18 август 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Българският лазер, който участва в програми на НАТО и впечатли научната общност

,,Лазерът“ на акад. Никола Съботинов проследява историята на лазера с пари на меден бромид

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 17 януари 2019 в 00:0036740

Вчера от 16 ч. в Големия салон на БАН (ул. „15 ноември” № 1), като събитие от Общоакадемичния семинар „Съвременни проблеми на науката”, беше представена нова книга от Издателството на БАН - „Лазерът” с автор българският физик акад. Никола Съботинов. Той е един от най-разпознаваемите в международен план български учени в своята област, автор не само на международно признато и усвоено в практиката научно откритие, но и направил много за популяризирането на българската физика в Западна Европа (Великобритания) и САЩ, както и за осъществяването на продължаващи и до днес връзки между българските и чуждестранните физици.

Авторът

Акад. Никола Съботинов е роден през 1941 г. в Бургас. През 1967 г. завършва радиофизика и електроника във Физическия факултет на СУ „Климент Охридски”. Дипломната му работа е първата у нас в областта на лазерната физика. През 1967 става и научен сътрудник по газови лазери във Физическия институт на БАН. Последователно защитава научните степени „доктор по физика” (1976) и „доктор на физическите науки” (1992) в Института по физика на твърдото тяло (ИФТТ) на БАН, а през 1993 г. става професор в същия институт. През 2003 г. е избран за академик.

Научните му интереси са в областта на квантовата електроника, лазерната физика, лазерните технологии, газоразрядните лазери, лазерите с метални пари, физиката на плазмата и оптиката. От 1970 г. поставя началото на научните изследвания в областта на лазерите с метални пари в България. Основава и ръководи Лабораторията за лазери с метални пари към ИФТТ на БАН. Акад. Съботинов е и ръководител на едни от първите проекти по европейските рамкови програми в България.

До днес научната му продукция възлиза на 380 публикации, 4 монографии и 30 патента. Работите му са цитирани над 1400 пъти в световната научна литература.

Член е на Обществото на инженерите по фотоника и оптика (SPIE) - САЩ, на Института на инженерите по електротехника и електроника (IEEE) - секция „Лазери и електрооптика” - САЩ, на Оптическото общество на САЩ (OSA), на Съюза на учените в България и на Дружеството на физиците в България.

„Лазерът”

В новоизлезлите 120 гланцирани страници по много интригуващ начин е разказана една научна история, способна да запали всекиго да потърси и разбере още за историята на българската техника и научно-технически открития. Още в началото се запознаваме с историята на първия български лазер – рубинов – разработен и конструиран в Института по електроника на БАН през 1964 г. от ст. н.с. Васил Стефанов. Четейки книгата, се потапяме в онази епоха на бързо развитие на науката в България въпреки немалкото трудности от битово и бюрократично естество, които авторът не спестява.

Пълната зала с интерес следеше разказа на акад. Никола Съботинов – как се ражда едно научно откритие

Книгата „Лазерът” разказва за създаването и развитието на едно от най-значимите български научни открития – лазерът с пари на меден бромид. Той е международно признато изобретение, създало икономически ефект не по-малко от 12 млн. $. Технологията намира приложение в дерматологията, прецизната металургия, лазерната локация и навигация, високоскоростната фотография, подводните изследвания, илюминациите, лазерните дисплеи и др. В науката е ценно неговото приложение при разделянето на изотопи на химични елементи.

Изобретението

По това време България току-що е закупила от СССР и усвоила прототип на лазер с пари на чиста мед, затова в политическите, военните и научни среди е имало немалко хора, които въобще не са искали български лазер да бъде разработван, усъвършенстван и произвеждан – та нали страната току-що е платила пари за доказано действаща съветска технология! Раждането на лазера с пари на меден бромид е съпътствано от изключително тежки дискусии, а в книгата са описани посещенията на съветски военни и учени, дошли в България със специалната задача да попречат на развитието на българския лазер. Как все пак българските учени са се наложили, кой има заслугата и как е станало това, е интригуващо описано в книгата.

