Идеальный градусник

Наука и технологии
«Эксперт» №47 (400) 15 декабря 2003
Профессор Голант случайно разработал прибор, измеряющий температуру в чудовищно широком диапазоне. Он может использоваться практически везде: от недр ядерного реактора до обшивки космических аппаратов

Инновационная премия Intel 2-го Конкурса русских инноваций, ежегодно проводимого нашим журналом, в этом году была вручена настоящим физикам. Название проекта-победителя мне как журналисту, получившему задание написать про него, не предвещало ничего увлекательного: "Волоконные датчики на основе высокотемпературных брэгговских решеток". Как это разъяснить читателю? Какие-то высокие теории... Вот и руководитель проекта, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории плазмохимических технологий Научного центра волоконной оптики при Институте общей физики (ИОФ) РАН профессор Константин Голант выглядел как классический физик - поджарый, в очках, с седой бородкой, окруженный неведомыми приборами. Писать формулы ему явно милее, чем заниматься всем понятными житейскими делами.

Но оказалось, что инновации профессора Голанта и его команды не столь уж оторваны от жизни. Изобретение-победитель - это термометр. Но не обыкновенный градусник из аптеки, а довольно любопытный прибор, который может измерять температуру от -180 до +900 градусов Цельсия, причем в условиях сильных электромагнитных и радиационных помех (например, внутри ядерного реактора). Внешне устройство достаточно просто, но для того чтобы понять, как оно работает, нам-таки пришлось вспомнить основы физики.

Добавьте в кварц азота

Оптическое волокно - это нитка из кварцевого стекла, у которой есть сердцевина. Благодаря сердцевине кварцевая нитка может работать как световод. Загнанный в нитку невидимый инфракрасный свет "прижимается" к сердцевине и оказывается как бы запертым в теле волокна. "Запертые" фотоны могут двигаться со скоростью света только вдоль волокна. По существу, именно тонкая сердцевина оптического волокна ведет свет, предохраняя его от вредного соприкосновения с окружающей средой.

Сердцевина тоже делается из кварцевого стекла, но с присадками. Благодаря им увеличивается показатель преломления стекла сердцевины, что и заставляет свет удерживаться в ее окрестности. Световая волна бежит по сердцевине, отражаясь от границы раздела с периферийным стеклом волокна, которое имеет меньший показатель преломления. На протяжении нескольких десятков лет главная задача производителей волокна состоит в том, чтобы уменьшить потери в сердцевине, сделать так, чтобы волна могла без затухания проходить по волокну как можно большее расстояние. И в значительной мере они это делать научились.

Обычно в качестве присадки для создания сердцевины в стекло добавляют германий - элемент редкий и поэтому дорогой. Между тем известно, что введением дешевого азота вместо дорогого германия тоже возможно увеличить показатель преломления кварцевого стекла. Не хватало лишь одного звена: было непонятно, как работать с азотом в рамках стандартных технологий волоконно-оптического производства. Азотная сердцевина в оптоволокне, точнее технология ее изготовления, и стала тем фундаментом, на котором выросла инновация группы Голанта из Научного центра волоконной оптики при Институте общей физики имени А. М. Прохор