Перелом (СИ)

Глава 15

И называлась эта техника — микроканальные фотоумножители. Все-таки те ИК-приборы, что мы использовали до сих пор, были еще несовершенны и уж точно не дотягивали до тех картинок, что я помнил по своему времени. Точнее, как раз картинок они почти что и не давали. Так, наиболее массовым прибором был детектор тепла — одноэлементный прибор, с помощью которого можно было определить, что вот там что-то теплится — а уж что — солдат, танк, пострелявшее орудие или амбразура ДОТа — надо было высматривать глазами. Ну, не совсем глазами, а оптическими и телескопическими приборами, что мы выпускали в массовых количествах. Какую-то картинку давали системы с механическим сканированием, в которых линейка детекторов последовательно ощупывала пространство и выдавало на ЭЛТ набор точек — в этих устройствах были почти те же детекторы, только сделанные немного по-другому, чтобы обеспечить достаточное быстродействие, необходимое для развертки хотя бы десяти кадров в секунду.

Одноэлементные приборы были легкими, но не давали картинки, сканирующие — давали картинку, но были громоздкими. Промежуточное положение между ними занимали электронно-оптические преобразователи. Эти электровакуумные приборы имели фотокатод — напыленную либо осаженную с внутренней поверхности колбы смесь веществ, которые могли эмитировать электроны под воздействием падающего света — сурьма-цезий, окисленное серебро-цезий и т. п. Причем выбитые электроны могут вылетать из каждой точки фотокатода во всех направлениях — как перпендикулярно, так и практически горизонтально поверхности, поэтому их надо фокусировать, чтобы они летели к экрану более-менее параллельно — электролюминисцентному слою, напыленному на другой стороне колбы. Фокусировать можно либо электростатическими, либо магнитными полями, либо обоими сразу. Немцы применяли только первый вариант. При этом четкое изображение все-равно не получишь — так, при расстоянии между электродами в двадцать миллиметров и фокусирующем напряжении десять тысяч вольт диаметр точки изображения будет почти миллиметр. Причем — каждой точки изображения на фотокатоде. Все дело в том, что свет разной длины волны выбивает электроны разной энергии, и так как каждая точка исходного изображения состоит из набора волн разной частоты, то она даст набор электронов с разной энергией, а фокусирующее напряжение рассчитано, скажем, только на какой-то узкий диапазон энергий — вот остальные электроны, не попадающие в этот диапазон, и будут фокусироваться уже не в точку, а в круг. Это помимо упомянутого мною эффекта выбивания электронов под разными углами. И чем больше расстояние между электродами и чем меньше напряжение — тем больше результирующий диаметр круга от каждой точки. В результате "круги" соседних точек накладываются друг на друга, изображение размывается. В принципе, этого достаточно чтобы рассмотреть крупные объекты, расположенные на дальних расстояниях, либо мелкие — на близких.

Вот только компактными такие приборы назвать все-равно нельзя — для создания высоких напряжений требовался мощный источник электричества, сам прибор тоже немаленький, а небольшой коэффициент усиления накладывал дополнительные требования. Да и наши производственные возможности в начале не позволяли создавать ЭОП, а потом твердотельные и вакуумные одноэлементные ИК-детекторы уже достигли достаточного качества и тем более количества, чтобы имело смысл переводить все на ЭОП. Правда, дополнительное закручивание электронов еще и магнитным полем повышало четкость изображения раз в сто, если не в двести — тут уже можно было бы различать более мелкие объекты на больших расстояниях. Магнитное поле закручивало электроны, так что они двигались от каждой точки фотокатода уже не по параболе, а по спирали, хотя это давало S-образные искажения изображения. К тому же подобрать напряженность магнитного поля так, чтобы электроны при очередном витке пересеклись бы с осью, выходящей из точки фотокатода, откуда они были выбиты, было сложновато — напомню, энергия электронов разная. Да и хроматическая аберрация также возникает — все из-за той же разности в энергиях, а следовательно и скоростях электронов.