В България лазерът с пари на меден бромид преминава през всички етапи на развитие – изобретяване, изследвания за усъвършенстване и накрая въвеждане в производство, което продължава и до днес. Целият процес е разказан много увлекателно. Производители на лазера с пари на меден бромид стават българската компания „Пулслайт”, австралийската „Норселд”, южнокорейската „Бизон” (от 2015).... Вече повече от 30 г. този лазер е на пазара въпреки интензивната конкуренция. А неговата история започва дори още по-рано – пуснат е в действие през април 1974 г. в Лабораторията по лазери с метални пари към Института по физика на твърдото тяло на БАН от колектив с ръководител акад. Никола Съботинов.

Система за лечение на кожни болести на базата на лазера с пари на меден бромид, производство на „Норселд”

По същество лазерът с пари на меден бромид представлява нов вариант на лазера с медни пари, познат от средата на 60-те години. И при двата лазера активната среда (източникът на лазерното излъчване) са атомите на медта. Поначало медните лазери са най-мощните газови лазери във видимия диапазон на спектъра и са с най-висок коефициент на полезно действие, затова от самото си откритие те предизвикват висок интерес на учени от множество страни, за да започне приложението им в практиката.

Както обаче забелязва още през 60-те години самият създател на лазера с пари на чиста мед – американският физик У. Уолтър – основният проблем на този лазер са изключително високите работни температури – около 1500 градуса Целзий. При тази температура се осигурява концентрацията на медни атоми, необходима за лазерно излъчване. Затова в научна статия за откритието си Уолтър препоръчва напр. да се търсят съединения на медта, които се изпаряват при по-ниски температури и в условията на силни разрядни токове се дисоциират и освобождават медни атоми, които вършат същата работа, както изпарената мед.

В залата присъстваха и множество заинтересувани ученици – главно от Софийската математическа гимназия и участници в Ученическия институт на БАН

През 1973 г. колективът с ръководител Никола Съботинов започва да се замисля за конструиране на лазер с един халогенид на медта – медния бромид. Именно тук започва историята на интересното българско откритие в лазерните технологии, която авторът разказва. Научна справка още тогава показва, че по това време все още никой в света не е конструирал такъв тип лазер, а той се оказва много успешен. Израелско изследване, малко след това достигнало до авторите, доказва, че при сравнение между трите активни среди от халогениди на медта – меден бромид, меден хлорид и меден йодид – бромидът наистина дава най-висока мощност на лазера. Тоест българските изследователи са на прав път!

Принцип на действие на лазера с пари на меден бромид

Акад. Никола Съботинов не е сам в своята работа. При всички дейности му помага компетентната група от учени като доц. Петър Телбизов, Стоян Калчев, проф. Николай Вучков, доц. Димо Астаджов, гл. ас. Красимир Димитров, доц. Тодор Петров, доц. Маргарита Грозева, Иван Ангелов, доц. Красимир Темелков, доц. Петър Захариев и инж. Иван Радков. Някои от тези хора по-късно изнасят със Съботинов доклади на престижни западни конференции, извоювайки международно признание за българската лазерна физика.

Никола Съботинов е от учените, които наистина умеят да разказват четивно. През април 1974 г. в ИФТТ е пуснат в действие първия в света лазер с пари на меден бромид, а на стр. 37 в новоизлязлата книга намираме и принципна схема на действието му. В опитната установка е използвана кварцова разрядна тръба с обща дължина 1 м, вътрешен диаметър на кварцовия кожух 15 мм и активна разрядна зона с вътрешен диаметър 2,8 мм. Новополученият лазер излъчва в импулсен режим две дължини на вълните – зелена линия 511 nm и жълта 578 nm. За буферен газ е употребен неон. Температурата на активната среда на лазера е около 500 градуса Целзий, което многократно улеснява производството и прилагането в практиката на новото откритие.

