Психотронное оружие

Идея использовать мощный луч света в качестве оружия восходит еще к Архимеду, но реальную почву эта идея обрела лишь в 1961 г. с появлением первых лазеров. В 1967 г. был разработан первый газодинамический лазер, который продемонстрировал реальность возможности использования лазеров как оружия. Основными его элементами являются: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается и переходит в состояние с инверсной населенностью энергетических уровней; оптическая полость, где и происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор. Для пропускания излучения из полости диаметр одного из зеркал чуть меньше, чем у другого (52, с.194).

Близки по конструкции к газодинамическому лазеру химический и электроразрядный: в них также через объем резонатора с большой скоростью прокачивается возбужденная рабочая смесь, только источником их возбуждения является соответственно химическая реакция или электрический разряд. Наиболее подходящим для поражения боеголовок в космическом пространстве считается химический лазер на реакции водорода с фтором. Если же в этом лазере вместо водорода использовать его тяжелый изотоп, дейтерий, то излучение будет иметь длину волны не 2,7 мкм, а 3,8 мкм, т. е. попадет в "окно прозрачности" земной атмосферы (3,6--4 мкм) и сможет почти беспрепятственно достигать земной поверхности.

Сложную задачу представляет фокусировка лазерного луча на цель.

С точки зрения фокусировки луча более предпочтительными являются оптические и ультрафиолетовые (УФ) лазеры. Наиболее перспективными среди них считают эксимерные лазеры на молекулах фтористого аргона и фтористого криптона. Эти молекулы-эксимеры могут существовать только в возбужденном состоянии: послеизлучения фотона они разрушаются. Излучение таких лазеров лежит в диапазоне от 2000 до 3000 ангстрем, и поэтому земная атмосфера для него непрозрачна. Внешний источник энергии у эксимерных лазеров -- электрический разряд, пучок ускоренных электронов, поток нейтронов от ядерного реактора или, возможно, от ядерного взрыва.

Самым крупным недостатком газовых лазеров всех типов является большое выделение тепла в их рабочем объеме. Это ограничивает повышение мощности на единицу массы таких лазеров. Перспективным в этом отношении считается лазер на свободных электронах, в котором усиление излучения происходит за счет его взаимодействия с пучком электронов, движущимся в периодическом магнитном поле. Можно также использовать такие лазеры как усилители мощности другого лазера, самостоятельных генераторов и умножителей частоты. Поскольку электроны летят в вакууме, не происходит разогрева прибора, как у обычных лазеров. Большим достоинством является также то, что частота генерации у лазера на свободных электронах может перестраиваться в широком спектральном диапазоне от миллиметровой до УФ-области, что делает защиту от излучения большой проблемой.

Идея эта не нова и давно используется в радиотехнике для создания мощных генераторов и усилителей сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. Относительно высокий ожидаемый коэффициент полезного действия этих усилителей в оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн весьма высок: до 30--40 процентов, что по данным американских источников еще до конца столетия позволит получить лазерное излучение мощностью до 100 мегаватт.

Стремление использовать в лазерном оружии коротковолновое излучение связано с тем, что оно хорошо поглощается любыми материалами. Например, титановое покрытие почти полностью отражает ИК-излучение, но поглощает ультрафиолет. Однако УФ-лазеры тяжелы и требуют громоздких источников энергии (52, с.195).

Рентгеновские лазеры

Особую роль в планах "звездных войн" играет проект рентгеновского лазера с накачкой энергией от ядерного взрыва. Вообще идея рентгеновских и гамма-лазеров давно привлекает внимание ученых. Применение таких лазеров даст человечеству большие возможности: как источники когерентных волн они приведут к рождению рентгеновской или гамма-голографии (молекулярной голографии), позволят расшифровать объемную структуру молекул и атомов. Возможность воздействовать на атомы и их ядра строго дозированными порциями энергии -- квантами -- позволит изучать и направленным образом изменять структуру атомных ядер. Тщательно подобрав частоту излучения, можно раскачивать и разрывать определенные связи в ядре и осуществлять таким образом самые экзотические ядерные превращения. Ту роль, которую играют сейчас оптические лазеры в области управления химическими реакциями, рентгеновские и гамма-лазеры будут играть в сфере ядерных превращений. Впрочем, они найдут применение и в хирургии, и в спутниковой связи, и в других областях народного хозяйства. Поэтому уже более 20 лет продолжаются попытки создать рентгеновский лазер, используя, разумеется, не разрушительную энергию ядерного взрыва, а контролируемые источники (например, обычные оптические лазеры).

В 1984 г. в США был произведен эксперимент по генерации лазерного рентгеновского излучения в газовой среде с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера "Наветт" (Ливерморская национальная лаборатория), каждый луч которого имел плотность мощности 5 * 10¹³ Вт/см² в импульсе длительностью 4,5 * 10~¹⁰ с.

В фокусе лазера помещалась мишень -- тончайшая пленка размером 0,1 х 1,1 см из селена или иттрия. Луч испарял мишень, создавая плазму из ионов этих металлов. Столкновения с электронами в плазме вызывали возбуждение ионов, которое приводило к вынужденному излучению на частотах около 200 ангстрем. Наличие лазерного эффекта подтверждалось тем, что излучение, скажем, селеновой плазмы по интенсивности превышало примерно в 700 раз ожидаемое ее спонтанное излучение. По сообщению специалистов Ливерморской группы, планируется дальнейшее продвижение в область жесткого рентгена: так, излучение неоноподобных ионов молибдена даст лазерный эффект на 100 ангстрем, а использование новых лазеров накачки позволит уменьшить длину волны излучения до 50 ангстрем.

