امکان پذیری عملی سلاح‌های پرتو لیزری

در افسانه‌های علمی از سلاح های پرتوی فراوان نام برده می‌شود. چون امروزه لیزرهای پرقدرت به‌صورت تجارتی عرضه می‌شوند، جالب است بدانیم که آیا می‌شود از آن‌ها به عنوان سلاح استفاده کرد یا نه. برای فهم این مطلب اصول فیزیکی برهم‌کنش لیزر-ماده و انتشار پرتو را بررسی می‌کنیم. معادله های اصلی را عنوان می‌کنیم و مرتبه‌ی بزرگی انرژی پرتوهای لیزر و منابع قدرت آن‌ها را برآورد می‌کنیم. معلوم می‌شود که سلاح‌های دستی و سلاح‌های فضا - پایه غیر عملی‌اند، اما سلاح‌های زمین - پایه و سلاح‌های هوا – پایه امکان عملی شدن دارند. نتایج این بررسی را می توان برای توضیح بعضی مطالب در رشته‌های مختلف علم فیزیک به‌کار برد.

1.مقدمه

هنگامی که دانشمندی به سناریوی یک افسانه‌ی علمی می‌اندیشد، اولین سؤالی که به ذهنش می‌رسد این است:« آیا این سناریو امکان پذیر است؟». این سؤال را می‌توان به یه سؤال دیگر تجزیه کرد: «آیا این سناریو از لحاظ نظری امکان‌ پذیر است؟»؛ اگر هست، آن گاه: «آیا از لحاظ فنی شدنی است؟»؛ و اگر نیست، «چرا امکان‌پذیر نیست؟»، یا «چه تغییراتی باید در معلومات فیزیکی کنونی خود بدهیم تا آن را امکان‌پذیر کنیم؟». بسته به موضوع خاص مورد مطالعه، این بحث می‌تواند دربرگیرنده‌ی مبانی بسیار بنیادی فیزیک نظری یا یک استدلال خیلی عملی و تجربی باشد. به عنوان مثال امکان مسافرت به قرن چهاردهم، یا امکان بسیار کوچک شدن، مربوط به قلمرو نظریه است؛ اما امکان عملی شدن تفنگ‌های پرتوی (سلاح‌های به اصطلاح با انرژی یکسو شده) از لحاظ نظری اثبات شده است، و در چند مورد نیز این امکان از لحاظ عملی تحت بررسی است. سایر موضوع‌ها، مثل امکان رسیدن سرعت وسایل نقلیه به سرعت‌هایی قابل مقایسه با سرعت نور، یا امکان تولید لیزرهای پرتوگاما یا پرتوایکس، درمرحله‌ی بینابینی قرار دارند. بیشتر موضوع هایی که در قلمرو افسانه‌های علمی مطرح‌اند توسط جامعه‌ی علمی به خوبی درک نمی‌شوند و بنابراین غیر متخصصان فکر می‌کنند که مطالعه‌ی آن‌ها مشکل است. در واقع این درست نیست و عملاً تمام استدلال‌های مورد استفاده بر پایه‌ی اصول نسبتا ساده‌ی فیزیکی بنا می‌شوند. اما باید دانست که این موضوع‌ها تنها به یک رشته‌ی علمی مربوط نمی‌شوند و عموماً«چند رشته‌ای»اند. من در این مقاله و مقاله‌های دیگر می‌خواهم نشان بدهم که چگونه مسائل خاص افسانه‌های علمی را می‌توان با چند اصل ساده بررسی کرد. امیدوارم این بررسی، با توضیح مسائل به اصطلاح مشکل با ساده‌ترین استدلال ممکن، قسمتی از شکاف موجود میان دست‌اندرکاران علم و غیر متخصصان را پر کند و میان آن‌ها ارتباط برقرار کند. در این مقاله یک مسئله‌ی عملی را عنوان می‌کنم: امکان تولید نوع خاصی از تفنگ‌های پرتوی، یعنی تفنگ‌های لیزری. لازم به تذکر است که در حال حاضر تفنگ‌های پرتوی دیگری، مثل تفنگ‌های باریکه ی ذره‌ای و، در آینده‌ی دورتر، لیزرهای پرتو ایکسی تحت بررسی‌اند. در افسانه‌های علمی از سه نوع عمده تفنگ پرتوی نام برده می‌شود: تفنگ‌های کمری (تپانچه) تفنگ‌های زمین-پایه، و تفنگ‌های فضا-پایه. نقش این تفنگ‌ها متفاوت است. تپانچه‌ها در جنگ تن به تن به کار می‌روند، ولی دو نوع دیگر مربوط به حوزه‌ی توپخانه هستند. باید دانست که امروزه تفنگ‌های لیزری نوع دوم موجود است و تا حدودی با موفقیت علیه موشک‌ها به کار گرفته شده است. قسمت عمده‌ی این بحث مربوط است به امکان تولید تسلیحات لیزری فضا-پایه. بنابراین، سلاح‌های نوع اول و سوم مربوط به حوزه‌ی افسانه‌های علمی است. در بخش 2 به منظور تعریف خواص لازم برای رسیدن پرتو لیزر به هدف، پدیده‌های فیزیکی دخیل در برهم کنش لیزر-ماده را بررسی می‌کنیم. در بخش 3، به بحث در مورد انتشار پرتو لیزر می‌پردازیم. سپس در بخش4، شرایط عملی لازم برای تولید سلاح ‌های لیزری را نیز بررسی می‌کنیم.

