Текст объясняет, как в 1930‑е годы учёные и инженеры подошли к созданию приборов ночного видения, основанных на улавливании инфракрасного излучения. Автор показывает, почему именно ИК‑диапазон позволяет «видеть» сквозь туман, дым и темноту, и какие физические трудности приходилось преодолевать — от слабой энергии квантов до необходимости многократно усиливать сигнал. Подробно разбираются принципы работы инфрателескопа Зворыкина: преобразование ИК‑лучей в поток электронов, их ускорение электрическим полем и последующее формирование видимого изображения на люминесцентном экране. Описывается и более сложная схема с электромагнитной линзой, позволяющей получать увеличенные изображения. Материал подчёркивает, что подобные устройства открывают путь к наблюдению в условиях, где обычная оптика бессильна.
В последнее время в заграничной и в советской печати появились сообщения о новых приспособлениях, позволяющих «видеть» в темноте, сквозь туман, дым и облака. Возможно, что такие приборы в ближайшее время получат применение военном деле. Как же они будут действовать?
Судя по всем данным, для этой цели будут использованы свойства невидимых инфракрасных лучей. Как известно, инфракрасные лучи имеют несколько большую длину волны, чем лучи видимого света, и довольно хорошо проникают сквозь туман, дым и облака. Многие предметы сами испускают инфракрасное излучение, хотя и в незначительном количестве. В сущности, всякий предмет, более тёплый, чем окружающая среда (например человеческое тело, моторы и радиаторы танков, самолётов и т. д.), является источником невидимых инфракрасных лучей,
Для того чтобы обнаружить в темноте или тумане те предметы, которые сами по себе не излучают инфракрасных лучей, можно применить прожекторы. Для этого достаточно снабдить обычный прожектор специальным светофильтром, например эбонитовой пластинкой, которая пропускает инфракрасные лучи, но непроницаема для лучей видимого света. Такой прожектор остаётся незаметным для противника, а посланные им невидимые инфракрасные лучи свободно проходят сквозь туман или дым и, отражаясь от предметов, возвращаются к наблюдателю. Остаётся только уловить их и сделать видимыми.
 |
| Схематический разрез инфрапрожектора. 1 — источник света, вольтова дуга; 2 — поток видимых лучей, которые задерживаются светофильтром; 3 — поток невидимых, инфракрасных лучей; 4 — сферическое зеркало; 5 — светофильтр, который поглощает видимые и пропускает инфракрасные лучи. |
Здесь-то и возникают главные трудности. Дело в том, что на практике получаются слишком слабые потоки инфракрасных лучей, поэтому их очень трудно сделать доступными для наблюдения. Проще всего можно уловить инфракрасные лучи путём фотографирования при помощи особой, чувствительной к этим лучам фотоэмульсии. Такое фотографирование даже при дневном свете имеет большое значение для военной разведки с самолётов. Чувствительная к инфракрасным лучам фотоэмульсия позволяет сравнительно легко раскрывать, или, как говорят, дешифрировать, замаскированные объекты независимо от погоды, даже при плохой видимости.
Однако с помощью моментальных фотоснимков трудно уловить слабое инфракрасное излучение от моторов, людей и тому подобных объектов. Кроме того, для целей разведки часто бывает необходимо не только фотографировать, но и тут же непосредственно видеть наблюдаемый объект. Даже при самой быстрой обработке снимков фотография не может заменить непосредственное наблюдение. Для этой цели приходится применять иные средства, гораздо более сложные и мощные, чем фотография.
Для того чтобы непосредственно увидеть предметы, «освещённые» инфракрасными лучами или испускающие эти лучи, необходимо решить две задачи. Во-первых, надо усилить чрезвычайно слабые инфракрасные лучи так, чтобы их энергия стала достаточной для воздействия на зрение человека; во-вторых, необходимо невидимые лучи сделать видимыми.
При выполнении первой задачи возникает следующая принципиальная трудность. Всякое излучение переносит энергию отдельными весьма малыми порциями — квантами. Чем больше длина волны излучения, тем меньше энергия кванта. Так как у инфракрасных лучей длина волны больше, чем у лучей видимых, то энергия их кванта соответственно меньше. Чтобы превратить эти невидимые лучи в видимые, нужно каким-то образом увеличить энергию каждого отдельного кванта инфракрасного излучения в несколько раз. Вот это и представляет с точки зрения физики весьма трудную задачу. Существует немало явлений, при которых сравнительно легко происходит преобразование кванта с большей энергией в квант с энергией меньшей. Но увеличить энергию кванта гораздо труднее. При некоторых явлениях такое увеличение наблюдается, но эти явления выражены всегда так слабо, что их практическое применение не обещает никакого успеха.
