Népszabadság, 1982. október (40. évfolyam, 230-256. szám)

1982-10-12 / 239. szám

TUDOMÁNY /HU Ti li ITKA Merre tart a lézertechnika? Nem valószínű, hogy van olyan, újságolvasó vagy tv-néző ember, aki ne hallott volna már a lézerről, de az is igaz, hogy e szót és ami mögötte van, ma még igen sok tekintetben titokzatosság övezi. Pedig a lézer végső fokon nem más, mint az elektromágneses sugárzások (ezeknek látható tartománya a fény) olyan forrása, amely által kibocsátott sugarak nagymértékben nyalábosítottak, ezért könnyen irányíthatók, valamint az így sugárzott energiának egy pontba való sűrítése lencse-, illetve tükörrendszerekkel viszonylag jól megoldható. A lézerek felhasználás szempontjából tehát egyrészt jelmintákat továbbító, illetve azokat információvá feldolgozó hullámokat gerjesztő energiaforrások, másrészt nagy energiasűrűség összpontosítására képes berendezések, amelyekkel az anyagok fizikai, kémiai tulajdonságai megváltoztathatók. Míg az első csoportba tartozó felhasználások túlnyomó többségben méréstechnikai és híradástechnikai jellegűek — például a Hold—Föld közti távolság pontos mérése vagy a lézeres távbeszélő-rendszerek —, addig az utóbbiak inkább ipari és bizonyos tekintetben orvostechnikai vonatkozásúak. Alább csupán vázlatos áttekintést adunk néhány lézeres ipari eljárásról. Fémek vágása pontosan, gyorsan Ahhoz, hogy lézersugárral fémeket lehessen megmunkálni, olyan nagy energiasűrűséget kell a vágási felületen teremteni, amelynek hatására a fém pillanatok alatt elgőzölög. Ez kb. tízmillió watt/cm2 energiasűrűségnél következik be, ami elsősorban az úgynevezett szén-dioxid-lézerekkel ma már minden különösebb nehézség nélkül ipari körülmények között is elérhető, a lézersugarak ugyanis megfelelően kiképzett lencsével mintegy 0,1 mim átmérőjű pontba is fókuszálhatók, összpontosíthatók. Attól függően, hogy milyen fémmegmunkálási feladatot kívánnak megoldani, a lézert vagy folyamatos, vagy impulzusos (lökések sorozatából álló) üzemben működtetik. A lézeres fémmegmunkálási eljárásoknak az az előnye, hogy a fémet annak érintése nélkül munkálják meg, első pillanatra nem is tűnik olyan különösnek, hiszen például a lángvágásos vagy plazmavágásos technológiánál is hasonló a helyzet. Az utóbbiak használatakor azonban a vágási felület körül 80— 90 százalékkal nagyobb az a terület, amelyet a technológusok szeretnének a minimumra csökkenteni, mivel itt túlmelegedés lép fel. Míg a plazmavágásnál ennek ,a zónának a szélessége mintegy 2,5 mm, addig lézeres vágásnál 0,1—0,9 mm közt van. Még kedvezőbb a helyzet, ha a lézerrel elérhető rendkívül nagy vágási sebességeket is figyelembe vesszük. A lézersugár előnye a plazmasugárral szemben továbbá az is, hogy sokkal könnyebben irányítható, ezért a lézeres technológia különösen alkalmas profilidomok vágására. A lézeres módszerrel gyakorlatilag mindenfajta fém, legyen az lágy vagy kemény, vágható, de van némely, amelynél a nagy hővezető képesség, illetve fényvisszaverő képesség miatt bizonyos technológiai problémák adódnak. Arany-, ezüst-, réz- és alumínium lemezek például, ha különösebb fogásokat nem alkalmaznak, általában csak 1,5 mm vastagságig vághatók. Hőkezelés Az a tény, hogy a lézerrel jól meghatározható területeken széles határok között igen jól lehet az