2. برهم‌کنش لیزر-ماده

فرایندهای فیزیکی دخیل در برهم کنش پرتو لیزر با جامدات در سه مرحله صورت می‌گیرند:
الف) جذب (در آشامی) قسمتی از انرژی پرتو لیزر؛
ب) تبدیل این انرژی به گرما و پخش گرما از منطقه‌ی پرتو گرفته به بقیه‌ی ماده؛
ج) و بالاخره، تبدیل فاز (در مورد سلاح‌های لیزری، معمولاً ذوب و تبخیر)
این فرایندها کاربردهای صلح‌آمیز نیز دارند؛ مثل برش کاری، ذوب کردن، حکاکی، و غیره. واضح است که هدف‌های فعلی همان اهداف کاربردهای صلح ‌آمیزند.

1.2 جذب و باز تاب

هنگامی که پرتو لیزر به سطح جسم جامدی می‌تابد، قسمتی از انرژی آن، R، بازتابیده می‌شود، و قسمت دیگر به داخل جامد نفوذ می‌کند و در آشامیده (جذب) می‌شود (یا از آن عبور می‌کند). همین قسمت در آشامیده است که رفتار ماده‌ی پرتو گرفته را تعیین می‌کند، گرچه نقش R (بازتابندگی) را نیز نباید دست کم گرفت. مقدارR به ماهیت سطح جامد بستگی دارد. برای مثال آلومینیوم را در نظر می‌گیریم. در گستره‌ی مرئی، مقدارR برای آلومینیوم بالغ بر 92 درصد است، یعنی فقط 8 درصد از انرژی فرودی در آلومینیوم در آشامیده می‌شود. ولی معلوم شده است که آلومینیوم در هوا به سرعت تیره می‌شود و یک لایه‌ی Al2O3 در سطح آن ظاهر می‌شود. بازتابندگی Al2O3 در سطح آن ظاهر می‌شود. بازتابندگی Al2O3 از Al کمتر است، بنابراین نور بیشتری به داخل سیستم Al2O3-Al نفوذ می‌کند. سپس قسمتی از نور در فصل مشترک Al2O3-Al بازتابیده می‌شود، ولی بخش عمده‌ی این نور بازتابیده از فصل مشترک Al2O3- هوا، یا Al2O3-خلأ، مجدداً باز می‌تابد، و به همین ترتیب. این بازتاب چندگانه‌ی نور باعث کاهش عمده‌ای در مقدار کلR می‌شود، یعنی باعث می‌شود مقدار انرژی جذب شده در Al به شدت افزایش یابد. توجه کنید که این لایه‌ی تیره در فضا وجود دارد، زیرا موشک‌ها و ماهواره‌ها، لااقل تا به امروز، در روی زمین ساخته می‌شوند، یعنی جایی که اکسیزن همواره موجود است. حتی اگر بتوان جلو این اثر تیرگی را هم گرفت، سطوح هدف‌هایی که برای مدت زیادی در فضا باقی می‌مانند، در اثر برهم کنش با ذرات، خورده و ناصاف می‌شوند.
آن قسمت از پرتو لیزر که بازتابیده نمی‌شود تا عمقی از جامد در آشامیده می‌شود؛ این عمق، به ماهیت جامد و طول‌موج پرتو لیزر بستگی دارد.

