בין פנס כיס ולייזר כימי רב-עוצמה.

פורסם על ידי lulisml בתאריך 12 בינואר 2013 ב-1Rover 12 tourer | 9 תגובות

מי לא מכיר, מי לא יודע – מהו פנס כיס, ומה הוא יודע לעשות?

מדליקים אותו בחשכה והוא שולח אלומת אור לפניו. וכששמי הלילה בהירים מעננים ומאבק אפשר לראות כי האלומה הזאת הולכת עד אין סוף, ונמוגה היכן שהוא בחלל. הנה יצרנו כוכב קטן!

אבל אם יעמוד מכשול כל שהוא בדרכה – תעצר בו אלומת הפנס. כף יד תעצור אותה, קיר יעצור אותה, וגם אבק, ערפל ועננים.

עוצמת האלומה שמייצר פנס הכיס היא שברי וואט והיא אינה ממוקדת, ולכן ההספק ליחידת שטח שהיא מסוגלת להקרין בו מטרה כל שהיא הוא נמוך מאד.

לא מעטים מאיתנו התנסו גם בלייזרים קטנים המשמשים כמצביעים (pointers), המפיקים קרן ממוקדת, אדומה או ירוקה. גם הספקם של אלו נמוך נמוך ביותר. הם אינם מזיקים לעין (אחרת לא היה מותר השמוש בהם ומכירתם לציבור), ועל אחת כמה וכמה לא לקיר. הם אינם מסוגלים לחדור לא אבק, לא ערפל ולא עננים.

זה הנסיון שיש לרובנו עם פנסי כיס ועם לייזרי צעצוע, שאף הם מעין פנסי כיס משוכללים.

מה עוצר את אלומת פנס–הכיס?

שלשה תהליכים עיקריים מונעים ממנה להתפשט: בליעה, החזרה ופיזור. חומר נחשב ל“שחור” לחלוטין אם הוא בולע לחלוטין את כל האור שפוגע בו.

מראה אידאלית תחזיר את כל האור הפוגע בה, היא “לבנה” לחלוטין ושום אור לא יבלע בה. תווך המכיל המוני חלקיקי מראה הנוטים בזוויות אקראיות יגרום לפיזור אלומת האור ול”מריחתה” עד שהיא מאבדת צורת קרן.

אבל במציאות אף אחד מתהליכים אלה אינו בלעדי: בפרט לא קיימת מראה בעלת החזרה מושלמת בכל אורך גל – תמיד קיימת במראה בליעה כלשהי. מחזירי האור בגופי תאורה ביתיים הם פשוט צבע לבן: הוא מחזיר כ 85% עד 90% מהאור. היתר נבלע בצבע. מראה העשויה מזכוכית מוכספת, משובחת במיוחד, תחזיר כ 95% מהאור הפוגע בה, והיתר יבלע בה. כך הוא גם מצבם של גבישוני קרח זעירים, טיפות מיים, גרגרי אבק.

עוצמת האלומה שמייצר לייזר כימי רב עוצמה נמדדת במגווטים – פי מיליארד (תשעה סדרי גודל) ממצביע לייזר אופייני. אם ממקדים אלומה זו על שטח של מטר מרובע – עוצמתה בו פי אלף מעוצמת השמש על שטח זה בצהרי יום קיץ חם. אם ממקדים אותה על שטח של 10 סמ“ר עוצמתה שם פי עשרה מיליון מעוצמת השמש בצהרי יום חם.

עוצמות אלה הופכות את המפגש בין קרן הלייזר והמכשולים שנמנו למעלה לשונה מאד ממפגשם עם אלומת פנס הכיס. בליעה של אחוז אחד מעוצמת הלייזר פירושה בליעה של 100,000 שמשות למ² ! האנרגיה העצומה הנבלעת בהם מעלה את הטמפרטורה שלהם במהירות עצומה והם מתאדים תוך שבריר שניה. זו גם התכונה המאפשרת לקרני לייזרים אלה לשרוף טילים במעופם.

קרן לייזר כזה הפוגשת בענן “שורפת” אותו וקודחת בו “צינור אופטי” בעל אפס הפסדים. משך תהליך “הקידוח” תלוי בעוצמת הלייזר אבל זמן אופייני הוא 0.2 מילי–שניה – חלקיק זעום מהזמן הדרוש להפלת המטרה.

הסבר מדעי יותר, הכולל את כל הנוסחאות והחישובים ניתן למצוא כאן.

 הספר הזה מסכם את הנושא שהעסיק את המדענים אשר פיתחו את תותחי הלייזר נגד טילים, והיה בוודאי ידוע למדעני משרד הבטחון שעסקו בפרויקט “נאוטילוס”. אילולי הידיעה שעננים ואבק אינם מכשול לליזר הכימי הרי לא היו מתחילים בפרויקט.

אז מדוע לא ידע על כך שר הבטחון, כשבא להחליט בין ירוט קינטי לירוט אופטי?

אולי הם שכחו לספר לו על כך, מטעמים השמורים איתם? אולי בגלל, כפי שהסביר לאחרונה בתקשורת “ידעתי כי יש ארבעה חודשי חורף כל שנה, עם עננים, וכמה שניסו להסביר לי שזו לא בעיה, האמנתי פחות“?

אגב, אגדה נוספת המתהלכת בין אלו שאינם מבדילים בין לייזר לפנס כיס הוא בעניין צבע הקסמים שניתן לצבוע בו, מאד בזול, טיל, ולהגן עליו כך מפני הלייזר. אני מניח שמי שהגיע בקריאה עד לכאן כבר מבין מדוע זה להד“ם.

יתכנו שלשה סוגי ציפויים:
1. צביעה פשוטה, בצבע לבן , למשל. היא יכולה להחזיר כ 85 – 90 אחוז מההספק הפוגע בה, אבל היתר נבלע בה. כלומר בשכבת צבע של כ 100 מיקרון יבלעו 100 – 150 קילווט. השכבה תשרף – תתאדה – תעלם תוך שבריר שניה, והיתר ידוע. רצוי להוסיף כי צביעה כזו אינה זולה (לצבוע טיל באכות מעולה עולה כמו לצבוע מכונית באיכות טובה – עשוי כיום להכפיל את מחיר הטיל – ולשוא).
2. ליטוש שטח הפנים של הטיל לטיב אופטי וציפויו בכסף בשיטה אלקטרוליטית בעובי מיקרונים אחדים. יש צורך להסביר מדוע זה קישקוש? אבל נניח שימצא האידיוט שיעשה זאת, ושהטיל ישמר עד השמוש בו כאתרוג, כדי שהציפוי העדין לא יפגע (הזוי). הפעם יבלעו בשכבת הכסף “רק” 50 קילווט שישמידו אותו תוך תת–שברי שניה, וההמשך ידוע.
3. ציפוי דיאלקטרי רב שכבתי. תיאורטית זה יכול לעבוד. הטיל צריך לעבור כולו ליטוש לרמה אופטית, להכנס לתא ואקום ענקי ולעבור אידוי של כ 20 שכבות בתהליך מבוקר ומסובך, בצעדים של כחמישה סנטימטר כל אחד. עלות תהליך זה מוערכת בכ 20 מיליון דולר לטיל, אם לא יותר. אין מה לדבר על אופן השמירה שלו לאחר מכן, ושציוד מתאים לתהליך כלל לא קיים.