Аргон широко використовується як робоче тіло сучасних газових іонних лазерів. У чому переваги застосування аргону у цій галузі? Яке місце займають аргонові лазери у техніці, медицині та індустрії розваг?
З чого все починалося
Перші наукові відкриття, на основі яких створено лазер, було зроблено ще Альбертом Ейнштейном у 1917 році. Однак знадобилося чотири десятиліття та безліч додаткових досліджень, щоб ці розробки були втілені у життя. Перший лазер був сконструйований Теодором Мейманом, американським фізиком, який на той час працював на Hughes Aircraft — велику авіабудівну корпорацію. Як робоче тіло для свого лазера Мейман використовував стрижень зі штучного рубіна. Такий лазер випускав не безперервний промінь світла, а короткий імпульс завдовжки тисячну частку секунди.
Властивості випромінюваного лазером світла – дуже маленька розбіжність пучка і когерентність – були унікальними, джерел світла з такими властивостями раніше не існувало в природі. Але, незважаючи на це, практичне застосування лазера було знайдено далеко не відразу. У 1960-ті роки почалися пошуки можливості застосування лазера в медицині, поки що не надто успішні. Параметри рубінового лазера погано підходили до потреб медицини та промислового виробництва.
Ситуація змінилася з винаходом нового типу лазерів, в яких як робоче тіло використовувалися різні гази, у тому числі і аргон. Вперше розроблений та випробуваний аргоновий іонний лазер був у 1964 році. Оскільки це був газовий лазер, він давав безперервне випромінювання високої потужності. Контроль потужності також спрощувався. Випромінювання газового лазера, що використовує аргон, лежить у синьо-зеленій області спектру, де людське око має найбільшу чутливість. Також світло з такою довжиною хвилі добре поглинається гемоглобіном крові, завдяки чому при хірургічних операціях промінь аргонового лазера не тільки ріже, а й одразу запає розрізані судини. Завдяки цим корисним властивостям аргоновий лазер одразу знайшов своє застосування в медицині, насамперед в офтальмології при операціях на сітківці ока.
Як аргон використовується в лазерах зараз
Аргоновий лазер у порівнянні зі своїми попередниками серед газових лазерів має більш високий коефіцієнт посилення і помітно більш високу потужність, через що потрібно пропускати через аргон струм досить великої сили та щільності. Зазвичай аргонові лазери мають вихідну потужність від 2 до 10 Ватт, але у найпотужніших ця величина може досягати 150 Ватт.
Лазер, який використовує як робоче тіло чистий аргон, випромінює світло відразу на кількох довжинах хвиль. Якщо потрібно отримати монохроматичне світло, що містить випромінювання тільки з однією довжиною хвилі, у конструкції лазера використовується призма, що відхиляє світло зайвих довжин хвиль, але ціною зменшення потужності лазера.
Конструкція аргонового лазера забезпечує можливість пропускати через аргон струм високої густини, що становить кілька сотень ампер на квадратний сантиметр. Струм такої великої щільності необхідний іонізації спочатку нейтральних атомів аргону. Газовий розряд утворюють, пропускаючи струм через тонкий капіляр з аргоном. Зовні капіляри охолоджуються рідиною для відведення великої кількості тепла, що виділяється під час роботи потужного лазера. Щоб підвищити щільність аргону в капілярі, його поміщають у магнітне поле, під дією якого стискається газ і не стосується стінок. У перших лазерах іонного типу використовувалися капіляри з кварцу, дуже недовговічні, вони працювали трохи більше 100 годин. У сучасних аргонових лазерах використовують капіляри з оксидів берилію, з терміном служби близько 1000 годин.
Аргоновий лазер живиться від потужного випрямляча, який забезпечує напругу постійного струму до 400 вольт при потужності до 10 кіловат. Підвищити довговічність капіляра можна, використавши замість постійного струму змінний струм високої частоти, але такі блоки живлення складніші і значно дорожчі.
Область застосування аргонових лазерів досить широка. Вони застосовуються як допоміжні для накачування потужних лазерів з активним тілом на барвниках, медицині, лазерних принтерах та лазерних шоу.
У сучасній медицині лазери застосовують у багатьох областях — хірургії, стоматології, косметології, кардіології. Починалося використання лазерів у медицині з їх застосування як скальпеля, але нині з його допомогою проводять набагато складніші процедури — лікування та ранню діагностику раку, складні та високоточні операції, мікрохірургію ока. У сучасній медицині розробляється безліч комбінованих методів лікування, де спільно з фізіотерапією лікуванням за допомогою медикаментів використовується лазер, що ще більше розширює область його застосування.
В офтальмології аргонові лазери найповніше розкрили свої переваги. Синьо-зелений лазерний промінь практично вільно проникає через рогівку всередину ока, дозволяючи проводити лікування захворювань сітківки та глаукоми не в лікарні, а прямо в кабінеті лікаря. Крім цього, аргоновий лазер часто використовується для видалення зайвих кровоносних судин на сітківці.
Переваги використання аргону в лазерах
Основна перевага аргонового лазера в тому, що він здатний випромінювати світло відразу кількох довжин хвиль. На цьому його чудові характеристики не закінчуються:
– аргоновий лазер має високий коефіцієнт посилення
– аргоновий лазер має дуже високу потужність у порівнянні з газовими лазерами інших типів
– Промінь аргонового лазера має дуже низьку розбіжність, зазвичай близько 1 мілірадіану
– завдяки спектральному складу аргоновий лазер добре підходить для застосування в медицині.
Цікаві факти
Оскільки в тонкому лазерному промені концентрується велика світлова енергія, випромінювання лазера дуже небезпечне для очей, а промінь потужного лазерного аргонового може залишити опіки і на шкірі. Когерентне випромінювання може давати дуже сильні та непередбачувані відблиски, що ще більше посилює небезпеку. Для захисту очей від випромінювання аргонового лазера можна застосовувати захисні окуляри із пластмаси або плексигласу, з лінзами бурштинового або рубінового кольору.
Газорозрядні трубки неонової реклами часто заповнені аргоном , що світиться у них блакитним світлом під дією електричного розряду. Світло аргонової газорозрядної трубки близьке по спектру до синьо-зеленого випромінювання аргонового лазера.
Зелений промінь аргонового лазера багатьом знаком лазерного шоу, де він малює величезні фігури і сітки в просторі.
Для застосування у лазерах потрібний аргон високої чистоти. Важливим є низький вміст вологи. Аргон високої якості на території України постачає компанія «DP Air Gas». Також компанія займається обслуговуванням газового обладнання та доставкою газів по всій території України. З асортиментом продукції можна ознайомитися – тут.