В том же 1984 г. сотрудникам Принстонской лаборатории физики плазмы (США) с помощью мощного инфракрасного лазера на молекулах СО, удалось получить лазерный эффект в углеродной плазме на волне длиной 182 ангстрем. Их лазер накачки имел импульсную мощность порядка 10--20 гигаватт (52, с.196). Его пучок фокусировался в пятно диаметром 0,2-- 0,4 мм, что позволяло достигать плотности мощности 10¹³ Вт/см². Руководитель Принстонской группы С. Сакьюэр также надеется продвинуться в область более коротких волн, используя литиеподобные ионы неона. Интересно, что в этих экспериментах впервые использовалось для увеличения коэффициента лазерного усиления рентгеновское зеркало, изготовленное Т. Барби в Стенфордcком университете (США). Это параболическое зеркало с радиусом кривизны 2 м состоит из чередующихся слоев молибдена толщиной 35 ангстрем и кремния толщиной 60 ангстрем. Хотя каждый молибденовый слой довольно слабо отражает рентгеновские лучи, но отраженные от последовательных слоев лучи складываются, интерферируют и усиливаются, так что полный коэффициент отражения такого многослойного зеркала составляет 70%.

В1986 г., полностью ионизировав в фокусе мощного лазера атомы фтора, исследователи получили лазерное излучение с длиной волны 80 ангстрем. Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо для уменьшения расходимости пучка у боевого лазера) требует таких огромных плотностей энергии накачки которые достигаются только при взрывах ядерных зарядов. Работы в этом направлении с целью создать боевой рентгеновский лазер ведутся в Ливерморской лаборатории под руководством "отца американской водородной бомбы" Эдуарда Теллера. Испытания проводятся во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. В 1981 г. было опубликовано неофициальное сообщение об измеренных во время эксперимента характеристиках лазерного излучения: длина волны 14 ангстрем, длительность импульса > 10^-9 с,энергия в импульсе около 100 кДж. Детально конструкция лазера не описывалась, но известно, что его рабочим телом являются тонкие металлические стержни.

Для поражения межконтинентальной баллистической ракеты, т. е. для получения плотности энергии, скажем, 10 кДж/см² на расстоянии 1000 км при расходимости луча 10^-5 рад, в импульсе такого лазера должна быть энергия около 10¹⁰ Дж. При внутреннем КПД рентгеновского лазера, составляющем по довольно оптимистичным оценкам 10%, и при расстоянии стержня (точнее было бы называть его струной) от ядерного заряда около 1 м мощность заряда должна быть примерно 10¹⁵ Дж, или 200 кт тротилового эквивалента (52, с.196-197). По другим расчетам, для обеспечения дальности поражения МБР нарасстоянии 2000 км потребуется ядерный заряд мощностью 50 кт, а число стержней составит 10⁵. Не исключена также возможность создания некоего концентратора энергии взрыва на одной струне, используя эффект отражения рентгеновских лучей от кристаллов при косом падении.

По-видимому, принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он обещает стать очень компактным прибором (с вероятной массой около 1 т), доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием (52, с.197). По телевидению был продемонстрирован боевой лазер армии США, который успешно поразил из космоса цель на земле. Аналогичная система лазерного оружия развёрнута и в России.

Работы по созданию лазерного оружия начались у нас в 1964--1965 гг. В конце 60-х годов в Сары-Шаганс было начато создание экспериментального комплекса, получившего шифр "Терра-3". На нем отрабатывались такие вопросы, как наведение лазера на космическую мишень и мощность, необходимая для ее поражения. Эта установка вызвала серьезную озабоченность американцев, и в 1989 г. они добились ее посещения.

В 1981 г. США произвели первый запуск космического челнока "Шаттл". Советская служба наблюдения установила, что одной из задач экипажа, судя по траектории движения корабля, могло быть слежение за территорией СССР. 10 октября 1984 г., когда витки 13-го полета "Челленджера" проходили в районе полигона войск ПВО у озера Балхаш, был произведен эксперимент с использованием экспериментального лазерного комплекса генерального конструктора Н. Устинова. Мощность излучения была минимальной. Корабль пролетал на высоте 365 км, наклонная дальность обнаружения и сопровождения составляла от 400 до 800 км. Точное целеуказание лазерной установке было дано радиолокационным измерительным комплексом "Аргунь".

Как рассказывали потом члены экипажа "Челленджера", при полете над районом Балхаша на корабле внезапно отключилась связь, возникли сбои в работе аппаратуры, да и сами астронавты почувствовали недомогание. Вскоре американцы поняли, что экипаж подвергся какому-то воздействию с советской стороны, и заявили протест. В дальнейшем из гуманных соображений лазерная установка ни разу не применялась.

Уязвимость ударных космических вооружений усугубляется еще и тем, что космические платформы для их базирования сравнительно велики по габаритам, многотоннажны и находятся на относительно низких орбитах. А вот средства противодействия, установленные, скажем, на Земле, не ограничены размерами, их можно сделать во много раз больше, мощнее, стоить они будут дешевле, да и защитить их можно лучше, а наводить более точно. Наконец, размещенные на Земле, контрлазеры не ограничены энергетическими возможностями и габаритами. Оружие, размещенное в космическом пространстве, считает известный американский специалист Э. Картер, -- "скорее первоклассные мишени" для средств противодействия, чем позиции для атаки (52, с.396).