2.2 پخش‌گرما

نور از طریق برانگیختن الکترون ها در آشامیده می‌شود. الکترون‌های برانگیخته ناپایدارند و عمدتاً از طریق دادن انرژی اضافی خود به شبکه واپاشیده می‌شوند. این عمل در زمان‌های بسیار کوتاه از مرتبه ای در حدود عکس بسامدهای شبکه، یعنی در -〖10〗^(-12) ثانیه رخ می‌دهد. به همین دلیل می توان فرض کرد که انرژی پرتو لیزری آناً به گرما تبدیل می‌شود. سپس این انرژی گرمایی با آهنگی که پخشیدگی گرمایی،D، جامد تعیین می‌کند در جسم پخش می‌شود. زمان‌های نوعی t برای رسیدن به تعادل گرمایی در ضخامتdی ورقه از رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شوند

این رابطه در صورتی معتبر است که عمق در آشامی از d خیلی کمتر باشد. این امر در اینجا صادق است. معادله‌ی(1) در موردی که مسئله یک بعدی فرض شود، یعنی هنگامی کهd خیلی کوچکتر از قطر پرتولیزر باشد، نیز برقرار است. این مطلب در مورد بیشتر سلاخح‌های پیشنهادی صدق می‌کند. ثابت زمانی گرمایی،t، براوردی است از حداقل مدت تابش‌دهی لازم با لیزر برای تولید اثری مثل ذوب در کل ضخامت ورقه. اگر مدت تابش‌دهی خیلی کمتر ازt، باشد، کسر بزرگی از انرژی توسط سایر سازوکارها(تابش) تلف می‌شود، به‌طوری که تعادل گرمایی در یک دمای فوق‌العاده پایین حاصل می‌شود. همچنان که بعداً خواهیم دید، این سازوکار باعث می‌شود که کاربرد سلاح‌های لیزری محدود به مسافت‌های خیلی زیاد باشد. تحت شرایط فوق (و با چشم‌پوشی از اتلاف‌های ناشی از تابش، همرفت، و غیره) افزایش دما،T، از رابطه ی زیر محاسبه می‌شود.

که در آن (1-R)It چگالی انرژی در آشامیده بر حسب ژول بر سانتی مترمربع، حجم گرم شده، C گرمای ویزه، و ρ چگالی است. از این رابطه نتیجه می‌شود که چگالی انرژی (It) بلازم برای افزایش دمای ورقه تا یک دمای معین متناسب است با ریشه‌ی دوم مدت تپ(t).

3.2 تبدیل‌های فاز (ذوب، تبخیر)