Ну и все-таки самое главное — низкий коэффициент усиления обычных электронно-оптических преобразователей — где-то сотня, может, полторы. Правда, были идеи создавать многокамерные ЭОП, когда последовательно соединяется несколько колб, и каждый последующий каскад усиливает изображение от люминофора предыдущего каскада — тут усиление получалось уже до миллиона раз. Но такая конструкция сложна в изготовлении, хрупка в эксплуатации, да и достаточно объемна, а кроме того — снова исчезают мелкие детали, так как нечеткость изображения протаскивается через весь тракт, увеличиваясь от каскада к каскаду. В тридцатые эта идея уже была опробована и ее отбросили именно из-за сильного размывания изображения — не смогли создать достаточную фокусировку на каждом из каскадов. У нас тоже с чисто электростатической фокусировкой ничего не получилось, и лишь добавление еще и магнитной как-то улучшило изображение, но это — дополнительное усложнение — народ продолжал ковырять и эту схему, чисто на всякий случай — вдруг выстрелит. Но наши основные усилия были приложены к другой технологии.

К канальным усилителям. Сначала их делали как все нормальные люди — в вакуумной колбе находились электроды, из которых последовательно и выбивалось все больше и больше электронов — разрешающая способность, правда, лимитировалась внутренним диаметром колбы, но эти приборы использовали наши физики и химики — к нашим я относил и немцев, которые согласились работать с нами — их набралось немало и после захвата нами Кенигсберга, да и в армии они тоже служили — немцы почему-то гребли в армию в том числе и научный персонал. Совсем как в РККА.

Особо популярными фотоэлектронные умножители стали в спектроскопии — видимой, УФ и ИК — с ее помощью мы определяли наличие веществ в смесях и газах. Благо спектрометрия — что оптическая, что инфракрасная — развивались уже не одно десятилетие — даже ИК-спектры веществ стали определять еще в 80х годах 19го века, только применяли для этого призмы из монокристаллов солей, вплоть до обычной поваренной соли, так как стекло поглощало ИК-излучение, пропуская его лишь в ближнем к видимому свету диапазоне. Мы же, с развитием фотолитографии, стали выпускать дифракционные решетки — они мало того что более эффективны кристаллических призм за счет того, что практически не уменьшают интенсивность излучения, так еще позволяют исследовать ИК-излучение в очень широком диапазоне, так как не поглощают излучение, тогда как призмы на основе кристаллов имеют ограниченную полосу пропускания. Решетки тут уже выпускали, но на спецстанках, которые нарезали штрихи резцом — требовались очень точные и соответственно трудоемкие в изготовлении и обслуживании станки. Методы фотолитографии были гораздо проще, и по сути мы отлаживали нашу фотолитографию именно на производстве дифракционных решеток как более простых микроструктур — и уже потом новые разрешающие способности переходили в микроэлектронику.

А решеток требовалось все больше и больше. ИК-излучением регистрируются колебательные энергии молекул, и так как строение каждой молекулы индивидуально, то у нее будут индивидуальными и колебания, то есть любая молекула имеет присущий только ей ИК-спектр — набор полос разной частоты и интенсивности — максимумы полос, их полуширина, интенсивность. Поэтому можно определить присутствие и количество молекул данного вещества в смеси. Более того, своими характеристиками обладали отдельные структуры молекул — например, связи фосфора с кислородом, или бензольные кольца — все они давали свои полосы, сходные между собой даже если находились в разных молекулах. Соответственно, выявляя такие характерные участки на спектрограммах, можно было предполагать и наличие таких соединений, и это — только снятием спектра, без анализа соединения химическими методами.

Ну, если суметь рассмотреть их спектр среди спектров, выдаваемых другими молекулами и их элементами в той же смеси — порой линии были очень близко, чтобы их разглядеть. Например, в алканах элемент — CH3 давал полосы на длинах 3,36-3,39, 3,47-3,50, 6,80-6,97 и 7,22-7,30 микрометров, а — СН2- на 3,40-3,45, 3,49-3,52 и 6,76-6,94. То есть линии спектра этих элементов располагались очень близко, а то и перекрываясь на некоторых диапазонах, так что при недостаточной разрешающей способности спектрометра они все просто сливались в одну линию — и ладно если только между собой, но могли сливаться и с другими структурными элементами.