Итак, с созданием в нашей стране и США Военно-космических Сил резко возросла возможность применения из Космоса сверхсовременного "несмертельного" пси-оружия. А с учетом того, что пока только у нашей страны есть сверхсекретное спинорное оружие и пока в ближайшие 30--50 лет ни у кого в мире еще не будет возможности его создать, то выведение в Космос русского спинорного оружия позволяет нашей стране несколько десятилетий спокойно заниматься реформами. Есть, правда, одно "небольшое" опасение, если США вынудят нас применить спинорное оружие, то на Земле и в ближайшем Космосе ничего не останется. Именно этот "небольшой" недостаток спинорного пси-оружия сдерживает руководство нашей армии от его "пробного" применения, например, над территорией США, Японии или Англии--наших нынешних смертельных врагов, мира с которыми никогда быть не может (52, с.397).

Организм человека очень чувствителен к воздействию электромагнитного излучения. Работающие в зоне действия электромагнитного поля с плотностью потока всего 0,43 мкТл в 10-15 раз чаще болеют раком головного мозга, и даже такая плотность потока как 0,2-0,3 мкТл может стать причиной злокачественных опухолей у людей. У операторов компьютеров в 2,5 раза чаще рождаются дети с врожденными пороками, у них также наблюдались нарушения центральной нервной системы, обострения болезней сердечно-сосудистой системы (30,с.2).

Длительное и систематическое облучение может стать причиной необратимых изменений в нервной системе, головных болей, импотенции, повышения утомляемости организма, нарушения сна, ухудшения интеллектуальной деятельности. Отдельные лица в значительной степени оказываются подвержены отклонениям в душевной и психической сфере, что проявляется в подавленном состоянии, резких сменах настроения, появлении навязчивых идей и внушённых галлюцинаций. Может возникнуть ощущение зуда, озноба, покалывания и болей в самых различных частях и органах тела (57, с.129 - 136).Такие небольшие дозы облучения представляют серьезную опасность здоровью человека, но в излучателях, которые используются в качестве орудия преступления доза облучения в несколько раз выше, поэтому у человека, на которого совершено подобное нападение, нет никаких шансов остаться в живых.

При увеличении мощности изделий значительно увеличивается и дальность поражения человека, если учесть, что человек принимает и передает информацию на волнах длиной 9-16 микрометров.

Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия.

Поражающим элементом используется пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизируют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в воздухе, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для "пробивания канала" можно использовать и луч УФ-лазера).

При использовании отрицательных ионов водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем "нейтрализуются" за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития глубоко проникает, практически через любое препятствие. Большая проникающая способность изделий привлекает к ним военных и спецслужбы. Поскольку основа работы изделий связана с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, есть все основания считать, что открытие высокотемпературных сверхпроводников ускорит доработку и улучшит характеристики изделий (39,с.122-124).

Пучковое оружие

Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались с работ по созданию морской боевой станции для борьбы с противокорабельными ракетами (ПКР). При этом предполагалось использовать пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для "пробивания канала" можно использовать и луч Уф-лазера). Импульсный пучок электронов с энергией частиц около 1 ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстоянии 1-- 5 км. При энергии "выстрела" 1--10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии около 0,Д МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.

Однако практическое создание пучкового оружия космического базирования наталкивается на ряд нерешенных (даже на теоретическом уровне) проблем, связанных с большой расходимостью пучка из-за кулоновских сил отталкивания и с существующими в космосе сильными магнитными полями. Искривление траекторий заряженных частиц в этих полях делает их использование в системах пучкового оружия вообще невозможным. При ведении морского боя это незаметно, но на расстояниях в тысячи километров оба эффекта становятся весьма существенными. Для создания космической ПРО считается целесообразным использовать пучки нейтральных атомов (водорода, дейтерия), которые в виде ионов предварительно разгоняются в обычных ускорителях.

Быстролетящий атом водорода является достаточно слабо связанной системой: он теряет свой электрон при соударении с атомами на поверхности мишени. Но образующийся при этом быстрый протон обладает большой проникающей способностью: он может поразить электронную "начинку" ракеты, а при определенных условиях даже расплавить ядерную "начинку" боеголовки (52, 203).

В ускорителях, разрабатываемых в Лос-Аламосской лаборатории США специально для космических противоракетных систем, используются отрицательные ионы водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем "нейтрализуются" за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития, проникая глубоко в ракету или спутник, нагревает металл и выводит из строя электронные системы. Но такие же газовые облака, созданные вокруг ракеты или спутника, могут в свою очередь превратить нейтральный пучок атомов в пучок заряженных частиц, защита от которого не представляет трудностей. Использование для ускорения МБР так называемых мощных "быстрогорящих" ускорителей (бустеров), сокращающих фазу ускорения, и выбор настильных траекторий полета ракет делает саму идею использования пучков частиц в системах ПРО весьма проблематичной.

Поскольку в основе своей пучковое оружие связано с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, можно предположить, что недавнее открытие высокотемпературных сверхпроводников ускорит разработку и улучшит характеристики этого оружия (52, с.204).

Такую же опасность для организма человека представляют акустические излучатели (излучатели механических колебаний: инфразвуковые, ультразвуковые).

Под излучателем понимается техническое устройство преобразующее один вид энергии в определенный вид излучения. Звук - это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твёрдых телах - механические колебания. С физической точки зрения звук - это чередующиеся сжатия и разрежение среды, распространяющиеся во все стороны. Чередующиеся сжатия и разрежения в воздухе называют звуковми волнами (51, с.13 - 15).

При достижении звуковой волной какой-либо точки. пространства частицы вещества, до того не совершавшие упорядоченных движений, начинают колебаться. Любое движущееся тело, в том числе и колеблющееся, способно. совершать работу, то есть оно обладает энергией. Следовательно, распространение звуковой волны сопровождается распространением энергии.