energiasűrűséget szabályozni, többek között arra is lehetőséget nyújt, hogy vágás után a vágási felületet megfelelően hőkezeljék. Ennek a módszernek előnye a hagyományos felületi edzésekkel szemben, hogy kevesebb hőre van szükség a kívánt hatás eléréséhez, és ezt a hőt is csak a megkívánt helyen kell alkalmazni. Emiatt kevesebb lesz például a hő okozta nemkívánatos alakváltozás, átkristályosodás stb., és mivel a lézeres hőkezelés után — ellentétben a hagyományos eljárásokkal — nincsen szükség további megmunkálásokra, az edzési mélység is csökkenhet. Autómotor-tengelyek 0,38 mm mélységű hornyának megmunkálása például hőkezeléssel együtt percenként 32 centiméteres sebességgel valósítható meg e módszerrel. Nem csoda tehát, hogy napjainkban egy korszerűen gyártott autóban levő alkatrészek közül már mintegy ötvenet lézerrel munkálnak meg valamelyik folyamatban. A fenti szám első pillanatra mintha túlzottvnak tűnne, de mindjárt nem az, ha arra gondolunk, hogy a lézeres megmunkálás nemcsak fémeknél, hanem különböző műanyagoknál is alkalmazható. Aeroszolos fúvókák finom szórónyílásainak kiképzésére is lézeres technológiát használnak. Ez tán úgy tűnik, mintha ágyúval lőnének verébre, de ha meggondoljuk, hogy a jó hatásfok eléréséhez a milliméternél kisebb átmérőjű lyukaknak egymáshoz viszonyítva pontosan meghatározott szögekben kell elhelyezkedniük, mindjárt érthető: a lézersugár igen nagy pontossággal irányítható tulajdonsága ugyanis itt mindennél fontosabb. Hegesztés, gravírozás, trimmelés Eddig a lézert olyan technológiákban mutattuk be, ahol a nagy energiasűrűséget roncsolásra használják fel, de természetesen ez a nagy energiasűrűség fémfelületek egyesítésére, azaz hegesztésére is felhasználható. A lézeres hegesztés fő előnyei a következők. Mivel ez az eljárás érintésmentes, a hegesztendő felületeket nem kell külső erők hatásának kitenni. Nincs szükség saját vagy idegen töltőanyagra a részek egyesítésekor. Kisebb felületen kisebb hőbevitelre van szükség, ezért a hegesztési varrat húzódása minimális. Felületszenynyeződési problémák — összehasonlítva például az elektronsugaras hegesztéssel — gyakorlatilag nincsenek, és a felületet sem kell a hegesztéshez különösebben előkészíteni. És ami tán a legfontosabb: a hegesztési varrat elhelyezése a lézersugár jó irányíthatósága miatt minden eddiginél pontosabb lehet, s ezt az esetleges felületi szennyeződés sem befolyásolja. Már az eddigiekből is adódik, hogy a lézersugarat nagyon jól fel lehet használni fémfelületekre történő írásra, azaz gravírozásra. Ebben az esetben azonban ma már a szén-dioxidlézer helyett inkább az Nd- YAG szilárdtest-lézert használják. E korszerű gravírozóberendezéseknél a lézersugarat kis mikroprocesszor (parányi számítógép) vezérli. Az elérhető vonalsűrűség 0,01 mm, de kívánság szerint ennél finomabb raszter is megteremthető. A gravírozási sebesség minden eddigi eljárásénál lényegesen nagyobb. A lézeres feliratozásnak egy egészen új változata az, amelyet a csomagolóiparban kezdenek most használni. Ennek lényege, hogy a lézersugarat kitágítják, és vele világítják meg azt a maszkot, amely a felületre szánt feliratot vagy képet tartalmazza. Az így lézerrel megvilágított maszkot azután egy lencse segítségével leképezik a felületre. Mivel az optika törvényeinek értelmében