工农业的新朋友
来源:中华百科图书 类别:阅读 发布时间:05-19
谈到這里, 我們还没有涉及激光与国民经济的关系.在這一小标题下, 要谈一点激光在农业生产与工业生产上的应用——生产中初露头角.激光能为农业做什么?
"万物生长靠太阳".地球上的生物离不开太阳的光和热, 如果没有太阳, 地球將是一个死气沉沉的大冰球, 连一个细胞都无法生存.太阳光照对植物的生长、发育、开花、结果都有影响.比如, 秋菊开放之前, 增加光照, 可以提前开花;把它放进暗室, 花期可以推迟到冬季.早在古代, 就有人用光來控制植物生长, 但在激光出现之前, 收效甚微.激光问世之后, 进行了许多有成效的科学实验.
最初, 人們试验用红宝石激光來照蔬菜种子;用氦氖激光照水稻、小麦种子等.這些实验都观察到了效果.比如用氩激光器发出的蓝绿光照水稻种子, 可以获得早发芽、快长苗的效果.照后15 天, 比没照过的种子长的苗要高一倍, 并开始分蘖.又如用氦氖激光器发出的红光照射马铃薯种1 分钟, 可使之提早一周出苗.用激光照青瓜秧, 反复几次照射后, 青瓜藤的雌花增加一倍半, 结出來的瓜含糖量提高;照其他植物, 效果也都很好, 或者提高出苗率, 或者促进多开花、结硕果.既然光照对农用物的茁壮发育大有好处, 科学家就设想把激光用到大田里去.只是, 在广阔的田野上, 如果让所有的作物都受到激光的照射, 這需要多少台激光器啊! 就算能够配备足够的激光器, 那么1 亩地的耕作成本也太高, 這是不合算的.然而, 对光合作用的研究, 为人們提供了一线光明.科学家发现: 植物生长中至关重要的光合作用是一种快速的多次化学反应过程;反应分三个阶段, 需要光照的只是一个十分短促的阶段, 因此, 激光只要在光反应时间内一扫而过就行了.已经设计出各种大田扫描用激光器;一台激光器可以照射几十亩乃至几百亩地.
更省事、更有效的方法还是用激光來培育新品种.利用遗传特性, 把激光照射产生的优良变异继承下去.我国的一些农业科研单位已用激光培育了一批早熟、抗病、高产的良种.這些种子的优点是否能代代相传, 还要通过多年反复实验, 才能下结论.
苗壮还要防虫咬.激光在防治农业病虫害方面也已露了一手.激光照种能提高作物的抗病力是一方面;更积极的方面是用激光杀虫.研究表明激光可以直接杀死十多种害虫, 如皮蠹、桃蚜之类.這种杀虫方法不但没有化学毒剂污染的问题, 还可以杀灭一些杂草, 一箭双雕.
激光在工业上的应用, 现在最主要是激光加工.
劳动生产的加工手段从新石器时代的石刀、石斧开始到近代的机械加工, 经历了多次变革;不论怎样改变加工工具和工艺.加工时, 工具总是跟被加工物直接接触的, 因此不可避免地存在着刀具磨损和工件变形等问题.电加工技术出现后人們逐渐采用电火花、电子束等等离子体和激光加工技术.加工时, 工具不是坚硬的刀具, 而是电子流、离子流和光子流, 可以"以柔克刚".其中最有前途的可算激光加工.
激光加工的原理并不复杂, 和太阳光经透镜聚焦燃烧纸有相似之处, 加工中有的是靠工件吸收激光变热的热效应, 热集中在工件表面极小一点上;在高温下這一点范围里的金属表面即刻熔化, 化为一缕青烟.整个过程连续不断的快速进行, 就將工件的表面或小孔加工出來了.也有的除了热效应外, 还加上激光本身能量强大的光的冲力, 形成冲击波, 冲打工件完成加工.根据加工的不同要求, 供切割、打孔用的激光器必须有输出功率足够强的激光束, 使工件局部气化;如果是焊接, 激光的强度就要比较适中, 即使材料充分熔化又不能把材料打穿.
