Страница 101 из 161
Таунс надеялся отселектировать РІ пучке больше молекул, находящихся РІ верхнем состоянии, РѕС‚ молекул РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј состоянии. Ртим СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј РѕРЅ РјРѕРі Р±С‹ реализовать то, что РјС‹ называем инверсией населенности, Рё каждая молекула, переходя РІ нижнее состояние СЃ испусканием кванта, могла Р±С‹ заставить РґСЂСѓРіРёРµ молекулы делать то же самое. Р’ результате резонатор РјРѕРі Р±С‹ испускать излучение РЅР° частоте около 24 000 МГц. Таунс четко понимал необходимость резонатора, который связывает излучение СЃ возбужденной средой.
Таунс осознавал свою ответственность, в частности, перед Гордоном, который выполнял работу своей докторской диссертации в рамках проекта, результат которого не гарантировался. Я не уверен, что работа получится, но даже в этом случае мы сможем сделать другие вещи, в результате Таунс пообещал Гордону, что даже если метод не сработает, он сможет использовать установку для исследований спектров микроволнового поглощения аммиака. Таким образом, Гордон работал в двух направлениях. Он мог изучить сверхтонкую структуру аммиака (разделение энергетических состояний на многие подуровни из-за взаимодействия между электроном и ядром) с большей точностью, чем это удавалось прежде.
Достижения в работе были описаны в квартальных отчетах Факультета и содержали некоторые данные, интересные для тех, кто занимался физикой микроволн. Первая публикация с упоминанием этого мазерного проекта появилась в сообщении Цайгера и Гордона 31 декабря 1951 г., которое было озаглавлено Молекулярный Пучковый Генератор. В нем сообщались предварительные расчеты основных элементов этого генератора.
В течение двух лет группа Таунса продолжала работать. За это временя, два друга Таунса приходили в лабораторию и старались уговорить его бросить эту чепуху и прекратить тратить казенные деньги (Таунс уже потратил 30 000 $, предоставленных военными).
Наконец, РІ РѕРґРёРЅ РёР· дней апреля 1953 Рі., Джеймс Гордон вбежал РЅР° спектроскопический семинар, который РїСЂРѕРІРѕРґРёР» Таунс, СЃ РєСЂРёРєРѕРј: РѕРЅ работает! Р�стория РіРѕРІРѕСЂРёС‚, что Таунс, Гордон Рё РґСЂСѓРіРёРµ студенты (Цайгер Рє этому времени оставил Колумбию Рё перешел РІ Линкольновскую лабораторию Рё его заменил Рў. Ванг) отправились РІ ресторан, чтобы отметить событие Рё придумать для РЅРѕРІРѕРіРѕ устройства латинское или греческое название (последнее без успеха). Только несколько дней спустя РѕРЅРё СЃ помощью некоторых студентов придумали аббревиатуру МАЗЕРусиление микроволн СЃ помощью стимулированного излучения (MASER Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation). Рто название появилось РІ заголовке работы, опубликованной РІ Physical Review, РЅРѕ недоброжелатели расшифровывали это, как СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ получения поддержки для дорогостоящих исследований {Means of Acquiring Support for Expensive Research)
Блок-схема аппаратуры показана РЅР° СЂРёСЃ. 42. Через отверстие РІ маленькой печи СЃ точно поддерживаемой температурой вылетает пучок молекул аммиака. Р’ этом пучке содержатся молекулы, находящиеся как РІ нижнем, так Рё РІ верхнем энергетическом состоянии, причем, что вполне естественно, РІ нижнем состоянии находится несколько больше молекул. Пучок РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через систему электродов фокусирующей системы. Рти электроды создают сильное неоднородное электрическое поле, которое разделяет молекулы. Р�С… действие заключается РІ том, что молекулы РІ верхнем состоянии продолжают двигаться, прижимаясь Рє РѕСЃРё системы, Р° молекулы РІ нижнем состоянии выталкиваются РѕС‚ этой РѕСЃРё. Такая конструкция позволяет РЅРµ только разделить молекулы РїРѕ состояниям, РЅРѕ Рё несколько сфокусировать молекулы РІ верхнем состоянии РІ хорошо коллимированный пучок. Ртот пучок РІС…РѕРґРёС‚ РІ объемный резонатор, точно настроенный РЅР° частоту перехода аммиака, С‚.Рµ. РЅР° 23 830 МГц. Если РІ резонатор РІС…РѕРґРёС‚ достаточное число молекул РІ верхнем состоянии, возникает непрерывная генерация, которую можно вывести РёР· резонатора обычной радиочастотной техникой. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, система может быть РІ условиях, РєРѕРіРґР° число молекул недостаточно, чтобы поддержать генерацию, РЅРѕ достаточно, чтобы усиливать внешний сигнал. Р’ этом случае устройство работает как усилитель, разумеется, РЅР° той же частоте. Р’СЃСЏ система помещается РІ кожух (РЅРµ показан РЅР° СЂРёСЃ.), РІ котором поддерживается высокий вакуум, нужный для того, чтобы предотвратить столкновения молекул аммиака СЃ молекулами РІРѕР·РґСѓС…Р°, что могло Р±С‹ привести Рє потере энергии возбуждении РІ результате обмена энергией. Разумеется, реальная система РЅРµ столь проста, как показано РЅР° СЂРёСЃ. 42.