При лазерной абляции по поверхности тела стреляют коротким, но мощным лазерным импульсом. Он сильно нагревает и испаряет маленький объем вещества на самой поверхности, и этот процесс длится наносекунды. Изображение с сайта appliedspectra.com
1 нс = 10−9 c Наносекунды — это тот диапазон, на котором современная физика на полную катушку включается в работу. Но чтоб вы не подумали, что всё сразу становится жутко сложным, мы начнем знакомство с наносекундным диапазоном с некоторых чисел.
Что происходит за 10 нс? Космические аппараты, двигаясь со скоростью порядка 10 км/с, проходят за это время смехотворную дистанцию — 0,1 миллиметра. На Земле сравнимыми скоростями обладают взрывные и ударные волны, а также снаряды, выпущенные электромагнитными пушками. Тем не менее если такая волна или снаряд ударят в мишень, то за 10 нс это тело вовсе не разрушится. Оно просто не успеет отреагировать на такой разрушительный удар! Конечно, в самом поверхностном слое материала толщиной в доли миллиметра вещество под действием колоссальных нагрузок будет меняться. Оно резко нагреется, возможно расплавится или даже начнет испаряться — но всё это будет локализовано в микроскопическом слое вещества. Даже если предмет облучить сверхмощным лазерным импульсом, который начнет испарять вещество, этот процесс за первые наносекунды тоже затронет лишь тонкий приповерхностный слой.
Это подводит нас к важному выводу про наносекунды:
| в наносекундном диапазоне мы изучаем не предметы, мы изучаем вещество! |
Это своеобразный девиз наносекундной физики, по крайней мере той ее части, которая изучает вещество, а не электромагнитные волны (про них мы поговорим позже). Для наносекундных процессов обычных макроскопических предметов как бы и не существует.
С другой стороны, наносекунды — это еще слишком много для того, чтобы отслеживать движение отдельных атомов. Это движение — из другого, пикосекундного диапазона. За наносекунду каждый атом или молекула успевает столкнуться с соседями тысячи раз в твердом теле и десяток раз — в воздухе. Рывки и прочие особенности поведения отдельных молекул при этом сглаживаются, и именно из этого усредненного движения и возникает, собственно, вещество.
Промежуточный итог таков. Наносекунды — это мостик между привычным миром макроскопических тел и миром атомных явлений. В нашем путешествии вглубь секунды мы на столь коротких временах уже не чувствуем макроскопических тел, но еще не успеваем отследить отдельные атомы. То, что открывается перед нами в наносекундном диапазоне, — это характеристики и поведение вещества.
Коллективные явления Микросекунды. Пределы механического затвора