激光加工有一些共同的长处.各种材料, 无论多硬、多脆、多韧, 都可以用激光來加工.像钟表里用的宝石, 比合金钢还硬.要在宝石上面打一个针尖大小的孔, 以前只能用极细的钨丝沾上金刚砂粉來钻孔、研磨;钻一个孔要经过七道工序, 费时费力.现在用激光打孔, 在不到千分之一秒时间内, 就可以打出只有头发丝直径十分之一的微孔.上海一家工厂技术人员经过多年研究和改进, 发展了一种达到国际先进水平的激光加工技术.用激光加工, 20 个工人一年可以生产2 亿粒宝石轴承, 速度比老方法快50 倍, 用电量只有老方法的二百分之一, 场地也大大减少.又如, 要在直径仅10 厘米的化纤喷丝头上打出1 千个直径为60 微米的小孔, 用机械方法相当费时费力, 用激光打孔方便、迅速, 大大提高了功效.由此可见激光加工在工业上应用的巨大潜力.
激光光点可以聚集到直径只有1 微米那么大小的一个点, 加工量极微, 一次加工量可以控制在1 微克左右, 加工精度很高.同时由於加工时间很快, 工件跟激光束接触的地方, 甚至在热量还没有传到邻近区域去以前, 加工程序已经完成了, 所以工作不会因为受高温作用发生热形变.科学家曾经做过這样一次表演: 在冰块上放一小粒金属屑, 在强大的激光脉冲照射下, 金属屑顷刻化为气体蒸发掉了, 而金属屑下的冰块仍旧保持原样, 一点都没有融化.所以激光特别适用於精密、微量加工;它已经成为精密机械加工工业上的一种重要加工设备.比如激光微形焊接, 激光在微电阻上刻划以便调整阻值, 在微电子工业中就是必不可少的.微电子工业上, 要在1 平方厘米面积的硅片上, 制作几十个集成电路, 每小块集成电路上还有几十个二极管、三极管和电阻.集成电路上每一个电阻, 每一条引线宽只有100 微米左右.要焊接引线, 要调整电阻而又不损伤硅基片, 只能求助於激光微焊机, 激光电阻修整机.
奇特的是, 激光可以通过透明的玻璃, 或者透过红外激光的窗口, 对窗口内部的部件进行加工.灯泡里的钨丝断了, 用激光透过泡壳就可以把里面的钨丝焊接起來, 使它重新发光.电子管里的零件坏了, 也可以用激光來修理.其原理就是像玻璃之类的透明体不吸收激光, 激光通过它們直接传到里面的加工件上.眼科医院里, 医生用激光通过人眼的小晶体去治疗眼底的疾病, 也是同样的道理.
激光在工业上另一个重要的用途是用來作为测量工具.
测量和计量, 被称为"工业的眼睛".可见它們对於工业生产是很重要的.现在, 有了激光, 這对"眼睛"就更明亮了.我們已谈过"光尺", 能用來作精密测长.工业上已经用"光尺"來校验精密螺纹, 校验钟表宝石上微孔直径和圆度, 给坐标镗床作精密定位等等.
我們知道, 利用激光束的直线性來测距、瞄准、导向等, 要比雷达准确得多.激光制导武器、激光瞄准测距仪都已在战场上使用.在土木工程施工中, 激光的這种特性也很有用.比如挖掘隧道、铺设地下管线等, 让掘进机沿着激光束指引的方向前进, 可以使隧道打得又准又直;用激光束作为准绳, 对建造高层建筑, 装配大型机器, 监视水坝、桥梁的变形等等有很大的帮助.
北京市在建造100 米高的京西电站烟囱和380 米高的大气气象塔工程中, 都成功地应用激光束來准直, 误差不到10 公分.又如安装30 万千瓦汽轮发电机组, 要求误差小於0.1 毫米, 這是一项既费工、劳动强度又大的工作.采用激光准直方法, 大大加快速度, 节省了270 个工作日, 施工期缩短 40 天, 這就意味着多发电2 亿多度.
激光还可以用來测距离, 测液体、气体的流速, 测转速, 测间隙, 测细丝直径, 测钢板厚度, 测高电压、大电流, 测微粒大小, 测材料表面质量, 测材料的化学成分等等, 真是不胜枚举. |