科学故事工农业的新朋友

Posted 2022-01-01

篇首语：业无高卑志当坚，男儿有求安得闲?本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了科学故事工农业的新朋友相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　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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