a leképezés a fókuszsíkban történik, itt kellő energiasűrűség teremthető ahhoz, hogy a kívánt felirat vagy ábra a felületre „beégetődjön”. A lézeres gravírozási technika édestestvérének, a lézeres trimmelésnek az elektronikus alkatrészek gyártásában van mind nagyobb jelentősége. A legújabb berendezések, amelyek szintén Nd-YAG-lézereket használnak, és ugyanúgy mikroprocesszor-vezérlésűek, mint a lézeres gravírozok, például nemcsak ellenállások pontos értékre való beállítására, rezgő kvarcok hangolására alkalmasak az eddigieknél lényegesen gazdaságosabban, hanem igen rövid idő alatt az integrált áramkörök és a mikroproceszszorok gyártásának is szinte elengedhetetlen eszközeivé válnak. Vegyipari technológiák Fotokémiai reakciókon (fénynyel előidézett vegyi folyamatokon) alapuló vegyipari eljárások már ismeretesek ugyan, de jelentőségük egy-két esettől eltekintve nem túl nagy. Az első pillanatra kézenfekvőnek látszott, hogy a lézerek e téren változásokat hozhatnak, ezért az ilyen irányú kutatások hamar el is kezdődtek, de a várt látványos eredmények elmaradtak. Ennek ok£, hogy kezdetben e próbálkozások csak abban különböztek az addigi fotokémiai technológiáktól, hogy lézer lett a fényforrás, de maga a technológiai elképzelés nem változott. E téren akkor kezdődött az áttörés, amikor az úgynevezett pikoszekundumos lézerek a vegyészek rendelkezésére álltak. Ezeknél a lézereknél egy-egy „lézerlövés” időtartama mindössze egymilliomod másodperc. Az ilyen rövid impulzusok természetesen másodpercenként többször ismételhetők úgy, hogy maga a sugárzás a külső szemlélő számára folyamatosnak látszik. Az ilyen rövid időtartamú gerjesztéskor azonban a fotokémiai reakciók másképpen játszódnak le, mint ahogyan a hagyományos fotokémiában megszoktuk. Jó példa erre a D- vitamin fotoszintézissel történő kinyerése, ahol eddig különleges xenon-higanygőz lámpákat használtak, s mivel ilyenkor sok nemkívánatos melléktermék is keletkezett, nemcsak a kitermelési százalék lett kicsiny, hanem a nemkívánatos melléktermékeket is el kellett még távolítani. Lézeres technológiát alkalmazva viszont nemcsak az átkristályosítási költségeket lehet megtakarítani, hanem a D-vitamin kitermelése is 90 százalék fölé emelkedik. Napjainkban a lézerek vegyipari alkalmazásairól még nemigen beszélhetünk, de azok az eredmények, amelyek e téren a világ különböző kutatólaboratóriumaiban már megszülettek, utalnak rá, hogy a következő évtizedekben éppen úgy mindennapi technológiákká fognak válni, mint ahogyan azzá váltak azok a 10—15 évvel ezelőtti laboratóriumi kísérletek, amelyek a lézeres anyagmegmunkálási módszerek kidolgozásához vezettek. Valószínű, hogy amikor már nemcsak pikoszekundumos (billiomod másodperces) lézerimpulzusokkal fognak ipari méretekben vegyi reakciókat befolyásolni, hanem az alig egy évvel ezelőtt először előállított úgynevezett femtoszekundumos impulzusokkal is. Hogy ez milyen rövid ideig tartó lökés, azt tulajdonképpen el sem tudjuk képzelni, de talán valamilyen benyomást kapunk róla, ha meggondoljuk, hogy a világegyetem létrejötte óta nem telt el annyi perc, ahány femton van egy másodpercben, vagy — hogy egy másik hasonlattal éljünk — egy femtomásodperc alatt a fény annyi utat tesz meg, mint egy hajszál átmérőjének a harmada. Igaz, ilyen és