Органы слуха человека способны воспринимать звуки с частотой от 15--20 колебаний в секунду до 16--20 тысяч. Соответственно этому механические колебания с указанными частотами называются звуковыми, или акустическими (51, с. 16).

Основные физические характеристики любого колебательного движения--период и амплитуда колебания, а применительно к звуку -- частота и интенсивность колебаний.

Периодом колебания называется время, в течение которого совершается одно полное колебание, когда, например, качающийся маятник из крайнего левого положения переместится в крайнее правое и вернется в исходное положение.

Частота колебаний -- это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту величину в Международной системе единиц называют герц (Гц). Частота -- одна из основных характеристик, по которой мы различаем звуки. Чем больше частота колебаний, тем более высокий" звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон.

Нам, людям, доступны звуки, ограниченные следующими частотными пределами: не ниже 15--20 герц и не выше 16--20 тысяч герц. Ниже этого предела находится инфразвук (меньше 15 герц), а выше -- ультразвук и гиперзвук, то есть 1,5-10 ⁴--10 ⁹ герц и 10 ⁹--10 ¹³ герц соответственно.

Ухо человека наиболее чувствительно к звукам с частотой от 2000 до 5000 герц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15--20 лет. Затем слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 герц, от 40 до 60 лет -- 2000 герц, а старше 60 лет -- 1000 герц. В пределах до 500 герц человек различает повышение или понижение частоты всего лишь на один герц. На более высоких частотах люди менее восприимчивы к такому незначительному изменению частоты. Так, например, при частоте более 2000 герц человеческое ухо способно отличить один звук от другого только тогда, когда разница в частоте будет не меньше 5 герц. При меньшей разнице звуки будут восприниматься как одинаковые. Однако правил без исключений не бывает. Есть люди, обладающие необычайно тонким слухом. Например, одаренный музыкант может отреагировать на изменение даже на какую-то долю одного колебания (51, 21-22).

С периодом и частотой связано понятие о длине волны. Длиной звуковой волны называется расстояние между двумя последовательными сгущениями или разрежениями среды. На примере волн, распространяющихся на поверхности воды,-- это расстояние между двумя гребнями (или впадинами).

Вторая основная характеристика - амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положений равновесия при гармонических колебаниях, На примере с маятником амплитуда -- .максимальное отклонение его от положения равновесия в крайнее правое или левое положение. Амплитуда колебаний, так же как и частота, определяет интенсивность (силу) звука. При распространении звуковых волн отдельные частицы упругой среды последовательно смещаются. Это смещение передается от частицы к частице с некоторым запозданием, величина которого зависит от инерционных свойств среды. Передача смещений от частицы к частице сопровождается изменением расстояния между этими частицами, в результате чего происходит изменение давления в каждой точке среды. Акустическая волна несет в направлении своего движения определенную энергию. Благодаря этому мы слышим звук, создаваемый источником, находящимся на определенном расстоянии от нас. Чем больше акустической энергии достигает уха человека, тем громче слышится звук. Сила звука, или ее интенсивность, определяется количеством акустической энергии, протекающей за одну секунду через площадку в один квадратный сантиметр. Следовательно, интенсивность акустических волн зависит от величины акустического давления, создаваемого источником звука в среде, которое, в свою очередь, определяется величиной смещения частиц среды, вызываемого источником. В воде, например, даже очень небольшие смещения создают большую интенсивность звуковых волн (51, с. 22-23).

Наблюдения за состоянием здоровья рабочих шумных цехов показали, что под действием шума нарушается динамика центральной нервной системы и функций вегетативной нервной системы. Проще говоря, шум может повышать давление крови, учащать или замедлять пульс, понижать кислотность желудочного сока, кровообращение мозга, ослаблять память, снижать остроту слуха. У рабочих шумных производств отмечается более высокий процент заболеваний нервной и сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта.

Одна из причин отрицательного воздействия шумов в том, что, когда мы сосредоточиваемся, чтобы лучше слышать, наш слуховой аппарат работает с большой перегрузкой. Одноразовая перегрузка не страшна, но когда мы перенапрягаемся изо дня в день, из года в год, бесследно это не проходит (51, с26).

Медики настойчиво продолжают исследовать влияние шума на здоровье человека. Они, например, установили, что при повышении шума увеличивается выделение адреналина. Адреналин в свою очередь влияет на работу сердца и, в частности, способствует выделению свободных жирных кислот в кровь. Для этого достаточно человеку кратковременно находиться под воздействием шума интенсивностью 60--70 децибел. Шум более 90 децибел способствует более активному выделению кортизона. А это в определенной степени ослабляет способность печени бороться с вредными для организма веществами, в том числе и с теми, которые способствуют возникновению рака.

Оказалось, что шум вреден также и для зрения человека. К такому выводу пришла группа болгарских врачей, исследовавших эту проблему (51, с.27).

По своей физической природе слышимый звук и ультразвук ничем друг от друга не отличаются. Да, собственно, и нет резкого перехода от слышимого звука к ультразвуку: тут граница колеблется в пределах "от" и "до" и зависит от возможностей слухового аппарата людей. Для одних ультразвук начинается с порога 10 килогерц, для других этот порог поднимается до 20 килогерц. А некоторые люди и на 40-- 50 килогерц могут реагировать. Правда, на слух они такие звуки воспринимать уже не могут, но замечено, что у них, если они находятся вблизи источника ультразвука, обостряется зрение.

Стало быть, нижний предел, перейдя который звук становится ультразвуком, зависит от порога слышимости людей, а поскольку он не у всех одинаковый, специалистам ничего не оставалось, как согласиться на какие-то "средние" величины. Обычно это 16--20 килогерц (51, с.40).

