工农业的新朋友

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工农业的新朋友

  谈到这里,我们还没有涉及激光与国民经济的关系。在这一小标题下,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,地球将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,就有人用光来控制植物生长,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,人们试验用红宝石激光来照蔬菜种子;用氦氖激光照水稻、小麦种子等。这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,结出来的瓜含糖量提高;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,这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,这是不合算的。然而,对光合作用的研究,为人们提供了一线光明。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来培育新品种。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。这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。这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们逐渐采用电火花、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;在高温下这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,就将工件的表面或小孔加工出来了。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,都可以用激光来加工。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来钻孔、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。同时由于加工时间很快,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。科学家曾经做过这样一次表演: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。所以激光特别适用于精密、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,只能求助于激光微焊机,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来,使它重新发光。电子管里的零件坏了,也可以用激光来修理。其原理就是像玻璃之类的透明体不吸收激光,激光通过它们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来作为测量工具。

  测量和计量,被称为“工业的眼睛”。可见它们对于工业生产是很重要的。现在,有了激光,这对“眼睛”就更明亮了。我们已谈过“光尺”,能用来作精密测长。工业上已经用“光尺”来校验精密螺纹,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。

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