hasonló lézeres folyamatok ma még általában csak laboratóriumi méretekben valósulnak meg, de azért már vannak félüzemi próbálkozások A radioaktív szennyezés ellen A lézeres megoldások a környezetvédelem nem egy területén, különösen a légszennyező anyagok távolról való érzékelésével kapcsolatban, igen sikeresen alkalmazhatók. A sok lehetőség közül most azonban csak egyről szólunk, amely ma még csak egyes részleteiben van ugyan kidolgozva, de amelynek jelentősége az atomerőművek elterjedésével mindinkább növekszik. Az atomerőművek ellenzőinek egy — figyelmen kívül nem hagyható — érve, hogy a keletkező radioaktív termékek, illetve a reaktorok elhasznált fűtőelemeinek regenerálásakor keletkező anyagok biztonságos tárolása ma még nem teljesen megoldott. A lézeres technológia első lépésben megegyezik a Purex néven ismert, jelenleg használt eljárással, ahol az elhasznált anyagokat salétromsavban oldják fel, és aztán különböző anyagokat adva hozzájuk, szétválasztják az egyes alkotóelemeket. De az utóbbi lépés helyett megfelelő hullámhosszúságú lézert használva az urániumot és a plutóniumot úgy lehet az oldatból kiválasztani, hogy azok aztán fűtőelemként újból felhasználhatók lesznek. Ezzel egyidejűleg elesik az igen hosszú felezési idejű radioaktív elemek tárolásának problémája, mivel ezeket a reaktorba vissza lehet juttatni, ahol nem radioaktív stabil izotóppá alakulnak át. Az e folyamat közben termelődő hő viszont energiatermelésre hasznosítható, és egyúttal értékes fémek, például palládium és rhodium is kinyerhetők. Számítások szerint a lézeres módszert alkalmazva a visszamaradó szennyező anyagok mérgezőképessége tízmilliomod része lenne csupán annak, amit a jelenlegi módszerek nyújtani tudnak. Lézeres atomreaktor Környezetvédelmi szempontból azonban igazán megnyugtató megoldás a fúzión és nem a maghasadáson alapuló energiatermelés lenne. N. Bászov szovjet tudós egyike azoknak, akik a lézer feltalálásáért Nobel-díjat kaptak, már több mint húsz évvel ezelőtt kifejtette, hogy lézerimpulzusok hatására létrejöhetnek a termonukleáris reakció megkívánta feltételek: az üzemanyag (a deutérium és a trícium) elegyének a szilárd testek sűrűségét több százszor felülmúló sűrűségűre való öszszenyomódása és egyúttal atöbb tízmillió fokos hőmérséklet. Amíg a lézeres termonukleáris energiatermelés nem valósul meg, az atomreaktorok fűtőelemeinek helyszínen történő roncsolásmentes vizsgálata környezetvédelmi szempontból igen fontos feladat, és a lézert használó holografikus (térben szemlélhető fényképet adó) eljárások e téren már igen sokat tudnak nyújtani. Igaz, a legutóbbi időkig nem állt rendelkezésre olyan nagy teljesítményű lézer, amely lehetővé tette volna, hogy a reaktor fűtőelemeiről üzemi körülmények között hologramot lehessen készíteni, de az angol TK Laser Ltd. cég új lézerével ez a feladat ma már megoldhatónak látszik. Mivel a hologram a lézerrel megvilágított tér szinte minden, fényben látható tulajdonságát rögzíti, a fűtőelemekről készült hologramokon látható térbeli képről minden olyan adat megállapítható, amelyet a szemlélő csak akkor látott volna, ha leszállt volna a fűtőelemekhez, ami persze a sugárveszély miatt elképzelhetetlen. Dr. Greguss Pál Atomreaktor fűtőelemteréről készült hologramrekonstrukció. Lézerrel működő