В зависимости от длины волны и частоты ультразвук обладает специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область ультразвуковых частот удобно подразделить на три подобласти: низкие ультразвуковые частоты (1,5-10⁴ -- 10⁵ герц), средние (10⁵--10⁷ герц) и высокие (10⁷ -- 10⁹ герц).

Ультразвуковые волны применяются как в научных исследованиях при изучении строения и свойств вещества, так и для решения самых разнообразных технических задач (51, с.40).

Ультразвук отличается от обычных звуков тем, что обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, то есть сосредоточивать всю энергию ультразвука в нужном направлении и концентрировать ее в небольшом объеме. Многие свойства ультразвуковых лучей аналогичны свойствам световых лучей. Но ультразвуковые лучи могут распространяться и в таких средах, которые для световых лучей непрозрачны. Это позволяет использовать ультразвуковые лучи для исследования оптически непрозрачных тел (51, с.41).

Мощность ультразвука в отличие от слышимых звуков может быть достаточно большой. От искусственных источников она может достигать десятков, сотен ватт или даже нескольких киловатт, а интенсивность--десятком и сотен ватт на квадратный сантиметр. Следовательно, с ультразвуком внутрь материальной среды поступает очень большая энергия механических колебании. Возникает так называемое звуковое давление колебательного характера. Его величина непосредственно связана с интенсивностью звука (51, с.42).

Современные методы получения ультразвука основываются на использовании пьезоэлектрического и магнитострикционного эффектов.

В 1880 году французские ученые братья Жак и Пьер Кюри открыли пьезоэлектрический эффект. Сущность его заключается в том, что если деформировать пластинку кварца, то на ее гранях появляются противоположные по знаку электрические заряды. Следовательно, пьезоэлектричество-- это электричество, возникающее в результате механического воздействия на вещество ("пьозо" по-гречески означает "давить") (51, с.63).

Несколько упрощая, можно сказать, что пьезоэлектрический преобразователь представляет собой один или несколько соединенных определенным образом отдельных пьезоэлементов с плоской или сферической поверхностью, приклеенных на общую металлическую пластину (51, с67). Для получения большой интенсивности излучения применяют фокусирующие пьезоэлектрические преобразователи, или концентраторы, которые могут иметь самые различные формы (полусферы, части полых сфер, полые цилиндры, части полых цилиндров). Такие преобразователи используют для получения мощных ультразвуковых колебаний на высоких частотах. При этом интенсивности излучения в центре фокального пятна у сферически:; преобразователей в 100--150 раз превышает среднюю интенсивность на излучающей поверхности преобразо- вателя (51, с.68).

Магнитострикционный эффект

В 1847 году Дж. Джоуль заметил, что если поместить. стержень из ферромагнитного материала в направленное вдоль него магнитное поле, геометрические размеры стержня изменятся -- проще говоря, он деформируется Это явление называется магнитострикционным эффектом, или магнитострикцией (магнит и латинское stric-tio -- сжатие). Ферромагнетизм, то есть "железный магнетизм",-- это совокупность магнитных свойств железа. К числу ферромагнитных материалов, кроме железа, относится ряд металлов, некоторые сплавы и окислы металлов.

Магнитострикционный эффект, как и пьезоэлектрический, обратим. Если по обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень, пропустить переменный ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля стержень будет деформироваться (удлиняться и укорачиваться) -- прямой магнитострикционный эффект. Если же ферромагнитный стержень, на который наложена обмотка, сжимать или растягивать, то его магнитные свойства будут изменяться, а в обмотке возникнет переменный ток -- обратный магнитострикционный эффект (51, с.68).

Изучение магнитострикционного эффекта важно потому, что магнитострикционные материалы применяются для изготовления различных приборов и устройств, например магнитострикционных излучателей, датчиков для исследования деформаций и напряжений в деталях машин и т. п.

Для изготовления магнитострикционных преобразователей применяются пермендюр, никель и железоалюминиевые сплавы -- альферы. Наиболее высоким магнитострикционным эффектом обладает сплав платины с железом, но из-за большой стоимости этот сплав практически не применяется. Чаще магнитострикционные преобразователи делают из тонких листов, склеенных между собой. Толщина пластин обычно выбирается 0,1--0,3 миллиметра. На сердечник, собранный из тонких листов, накладывается обмотка.

По сравнению с пьезоэлектрическими магнитострикционные преобразователи имеют преимущества в том, что у них большие величины относительных деформаций, большая механическая прочность, большой срок службы, они менее чувствительны к температурным воздействиям (51, с.69).

Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи значительно различаются по принципу действия и конструктивному выполнению. Однако они взаимно дополняют друг друга. Как первые, так и вторые используются в ультразвуковых приборах и устройствах. Пьезоэлектрические преобразователи применяются в тех случаях, когда необходимо получить и принять ультразвуковые колебания сравнительно больших частот (более 100 тысяч герц). Магнитострикционные преобразователи применяются для работы при сравнительно небольших частотах (51, с.70).

Ультразвуковые генераторы

Ультразвуковые преобразователи (пьезоэлектрические и магнитострикционные) работают от источника питания электрической энергии. Эту задачу выполняют ультразвуковые генераторы, которые подразделяются на машинные и ламповые (полупроводниковые). К ультразвуковым генераторам предъявляются следующие основные требования: стабильность частоты, возможность плавного регулирования частоты и выходной мощности, надежность в работе, небольшие габариты (51, с.70).