در برخی حالت‌های خاص، گرم کردن نسبتاً ملایم هدف با سلاح لیزری برای حصول به مقاصد نظامی کافی است. به عنوان مثال، بیشتر مواد منفجره‌ی شیمیایی در دمای 500 درجه ی سلسیوس منفجر می‌شوند( به که‌فی و دیگر 1980). وسایل الکترونیکی در مقابل پرتو‌گیری حساس‌اند، اما عموماً در مسیر پرتو‌لیزر قرار ندارند. با وجود این، برای بیشتر مقاصد عملیاتی، ذوب کردن پوسته‌ی خارجی هدف ضروری است. برای این کار باید انرژی برابر با انرژی لازم برای گرم کردن پوسته تا نقطه‌ی ذوب به اضافه‌ی گرمای نهان ذوب در هدف جذب شود. در حالتی که هدف‌ها در هوا هستند، آزاد شدن گرمای نهان اکسایش به تبدیل فاز کمک می‌کند. به عنوان مثال Al را در نظر می‌گیریم. هنگامی که آلومینیوم در هوا گرم می‌شود، اکسایش صورت می‌گیرد. عمل اکسایش با افزایش ناگهانی دما، که باعث ایجاد شکاف‌هایی در لایه های خارجی اکسید آلومینیوم و در نتیجه افزایش سطح تماس آلومینیوم خالص با اکسیزن هوا می‌شود، شدت می‌یابد. این یک فرایند گرمازاست و مقدار زیادی گرما آزاد می‌کند. این انرزی به انرژی لیزری جذب شده اضافه می‌شود و دما را باز هم افزایش می‌دهد. این فرایند در برش فلزات به کمک اکسیژن (ردی 1971)، یا در ساختن فیلم‌های نازک به کمک لیزر به کار می‌رود (آندرو و دیگر 1982). اگر این انرژی با سرعت بسیار زیاد و یا به مقدار بسیار زیاد داده شود، ممکن است در سطح تابش گرفته تبخیر صورت بگیرد. اگر مدت تابش‌دهی خیلی کمتر از t باشد گرما فرصت کافی برای نفوذ به داخل ماده نخواهد داشت، بلکه به مصرف ذوب و تبخیر سطح آن خواهد رسید. این اثر در فضا تشدید می شود، زیرا دمای نقطه‌ی تبخیر با کم شدن فشار شدیداً کاهش می‌یابد. به عنوان مثال Al، در فشار متعارف جو در دمای 2450 درجه‌ی سلسیوس تبخیر می‌شود، اما در خلائی با فشار 133 پاسکال در 1540 درجه‌ی سلسیوس تبخیر خواهد شد.برهم کنش پرتو لیزر با بخارهای گسیل شده می تواند سازوکارهای انتقال انرژی از لیزر به هدف را تغییر بدهد. اگر بخارهای گسیل شده شفاف باشند، اتفاق خاصی نمی‌افتد. اگر دمای سطح از دمای تبخیر در فشار محیط اطراف بیشتر باشد، بخار از ماده خارج می‌شود و مقداری ساییدگی در سطح ایجاد می‌شود. در شدت‌های خیلی بالا (بیشتر از 107 وات بر سانتی‌متر مربع) و در هوا، ممکن است لایه‌ای از پلاسما در جلوی هدف تشکیل شود. این پلاسما مستقیماً با پرتو برهم‌کنش می‌کند و تا دمای بسیار بالایی (6000 درجه‌ی سلسیوس) گرم می‌شود. این عمل، ممکن است نسبت انرژی جذب شده در هدف را افزایش بدهد و بنابراین، مقدار انرژی لازم پرتو‌لیزر را کاهش خواهد داد. همچنین ممکن است شیب های گرمایی القا شده در هدف باعث تشکیل شکاف و خروج ذرات شوند. این عمل دو اثر متضاد ایجاد می‌کند؛ ساییدگی ماده در اثر خروج ذرات و کاهش انرزی که از طریق برهم‌کنش پرتو‌ لیزر با ذرات به هدف می‌رسد. توازن میان این دو اثر به شرایط دقیق بستگی دارد و ارزیابی آن مشکل است. حالا پس از مرور قسمت عمده‌ی اثرهای برهم کنش هدف با لیزر، چگونگی انتشار پرتو ‌لیزر را بررسی می‌کنیم.

3.انتشار پرتو ‌لیزر

در این بحث باید دو مسئله را در نظر گرفت: در آشامی، و پاشیدگی پرتو‌لیزر.

1.3 در آشامی پرتو لیزر

اگر پرتو ‌لیزر در فضا منتشر شود، تعداد ذرات به قدری کم است که عملاً هیچ جذبی رخ نمی‌دهد. اما در مورد جو چنین نیست، زیرا در جو پرتوها در هر چند کیلومتر 50 درصد تضعیف می‌شوند. در نتیجه در جو نمی‌توان پرتو لیزر را برای مسافت های خیلی دور به کار برد.

2.3 پاشیدگی پرتو

پدیده‌های مختلفی منجر به پاشیدگی پرتو‌لیزر می‌شوند. در فضا عامل عمده عبارت است از پهن‌شدگی در اثر پراش ناشی از قطر متناهیδ، آیینه‌ی خروجی نور لیزر، واگرایی، θ، عبارت است از