Несмотря на эти трудности, непосредственное видение в инфракрасных лучах, даже при их малой интенсивности, всё же осуществимо. Один из приборов для этой цели предложен американским изобретателем Зворыкиным и назван «инфрателескопом»,
Инфрателескоп может быть осуществлён в двух вариантах — более простом и более сложном. Первый действует следующим образом. Инфракрасные лучи проходят через объектив, напоминающий объектив обычного фотоаппарата, и попадают на полупрозрачный экран, покрытый особым веществом и помещённый внутри стеклянного сосуда, из которого удалён воздух. Экран с помощью проводника, впаянного в стенку сосуда, присоединён к отрицательному полюсу высоковольтной батареи. Такой экран представляет собою не что иное, как фотокатод, применяемый и в обычных фотоэлементах. Под влиянием инфракрасных лучей, падающих на фотокатод, из него вылетают электроны. Плотность их потока пропорциональна интенсивности инфракрасных лучей, падающих на то или другое место экрана.
Таким образом, слабый поток инфракрасных лучей, падающих на фотокатод, преобразуется в поток электронов. Это и даёт возможность преодолеть основную трудность, о которой говорилось выше. Поток электронов также слаб, но, в отличие от квантов излучения, электроны не имеют постоянной энергии. Их энергию можно легко увеличить простым средством — достаточно ускорить движение электронов с помощью электрического поля.
В более простом варианте инфрателескопа параллельно с фотокатодом устанавливается вторая пластинка, покрытая сернистым цинком и соединённая с положительным полюсом источника тока. Между фотокатодом и этой пластинкой возникает электрическое поле. Электроны, движущиеся в этом поле, получают значительную энергию и с большой силой ударяют в экран из сернистого цинка. Под влиянием электронных ударов экран начинает светиться. Интенсивность свечения тем значительнее, чем больше электронов попадает на ту или иную часть экрана.
 |
| Простой вариант инфрателескопа. 1 — наблюдаемый объект; 2 — объектив; 3 — фотокатод; 4 — поток электронов; 5 — экран из сернистого цинка, на котором получается видимое изображение; 6 — сосуд, из которого удален воздух; 7 — электрическая высоковольтная батарея. |
Таким образом, на фотокатоде получается при помощи объектива как бы невидимое изображение наблюдаемого предмета, а на пластинке, покрытой сернистым цинком, это изображение становится видимым. При этом яркость изображения зависит не только от интенсивности инфракрасных лучей, но главным образом от разности потенциалов на полюсах прибора. Увеличивая эту разность, можно теоретически почти безгранично увеличить интенсивность изображения на экране и улавливать даже слабые источники инфракрасных лучей.
Однако такой инфрателескоп не всегда удобен. С его помощью трудно производить наблюдения на большом расстоянии, так как изображения получаются слишком мелкими. Для того чтобы увеличить их, приходится применять объектив со значительным фокусным расстоянием. Это делает аппарат весьма громоздким и всё же не увеличивает изображения до той степени, которая бывает иногда практически необходима.
Чтобы добиться достаточного увеличения, применяется более сложный вариант инфрателескопа. В этом приборе фотокатод и экран из сернистого цинка расположены на несколько большем расстоянии друг от друга. Поток электронов, идущий от фотокатода к экрану, пропускается через соленоид, то есть через спираль, по которой проходит электрический ток.
Внутри соленоида, как известно, образуется магнитное поле. Это поле обладает, в частности, замечательным свойством: проходящий через него поток электронов так меняет своё направление, что на экране из сернистого цинка сразу получается увеличенное изображение. Такой соленоид называют электромагнитной линзой; он действует на электронный поток так же, как стеклянная линза действует на световые лучи. Несмотря на сравнительно небольшие размеры инфрателескопа с соленоидом, он даёт возможность получать сильно увеличенные изображения и производить наблюдения на значительном расстоянии.
 |
Более сложный вариант инфрателескопа. 1 — наблюдаемый
объект; 2 — объектив; 3 — фотокатод; 4 —
поток электронов; 5 — соленоид, являющийся электромагнитной линзой; 6 — экран из сернистого цинка, на котором
получается видимое изображение; 7 — сосуд, из которого удалён воздух; 8 —
электрическая батарея, питающая соленоид; 9 — электрическая высоковольтная
батарея. |
*
Мы рассмотрели только самые простые схемы, позволяющие непосредственно воспринимать инфракрасные лучи. На основании таких же принципом можно создать, и, наверно, будут созданы, значительно более сложные аппараты. Эти приборы могут получить самое широкое распространение для военных и невоенных целей, они дадут возможность «видеть» в темноте, различать предметы, скрытые дымом, и легко ориентироваться в густом тумане.
Комментариев нет:
Отправить комментарий