Кавитационные пузырьки возникают не только при вращении винтов и турбин. Они поязляются, если в жидкость излучать ультразвуковые колебания. Кавитацию, возникающую под воздействием ультразвуковых колебаний, иногда называют ультразвуковой кавитацией. Ультразвуковые колебания образуют в жидкости чередующиеся в соответствии с частотой области высоких и низких давлений. В разреженной зоне гидростатическое давление понижается до такой степени, что силы, действующие на молекулы жидкости, становятся больше сил межмолекулярного сцепления. В результате резкого изменения гидростатического равновесия жидкость как бы разрывается, порождая многочисленные мельчайшие пузырьки газов и паров, находящиеся до этого в жидкости в растворенном состоянии. В следующий момент, когда в жидкости наступает период высокого давления, образовавшиеся ранее пузырьки "захлопываются". Возникают ударные волны с очень большим местным мгновенным давлением (импульсы огромных давлений), достигающим нескольких сотен атмосфер (51, с.83). Вот эти бесчисленные микровзрывы кавитационных пузырьков обладают сильным уничтожающим действием на всё живое и могут причинить человеку значительный вред или смерть, так как человек на 80% состоит из воды.

Однако, ультразвук воздействует и на химические реакции. Разрежения, возникающие в мощном ультразвуковом поле, как мы уже говорили, могут быть настолько велики, что жидкость не выдерживает и разрывается, образуя множество микроскопических пузырьков, то есть возникает уже известная нам кавитация. Внутри пузырьков, помимо паров воды и воздуха, находятся также мельчайшие капельки воды, которые отрываются от ее поверхности в момент разрыва.

Установлено, что стенки кавитационного пузырька и капельки, находящиеся внутри него, заряжены разноименным электричеством. При сжатии пузырьков их размеры резко уменьшаются и заряды оказываются расположенными на пузырьках очень малых размеров. В результате этого электрическое напряжение сильно возрастает. Между стенками кавитационных пузырьков и капельками, находящимися внутри них, происходят электрические разряды, которые и являются главной причиной химического действия ультразвука. Но не только это. При захлопывании кавитационных пузырьков, как мы знаем, возникает огромное давление, сопровождающееся повышением температуры. Большое давление и температура также способствуют химическим превращениям (51, с.117), что гораздо улучшает поражение человеческого материала. Также установлено, что ультразвук очень быстро разрушает органическую ткань (51, с.145).

В Московском институте гигиены имени Ф. Эрисмана были произведены многочисленные исследования по изучению влияния ультразвука на состояние рабочих, непосредственно соприкасающихся с ним в своей работе. Ученые установили, что на человека оказывают действие ультразвуковые колебания только большой интенсивности. Те, кто попал в зону сильного ультразвукового излучения, жалуются на недомогание и легкое головокружение, у них появляется тошнота. Если при ультразвуковых колебаниях большой силы держать рот открытым, то в нем ощущается покалывание, в носу появляется неприятное ощущение (51, с.149).

Действие ультразвука складывается из трех факторов: теплового, механического и физико-химического.

Тепловое действие основано на глубоком и равномерном прогревании тканей в результате поглощения ею энергии ультразвукового излучения. Здесь, чтобы быстрее лишить человека жизни частоту ультразвуковых колебаний выбирают с таким расчётом, чтобы поглощение было максимальным. Механическое действие представляет собой своего рода микромассаж клеток и тканей. При этом смещение частиц необходимо сделать максимальным, а скорость их движения как можно большим. Физико-химическое действие заключается в изменении хода окислительно-восстановительных процессов, ускоренном расщеплении сложных белковых комплексов до обычных органических молекул, активизации ферментов. При причинении вреда изменение окислительно-восстановительных процессов и нарушение обмена веществ надёжно нарушит работу всего организма человека (51, с.159). Главное здесь для достижения цели, чтобы лищить человека жизни, преступник всегда стремится дать максимальную мощность ультразвукового излучения.

Ультразвуковой скальпель - прибор "Узум" можно использовать для внутреннего разрезания, расслаивания тканей организма человека, без повреждения внешнего покрова кожи, при скрытном и быстром причинении вреда или способствовать увеличению внутреннего кровотечения.

В Акустическом институте АН СССР создана установка, фокусирующая ультразвук, подобно увеличительному стеклу. Сфокусированные ультразвуковые колебания используются в нейрохирургии. Ультразвуковым фокусирующим прибором можно разрушать отдельные участки нервных клеток. Прибор создает в определенной области или точке очень большое звуковое давление. Фокусное расстояние можно изменять, а следовательно, и выбирать любой оперируемый участок по глубине залегания без повреждения верхних слоев (51, с.161).

Хирурги получили такие наисовременнейшие "скальпели", как лазерный и ультразвуковые лучи.

Ультразвуковой "скальпель" режет ткань на границах контакта клеточных мембран за счет высокочастотной энергии.

С помощью ультразвукового инструмента можно и рассекать и соединять почти все живые ткани. Так, ультразвук уже применяется при трепанациях черепа и других костей (51, с.162). Cпециалистам нередко приходится прибегать к остеотомии -- операции по рассечению кости. Ныне все чаще в таких случаях хирург берет в руки не долото и пилу -- традиционные инструменты, а ультразвуковой волновод. Ультразвук режет кость так же легко, как горячий нож масло. Й что очень важно, применение его полностью исключает образование костных сколов, мелких отломков. Разрез, произведенный ультразвуком, получается ровным и гладким.

Ультразвук помогает не только легко и быстро разрезать кость (51, с.162), но создано идеальное устройство для причинения вреда человеку, которое может скрытно поразить любой орган человека по тому же принципу ультразвукового скальпеля. Для ультразвуковой резки и сварки биологических тканей создан аппарат УРСК-7Н. Он обещает стать в целом ряде случаев незаменимым инструментом. Прибор позволяет рассекать кость практически в любом направлении.

