Техника - молодёжи 1962-04, страница 11

В. СИНЦОВ и К. ПОПОВА, инженеры Ленинград

|ожно ли в полной темноте увидеть черную кошку?

Этот вопрос на первый взгляд может показаться праздным, но попробуем подойти к нему как к совершенно конкретной технической задаче. Для этого прежде всего требуется уточнить: а что же такое темнота? Мы считаем, что в комнате темно, если в ней нет никаких источников видимого света — электромагнитных колебаний с длиной волны от 0,4 до 0,76 микрона, вызывающих у нас зрительные ощущения. Но что мы увидели бы, если каким-нибудь чудесным образом могли изменить диапазон длин волн, в, котором работает наш глаз, подобно! тому как мы изменяем диапазоны радиоприемника?

Вращаем рукоятку длин волн на воображаемом аппарате, изменяющем спектральную чувствительность глаза. Один микрон, два, три — мы ничего не видим. Но вот мы приближаемся к пяти микронам и постепенно начинаем различать кошку. Если мы перейдем к более длинным волнам, то мы сможем увидеть не только кошку, но и другие предметы в комнате, а также стены, пол и потолок.

Все эти предметы мы могли бы видеть потому, что они испускают длинноволновое инфракрасное, или тепловое, излучение. Оно зависит от температуры и излучательной способности тела. Чем сильнее тело нагрето, тем короче длины волн его излучения и тем интенсивнее излучение. Поэтому сильно нагретые тела, например спираль электроплитки или нить лампочки, мы видим невооруженным глазом, а чтобы увидеть менее нагретые тела — скажем, находящиеся при температуре, несколько превышающей комнатную, — нам нужно иметь прибор, преобразующий собственное тепловое излучение тел в видимое.

В настоящее время существуют разные методы теплового вйдения. Одним из этих методов является эвапорогра-фия, о которой мы и расскажем.

Еще в 1840 году Джон Гершель, сын первооткоывателя инфракрасного излучения Уильяма Гершеля, обнаружил, что если на зачерненную сажей бумагу, пропитанную спиртом, направить инфракрасное излучение, то на облучаемых участках спирт испаряется быстрее. Почти через сто лет после этого опыта немецкий физик Марианус Черни и его сотрудники развили изобретенный Дж. Гершелем метод регистрации инфракрасного излучения и построили первые модели приборов для теплового вйдения. Черни назвал этот метод эвапоро-графией (от латинского слова «эвапо-ро» — «испаряю» и греческого «гра-

фо» — «пишу»), а прибор — эвапоро-графом.

Основной частью эвапорографа является специальная кювета (см. вкладку). Со стороны, обращенной к объекту, она закрыта окном, прозрачным для инфракрасных лучей, например пластиной, вырезанной из кристалла каменной соли. Посредине кюветы, перегораживая ее на две изолированные части, находится тончайшая пленка — мембрана, на которую проецируется тепловое изображение. Чтобы использование упавшей на мембрану тепловой радиации было более эффективным, сторона мембраны, обращенная к объекту, покрыта слоем, хорошо поглощающим тепловое излучение, например слоем сажи.

От различных участков исследуемого тела идут неодинаковые потоки тепла.

Вследствие поглощения этих излучений соответствующие участки мембраны нагреваются по-разному. Так возникает тепловое изображение предмета. Но мы должны сделать его видимым, проявить его. Для этого с другой стороны мембраны в кювету вводятся пары летучей жидкости — масла. Масло стремится сконденсироваться, однако стенки кюветы обогреваются, поэтому оно может сконденсироваться только на мембране. Скорость конденсации масла на различных участках мембраны неодинакова: на холодных участках масло осаждается быстрее, а на теплых — медленнее. Вспомните, как запотевают холодные бутылки на столе и остаются сухими теплые чашки. Таким образом, на мембране возникает рельефное масляное изображение тепловой картины предмета.

Высота этого рельефа очень мала — примерно в 100—200 раз тоньше человеческого волоса. Можно ли увидеть такой тонкий рельеф? Оказывается, можно. Мы видим подобный рельеф, когда замечаем цветные пятна масла на мокром асфальте, пятна нефти на море или смотрим на мыльные пузыри, которые переливаются на солнце всевозможными цветами. По цвету этих пленок можно судить об их толщине.

Чтобы молекулы масла могли беспрепятственно передвигаться к мембране и от нее, из кюветы с помощью вакуумного насоса откачивается воздух.

Прибор, создающий тепловое изображение, масляный рельеф и позволяющий рассматривать этот рельеф, не очень сложен. Он похож на фотоаппарат. Но так как стекло непрозрачно для инфракрасных лучей, то объектив делают не линзовым, а зеркальным, потому что металлическое зеркало хорошо отражает лучи всех длин волн.

Рис. 6. Инфракрасная техника в медицинской диагностике. Температура раковой опухоли чуть-чуть выше температуры человеческого тела. На «тепловом» снимке она получается более светлой.

На вкладке изображена схема эвапорографа. В фокальной плоскости зеркального объектива помещается мембрана кюветы, о работе которой мы уже рассказали. Для рассмотрения масляного рельефа служит осветитель, посылающий свет через объектив и заднее окно кюветы, прозрачное для видимых лучей, на мембрану. Свет отражается от масляного рельефа на мембране, проходит снова через заднее окно кюветы, отражается от первого полупрозрачного зеркала и попадает в окуляр или же отражается от второго полупрозрачного зеркала и через объектив фотоаппарата попадает на фотопленку. Таким образом можно рассматривать и фотографировать изображение.

Для решения каких задач может быть использован эвапорограф?

В морозную ночь вы просыпаетесь от хоЛода в комнате. Откуда-то дует! Но откуда? Эвапорограф может определить это. Ведь стена в месте незаметной для вас щели охлаждается морозным воздухом, и в окуляр эвапорографа вы увидите холодную щель на фоне теплой стены. Подобным образом можно исследовать поверхность дома не только изнутри, но и снаружи — определить, В каких местах дом теряет больше тепла.

С помощью эвапорографа могут быть обнаружены участки плохих контактов в кабелях, места плохой пайки в радиотехническом оборудовании, так как именно в этих местах возможен перегрев.

Применяют эвапорограф и для исследования распределения температуры на наружных стенках мартеновской печи, чтобы обнаружить области опасного перегрева.

Канадскими врачами эвапорограф был использован для обнаружения злокачественных опухолей, расположенных неглубоко под кожей (рис. 6). Дело в том, что скорость деления клеток опухоли и уровень обмена веществ в ней выше, чем в здоровой ткани, а это приводит к увеличению температуры опухоли по сравнению со здоровой тканью на 1,5— 2°. Даже такое повышение температуры можно увидеть с помощью эвапорографа. Да разве только это может увидеть удивительный прибор, расширяющий границы человеческого зрения!

7