Конструкция на газоразрядната тръба на лазера с пари на меден бромид

На 5 май 1975 г. колективът на Никола Съботинов подава заявка за авторско свидетелство за своето изобретение и се заема с по-нататъшното му усъвършенстване – напр. необходимо е да се разбере кое съкращава времето на живот на активната среда, да се повиши стабилността на лазерното излъчване и също така – средната му изходна мощност. За това особено голямо значение има откриването на „силния ефект на водорода” – при лазера с пари на меден бромид добавянето на малки примеси от водород в активната среда на лазера (в чиста, вече изпомпана, добре вакуумирана и обезгазена тръба) води до увеличаване над два пъти на мощността на лазера и неговия коефициент на полезно действие. По това време никой в света няма такъв резултат! Този ефект на водорода се превръща в предмет на горещи научни дискусии в различни групи, работещи върху медните лазери. Той бива приложен в Ливърморската национална лаборатория „Лорънс” в САЩ (Lawrence Livermore National Laboratory) и в Атомния център на „Тошиба” в Йокохама, Япония. Ако прочетете книгата, ще разберете и как българските физици са стигнали до всички тези открития, какъв път са извървели и как Никола Съботинов е шашнал английски професор.

Принципна схема за обяснение на ефекта на примесите от водород в лазера с пари на меден бромид

Международно проникване

Междувременно към откривателите са отправени множество покани за участие в национални и международни изложения и конференции, а те самите кандидатстват и успешно са допуснати до лекторство на една от най-големите световни конференции по лазери и оптоелектроника – CLEO в Сан Франциско. Там те се представят блестящо с два интересни доклада, а това е важна крачка за международното признаване на българския принос в лазерните изследвания – много силно конкурентна научна област. Никола Съботинов заедно с известния си британски колега д-р Крис Литъл (Chris E. Little) редактира сборника с научни доклади от конференцията – „Импулсни лазери с метални пари” (Pulsed Metal Vapour Lasers), който и досега остава една от най-ползваните специализирани книги по темата, търси се и постоянно се цитира. А само през 2017 г. са се появили 60 нови цитирания (от чужди автори) на научните публикации на Никола Съботинов и неговият колектив от разработчици.

Зависимост на средната изходна мощност на лазера с пари на меден бромид от парциалното налягане на примеси от водород в активната среда на лазера

На научния колектив е издаден български патент и не след дълго лазерът е патентован в Франция (1986), САЩ и Великобритания (1987), Германия и Япония. В България лазерът вече се произвежда (в „СО „Оптични технологии” – Пловдив от 1985), а нуждите на страната от него са задоволени, затова Никола Съботинов и хората му логично се насочват към пазарна реализация на откритието си колкото се може пò на Запад от България. От книгата ще разберете сред какви приключения и перипетии лазерът е демонстриран и внедрен в производство в реномираната австралийска компания „Куентон” (по-късно „Норселд”) и как българският лазер е бил адмириран и в САЩ, където също е можел да се наложи много успешно, ако не са били недостатъчните количествени възможности на възможното в България производство на кварцови тръби за лазера.

Акад. Никола Съботинов не е кабинетен учен, а съвременен експериментатор, обладаващ ясно чувство за стопанската необходимост. Вижте само колко кристално звучат думите му на стр. 69 – 70: „Когато учен иска да предложи свой продукт на бизнеса, е много важно да покаже на заинтересованите лица действащ образец, представящ предимствата на изделието му пред останалите съществуващи на пазара. По този начин бизнесмените получават увереност, че ще разполагат с качествено нов продукт и инвеститорският риск ще бъде оправдан. Това е особено важно и всички наши колеги, които се занимават с иновации, трябва да го знаят, ако искат да имат бърз прогрес и сигурност във внедряването на своите научни резултати в практиката”. А на представянето на книгата той даде на изобретението си статут на пример в това отношение: „Лазерът е пример за добра иновация и е пример за това какво трябва да се направи от страна на науката, за да има иновации”.

Проф. Никола Съботинов показва в действие лазер с пари на меден бромид със средна мощност 40 W

В резултат на установеното от Никола Съботинов научно сътрудничество австралийската компания „Норселд” успешно внедрява в своето мащабно производство лазера с пари на меден бромид, изобретен в България. За тази цел колективът на Никола Съботинов полага усилия да се развие (в завод „Светлина” – Сливен) технология за производство на тръби за лазера.