termonukleáris kísérleti reaktor vázlata. Középen a lézersugarak közös fókuszpontjában az összenyomandó deutérium-trícium elegy. Nagy teljesítményű ipari szén-dioxid-lézer fémmegmunkáláshoz programozhatóan mozgatható asztallal. ÚJDONSÁGOK Takarékos vízhűtés Mivel a patakok, tavak, folyók hőterhelése tovább már nem növelhető, az energiatermelő berendezések, erőművek felmelegedett hűtővizét mind több helyen párologtatással hűtik le. Ehhez olyan hűtőventillátorokat is alkalmaznak, amelyek elektromos hajtóteljesítménye a több száz kilowatt, sőt megawatt tartományba esik. Ezért az energiatakarékos, de mégis hatásos felhasználás végett a ventillátorok mindenkori teljesítményét a hűtési igénynyel és a környezeti hőmérséklet, nedvesség stb. meghatározta hűtőhatással pontosan összhangba kell hozni. Nyilvánvaló, hogy ezt a feladatot csak valamilyen önműködő mérőszabályozó szerkezet, rendszer képes folyamatosan megoldani. . A nyugatnémet Siemens AG kifejlesztett ilyen mérőszabályozó rendszert. Ez litiumklorid harmatpont-higrométerrel állandóan méri a hűtőlevegő hőmérsékletét és abszolút nedvességtartalmát, majd ennek alapján kiszámítja a hűtési határhőmérsékletet, valamint a hűtőlevegő hőtartalmát. Ezzel máris rendelkezésre áll a párologtató hűtéssel elérhető legalacsonyabb hűtővíz-hőmérsékleti érték. Ennek alapján azután a rendszer úgy szabályozza a hűtőventillátorokat, hogy azok csak a szükséges ideig adják le a teljesítményt, vagyis szakaszosan működjenek. Ezzel tetemes mennyiségű — 15—40 százaléknyi — energiát lehet megtakarítani a feleslegesen állandóan dolgozó ventillátorokkal szemben. Érdekes montázs: a hűtőtornyok hűtőventillátorainak energiatakarékos működtetéséhez készített Siemens-féle mérőszabályozó rendszer. Membrán-katalizátor A vegyipar két igen gyakori műveletéhez, a hidrogénezéshez és a dehidrogénezéshez manapság vázszerű kialakítású palládium katalizátorokat használnak, illetőleg valamilyen hordozóra rögzítik őket. Mivel ezeknek sok a fogyatékosságuk, szovjet kutatók újfajta — szabadalommal védett — membránkatalizátort fejlesztettek ki. E katalizátor a reaktor szerkezeti elemét alkotja, és palladiumötvözetből való fóliából vagy vékony falú csövekből készül. Az új katalizátor fokozza a hidrogén reakciókészségét, alkalmazásával csökken a reakcióhő. Membránkatalizátorral sok vegyipari folyamatban csökkenthető a fokozatok száma, s maguk a folyamatok is felgyorsíthatók. Megszűnnek a kísérő reakciók, mivel a membránkatalizátoron keresztül bejutott hidrogén koncentrációja és a hidrogénezendő anyag mennyisége egymástól függetlenül, nagy pontossággal szabályozható. Mindent egybevetve, a membránkatalizátorral tetemes alapanyag- és energiamegtakarítás érhető el, miközben a folyamatok is jelentősen felgyorsulnak. JÁTÉKSZÍN Október 13-án és 23-án 19 órakor Sarkadi Imre: OszlopOS Simeon Főszereplők: Végvári Tamás, Venczel Vera, Margittai Ági, Pap Éva. Október 17-én és 24-én 16 és 20 órakor, október 20-án, 27-én és 28-án 19 órakor, október 22-én 20 órakor Karinthy Ferenc: Négykezes Szereplőik: Makay Margit, Ruttkai Éva, Márton András, Sztankay István. Jegyek válthatók: a Játékszín pénztárában (Budapest VI., Lenin krt. 106. Telefon: 120-430), a Thália Színház szervezési osztályán, valamint a Színházak Központi Jegyirodájában.