Для этих же целей служит ультразвуковая установка УЗУЛ-1. Она состоит из ультразвукового генератора, большого набора скальпелей и стерилизаторной ванны (51, с.163). Установка представляет собой своеобразный хирургический комбайн с помощью которого можно не только лечить, но и успешно калечить людей, увеличив частоту и мощность излучения. При этом можно поразить не только мягкие ткани, но и костные ткани.

В настоящее время возможно применение для причинения вреда миниатюрного ультразвукового оружия. Если ультразвуковым излучателем прикоснуться к голове человека, то произойдёт частичное разрушение мозговых тканей, очень похожее на поражения при инсульте. Таким образом, можно скрытно надёжно вывести человека из строя или даже убить. Размеры такого излучателя не больше размеров автторучки. В руках шпионов или преступников ультразвуковой излучатель является грозным оружием - истинную причину смерти при вскрытии установить очень трудно, а иногда и невозможно. Дополнительно следует отметить, что воздействуя акустическими колебаниями на организм человека, можно вызывать нарушения работы или разрушение различных органов, поскольку все органы: мозг, лёгкие, сердце, желудок и так далее - резонируют на разных частотах и усиленно поглощают именно резонансные частоты. Излучая звук требуемой частоты, можно избирательно воздействовать на различные органы (52, с.53).

В США оружие, поражающее ультразвуковым излучением создавалось в рамках следующих военных программ: "Синяя птица"; "Артишок" и секретного проекта ЦРУ "МК-ультра" ("Ультрамозговой контроль"). Программа "МК-ультра", как сообщил, в 1977 году руководитель ЦРУ Ст. Тернер, выполнялась в США на основе контрактов с 44 университетами и колледжами, 15 исследовательскими группами, 80 учреждениями и частными фирмами. Для проведения экспериментов на человеческом материале были подключены 12 больниц и 3 исправительных дома. За рубежом (когда работать в США стало опасно) программа выполнялась в Канаде, на Филлипинах и в Японии (52, с.65).

В СССР и России также была развёрнута ещё в больших масштабах военная программа по созданию оружия, поражающего ультразвуковым излучением. При этом с подопытным человеческим материалом, даже в неограниченных количествах, проблем никогда не было.

Звуки "тишины"

Инфразвуки -- это звуки с частотой 16--20 герц и ниже. Казалось бы, это небольшой участок частотной шкалы. Однако колебания в границах этого участка могут быть равны одному герцу, десятой, сотой, тысячной, миллионной доле герца и т. д. Эта область звуковых частот лежит вне восприятия человеческим ухом.

В начале книги отмечалось, что инфразвуки изучены еще недостаточно. Вместе с тем даже то, что мы о них знаем, дает основание сделать вывод о большом научном и практическом значении звуковых колебаний такой частоты. Обращает внимание прежде всего тот факт, что звуковые волны этого частотного диапазона характеризуются высокой проникающей способностью: они распространяются на большие расстояния и почти при этом не ослабляются.

Инфразвуковые волны возникают в самых различных условиях: при обдувании ветром зданий, деревьев, телеграфных столбов, металлических ферм, при движении человека и животных, при работе различных механизмов и т. д. Иными словами, мы живем в мире инфразвуков, не подозревая об этом. Зарегистрировать их могут лишь специальные приборы.

Но не подозревая о существовании в мире инфразвуков, не слыша их, мы тем не менее можем от них пострадать или в лучшем случае испытать весьма неприятные ощущения.

Дело в том, что некоторые внутренние органы человека имеют собственные резонансные частоты колебаний 6--8 герц. При воздействии инфразвука этой частоты может возникнуть, естественно, резонанс и вызвать неприятные ощущения, а то и привести к тяжелым последствиям. Инфразвук даже небольшой мощности действует болезненно на уши, заставляет "колебаться" внутренние органы -- человеку кажется, что внутри у него все вибрирует (51, с.176).

При испытании одного из генераторов инфразвука исследователи вдруг почувствовали себя плохо. Все вибрировало у них внутри -- желудок, сердце, легкие. В соседних лабораториях люди закричали от боли. Генератор выключили, но в течение еще нескольких часов они чувствовали себя совершенно "разбитыми". В той же лаборатории был создан инфразвуковой генератор, способный разрушить здание, хотя его мощность составляла всего 2 киловатта.

Разрушительная сила инфразвука проявляется тогда, когда частота инфразвуковых колебаний совпадает с собственной (резонансной) частотой предметов. Происходит примерно то же самое, что в известном из школьного курса физики случае, когда под шагавшими в ногу солдатами обрушился мост. Естественно поэтому, что работа с инфразвуком и его изучение представляют известную трудность (51, с.177).

Источники инфразвука -- инфразвуковые генераторы. По принципу работы генераторы напоминают органную трубу или полицейский свисток. Некоторые из таких сооружений имеют огромную мощность. В лаборатории Гавро был изготовлен генератор, который излучал волны, почти смертельные для человека. Через пять минут после начала работы этого генератора сами его создатели стали испытывать мучительные боли. Инфразвук интенсивностью 160 децибел непосредственно действовал на внутренние органы человека, и была реальная угроза, что он может привести к внутренним кровоизлияниям. Другой изготовленный здесь генератор хоть обладал значительно меньшей мощностью, тем не менее ее вполне хватило, чтобы на потолке и стенах помещения появились трешины. По подсчетам Гавро инфразвуковой источник с частотой 7 герц должен иметь диаметр около 7,5 метра. Мощность такого чудовища в 170 тысяч раз будет превосходить мощность полицейского свистка.