След 1989 лазерът с пари на меден бромид продължава да бъде още по-актуален – споменатата българска фирма „Пулслайт” произвежда над 400 такива лазера, продадени в Канада, Италия, Мексико, Германия, Великобритания, САЩ и др. Други два български производителя на лазери с пари на меден бромид са „Лазерпродукт” и „Спектроника”. В началото споменахме и за стабилното производство на този лазер в Австралия и Южна Корея.

CuBr-лазерът е и в основата на участието на България в значими международни проекти още от началото на 90-те години. Измежду по-важните от тях ще споменем напр. тези по програмата на НАТО „Наука за мир и сигурност” (1999 – 2004), където акад. Съботинов е ръководител на два от проектите. Там България се включва в създаването на лазер с пари на медни йони, излъчващ в ултравиолетовия диапазон на спектъра, но колективът решава, че е по-уместно да се използва именно медният бромид като активна среда за йонна медна генерация в UV диапазона.

Никола Съботинов заключава: „В резултат на финансирането по европейски проекти и по тази програма на НАТО достигнахме рекордно висока средна мощност на излъчване на лазера – 125 W, и най-високия КПД за медни лазери изобщо – 3,8 %”.

Изследване на активната среда на свръхмощен 125 W лазер с пари на меден бромид в Лабораторията по лазери с метални пари в ИФТТ на БАН

Чуждестранни оценки за изобретението

Ще завършим тази статия за книгата „Лазерът” с някои оценки на водещи международни учени в областта на лазерите с метални пари. Ето напр. какво казва британският изследовател и създател на компанията „Оксфорд Лейзърс” – проф. Колин Уеб (Colin Webb):

⦁ „Публикациите на Никола Съботинов задължително трябва да бъдат прочетени от всички новостъпващи студенти в моята група”;

⦁ „Научните му публикации са поредица от оригинални научни приноси в областта на изследванията на лазерите с метални пари”;

⦁ „Научните изследвания на Никола Съботинов имат ползотворен ефект за развитието на медните лазери”

Известният японски проф. Фюджи също е категоричен: „Публикациите на Никола Съботинов и неговия колектив са пример за великолепна изследователска работа. Ние получаваме важни познания и идеи от неговите статии”.

Д-р Брус Уорнър (Bruce E. Warner), заместник-ръководител на Lawrence Livermore National Laboratory: „Следя отблизо работите на Никола Съботинов. Приносите му в областта са забележителни…”; „Откриването на голямото нарастване на лазерната мощност с добавяне на малки количества водород направи лазера с пари на меден бромид особено привлекателен за мощности над 20 W…”.

Д-р Джим Чанг (Jim J. Chang) от същата лаборатория и ръководител на проекта „Мощни медни лазери за разделяне на изотопите на уран 235 и 238” (един от най-големите лазерни проекти в САЩ, който по неофициални данни струва над 3 млрд. $):

⦁ „Публикациите на групата на проф. Никола Съботинов са много важни за развитието на лазерите с метални пари поради своята оригиналност. Една от тях е значително ценна за нас и е свързана с използването на примеси от водород за повишаване на мощността…”;

⦁ „Неговите публикации имат значителен принос за развитието на лазерите с метални пари. Развитието на нашите медни лазери е спечелило много от неговата работа през последните години…”

Становище на лауреата на Нобелова награда и един от създателите на лазера, руският учен акад. Николай Басов: „В резултат на целия цикъл физични изследвания и разработки беше създаден лазер, който по много параметри значително по-добър от другите от този тип. Българските физици внесоха значителен принос в разработката и практическата конструкция на този лазер…”.

Наистина чудесно е, че напоследък се появяват интригуващи книги със спомени на български учени, които разказват за своите открития, изобретения. Още повече, че както спомена самият автор акад. Никола Съботинов в словото си: „Аз искам с тази книга да стигна до младите хора. Искам те да са уверени, че и в България може да се правят неща на равнището на високоразвитите в научно-техническо отношение страни”. Изброените в тази статия акценти съвсем не са всичко, което можете да очаквате от вълнуващата среща с българското откритие в медните лазери. Затова сега ви пожелавам приятни мигове с книгата, които съм сигурен, че ще си подарите!

Антон Оруш, Sandacite.BG – https://www.sandacite.bg


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.