и доброкачественных опухолей. В Ленинградском научноисследовательском институте онкологии имени Н. Н. Петрова действуют два термографических каби­ нета, исследуются сотни больных.

Наиболее разработан метод инфракрасной диаг­ ностики рака молочной железы. По точности он не ус­ тупает испытанным классическим методам онкологии, но требует на обследование не две недели, а 20 минут. Такие обследования уже начали проводить специали­ сты Научно-исследовательского института онкологии имени Н. Н. Петрова.

— Тепловизоры делают первые шаги в науке и практике,— говорит руководитель разработок профес­ сор М. М. Мирошников.— Чем совершеннее они будут, тем глубже мы сможем проникнуть в малоизученный мир инфракрасных излучений, тем легче нам будет ле­ чить болезни, искать полезные ископаемые и источни-

52

ки воды, контролировать заводскую технологию, изу­ чать скрытые ныне от глаз физические и химические процессы.

— Не исключено,— добавляют кристаллографы,— что усовершенствовать тепловизоры помогут жидкие кристаллы.

В самом деле, представьте себе, что вместо искус­ ственной сетчатки— пластинки, покрытой фотосопро­ тивлением, мы поместили в аппарат экран из жидко­ кристаллической пленки. Наведем объектив теплови­ зора на человека, который находится в темной комна­ те, и тепловые лучи, идущие от его тела, спроецируются на экран. Под действием тепла жидкий кристалл оживет, засветится красками: лоб — прохладным оран­ жевым цветом, глазные впадины — теплым голубым, область сердца — горячим синим, район желудка (ес­ ли человек только что съел мороженое)— холодным красным.

53