Приведенные случаи -- особые, связанные с большими дозами инфразвукового излучения. А обычный эффект его слабого воздействия на человеческий организм проявляется в виде "морской болезни", тошноты, головокружения, усталости, неприятных ощущений, головной боли, иногда ослабления зрения.

Научные исследования показали, что инфразвук "присутствует" практически везде, но, безусловно, в разных дозах. Наиболее он ощутим, например, в тоннелях, где движутся поезда и автомобили, а также иод мостами и эстакадами. Измерения позволили сделать вывод, что инфразвук усиливается в помещениях небольшого объема. Проще говоря, в квартире, например, он более ощутим, чем на улице (51, с.178).

Инфразвук проходит без значительного ослабления многие преграды, благодаря тому что у него очень велика длина волны. Причем тут любопытно вот что: инфразвуки легко "маскируются" слышимыми звуками -- шумом. Чем более шумно вокруг нас, тем меньше "слышен" инфразвук.

Инфразвук любой частоты и интенсивности техногенного происхождения -- это один из видов загрязнения окружающей среды, вредного для здоровья люден. К сожалению, нигде в мире нет пока научно установленных нормативов инфразвукового излучения, отступление от которых влечет за собой неблагоприятные воздействия на человеческий организм. Но исследования в этом направлении интенсивно ведутся на фоне изучения инфразвуков вообще. У нас в стране этим занимаются, например, в Научно-исследовательском институте строительной физики (НИИСФ), Московском научно-исследовательском институте гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана и Московском государственном университете (51, с179).

Эксперименты, проведенные над сотрудниками лаборатории, и записи биотоков глазных мышц при судорожных подергиваниях, связанных обычно с потерей равновесия, подтвердили гипотезу о нарушении функций органов равновесия. Люди во всех подобных случаях испытывают одинаковые ощущения: легкую тошноту, ощущение вращения, непроизвольное вращение глазных яблок и, наконец, чувство какого-то неудобства. Все эти симптомы указывают на нарушение функций органов равновесия при облучении человека инфразвуковыми колебаниями в диапазоне частот 2--10 герц.

Ответные реакции организма изучались при двух режимах работы источника инфразвука: первый -- при частоте 6 герц мощностью 142 децибела; второй -- при частоте 2 герца мощностью 150 децибел. Анализ записей биотоков показал, что при втором режиме наблюдались более существенные нарушения функций органов равновесия. В этом случае люди испытывали острое чувство потери равновесия и сильное ощущение тошноты.

Впечатляющие результаты были получены американским ученым Данном. Он заметил, что летчики и космонавты, подвергнутые воздействию искусственно созданного инфразвука, медленнее решали простые арифметические задачи, нежели обычно. Существует предположение, что различные аномалии в состоянии людей при плохой погоде, объясняемые климатическими условиями, являются на самом деле следствием воздействия инфразвуковых волн. Много данных говорит о том, что некоторые животные могут служить надежными биопредвестниками землетрясений, поскольку зарождение очагов землетрясений сопровождается излучением волн необычайной длины, животные их чувствуют раньше, чем разразится само землетрясение. Некоторые ученые предполагают, что инфразвук оказывает сильное влияние на психику людей (51, с.181).

При уровне интенсивности инфразвукового излучения 118 децибел и частоте 7 герц, наблюдался пик, связанный с такими явлениями, как головокружение, вялость и потеря равновесия. Исследования нарушений функций внутренних органов человека, подвергающегося воздействию инфразвуковых колебаний позволяют сделать вывод о том, что инфразвук потенциально опасен для здоровья человека. Он способствует потере чувствительности органов равновесия тела, а это приводит к появлению боли в ушах, позвоночнике и повреждениям мозга. Вероятно, еще более пагубными следует считать психологические последствия, обусловленные инфразвуком, который постоянно присутствует в атмосфере, хотя внешне она кажется нам совершенно спокойной.

Изучать инфразвук невозможно без устройств, регистрирующих инфразвуковые волны. Так как длина волны инфразвука велика (например, при частоте 7 герц она равна 48,5 метра), то обычные микрофоны не регистрируют такие колебания. Поэтому для регистрации инфразвуков разработаны детекторы инфразвука, которые по устройству довольно сложные (51, с.182).

Академик В.М. Кандыба подтверждает, что излучатели инфразвука с частотой, резонансной частоте собственных колебаний внутренних органов человека представляют повышенную опасность. При этом у человека возникают сильные боли, человек может ослепнуть, возможен и летальный исход. А ведь инфразвуковые излучения свободно проникают сквозь толстые стены и на большие расстояния (52, с.103).

Получение ультразвука

Ультразвуковые преобразователи

Когда речь идет о колебаниях (механических, электрических, электромагнитных, световых и др.), нужно разделять два основных процесса: излучение колебаний и их прием. Например, радиопередатчик через передающую антенну излучает в эфир электромагнитные колебания, а радиоприемник принимает эти колебания. В обоих случаях мы наблюдаем процесс преобразования одного вида энергии в другой. В передающем устройстве электрические колебания преобразуются в электромагнитные, а в приемном -- электромагнитные колебания преобразуются в электрические. Аналогично ультразвуковые преобразователи -- это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую (при излучении ультразвуковых колебаний) и, наоборот, механическую энергию в электрическую (при приеме ультразвуковых колебаний).

Ультразвуковые преобразователи различаются по назначению. Устройства, служащие для излучения ультразвуковых колебаний, называются ультразвуковыми излучателями.

Приборы, предназначенные для регистрации ультразвуковых колебаний, называются ультразвуковыми приемниками. В зависимости от формы потребляемой энергии (механической или электрической) излучатели могут быть разделены на две основные группы: механические и электромеханические (магнитострикционные, пьезоэлектрические, электродинамические).