که در آن θ برحسب رادیان و λ طول موج نور لیزر است. این رابطه نشان می‌دهد که با کاهش λ، به عنوان مثال با رفتن از گستره ی فروسرخ یا مرئی به گستره‌ی فرابنفش، θ نیز کاهش می‌یابد. اما در این مورد مشکلات فنی مربوط به یکنواختی آیینه‌ها جدی‌تر می‌شوند. در این‌جا باید در مورد تختی سطح آیینه ها فکری کرد، زیرا ناهمگنی آن‌ها باید برای نور فروسرخ کمتر از متر اما برای نور فرابنفش کمتر از متر باشد. در هوا پاشیدگی مهمتر است. حضور آب یا گرد و خاک در هوا مقدار نور عبوری را به شدت کاهش می‌دهد. این مطلب برای کسانی که در میان مه سفر کرده اند کاملاً آشناست. بدیهی است که این شرایط جوی تأثیر سلاح‌های لیزری را در مقایسه با روزهای آفتابی کاهش می‌دهد. حتی در هوای خشک هم پرتوهای شدید لیزری پاشیده می‌شوند. این پاشیدگی به این دلیل است که هوا در مسیر پرتو گرم می‌شود. هوای گرم منبسط می‌شود و کانالی از هوا با چگالی کم تشکیل می‌شود. ضریب شکست هوای گرم از هوای سرد کمتر است و این عکس وضعی است که در تارهای نوری پیش‌می‌آید؛ بنابراین، پرتوواگرا می‌شود. اثر دیگر تلاطم هواست که باعث تغییرات موضعی در چگالی هوا و در نتیجه باعث انحراف پرتو می‌شود. تا اینجا یک درک کلی از پدیده‌های فیزیکی دخیل در تسلیحات لیزری به دست آورده‌ایم و می‌توانیم دربایست‌های فنی لازم برای ساختن هر سه نوع سلاح لیزری را به طور کمی ارزیابی کنیم.

4. استدلال فنی

در این قسمت می‌خواهیم مسائل مربوط به چگالی انرژی پرتو لیزر، کارایی لیزرها، امکان تولید این لیزرها تحت شرایط مختلف مصرف، و چگونگی اجتناب از تأثیر سلاح‌های لیزری را بررسی کنیم.

1.4 انرژی پرتو لیزر

فرض کنید پوسته‌ی خارجی هدف‌های مختلف (حفاظ انسان، هواپیما، موشک) از یک برگ آلومینیوم به ضخامت یک میلی متر ساخته شده باشد. به آسانی می‌توان محاسبه کرد که چگالی انرژی جذب شده (پرتو لیزر منهای بازتاب منهای اتلاف) برای ذوب برگ آلومینیوم باید به مقدار 300 ژول بر سانتی‌متر مربع برسد. این انرژی باید در عرض مدتی در حدود
ثانیه تأمین شود تا به تبخیر منجر نشود؛ یعنی چگالی متوسط توان باید
باشد. با این فرض که بازتابندگی از گستره ی مرئی تا فرابنفش 92 درصد در فروسرخ دور 98درصد باشد، چگالی متوسط توان در هدف‌ها برای حالت اول در حدود 3×〖10〗^5 وات بر سانتی متر مربع و برای حالت دوم
وات بر سانتی‌متر مربع است. در لایه های تیره شده توان لازم می‌تواند تا حد زیادی کمتر باشد، اما بیشتر هدف‌ها از ماده‌ی دیگری غیر از Al (مثلا فولاد یا تیتانیوم) ساخته شده اند و چگالی توان بالاتری لازم دارند. البته از پرتوهای لیزری با چگالی توان پایینتر هم می‌توان استفاده کرد، اما باید زمان تابش دهی را بالا برد. در آن صورت انرژی کلی که توسط پرتو‌لیزر فراهم می‌شود باید از 300 ژول بر سانتی ‌متر مربع بیشتر باشد تا اتلاف‌های مختلف ( ناشی از تابش، تلاطم، اتلاف در داخل خود هدف، و غیره) را جبران کند.

2.4 کارایی لیزرها

بدون وارد شدن به جزئیات مشخصات خود لیزرها، آشنایی با کارایی انرژی( توان باریکه بخش بر توان الکتریکی) برای انواع مختلف لیزرها جالب توجه است. برای لیزرهای CO2 که در فروسرخ کار می‌کنند، این کارایی در حدود 5 درصد است. کارایی لیزرهایی که در ناحیه‌ی مرئی یا نزدیک به آن‌کار می‌کنند 5×〖10〗^(-2) درصد (لیزر آرسنیک) تا 0.5 درصد (لیزرهای یاگ-نوبیدیوم) است. کارایی لیزرهای اگزومر (گستره‌ی فرابنفش) در حدود 1 تا 2 درصد است. بیشتر این لیزرها را اکنون می‌توان به صورت تپی یا به شکل پیوسته به کار برد، به استثنای لیزرهای اگزومر که در حال حاضر فقط در تپ‌های کوتاه (تا
ثانیه) و آهنگ‌های تکرار نسبتاً بالا (تا یک کیلو هرتز) اما با انرژی پایین (تا حداکثر 250 میلی ژول بر تپ در نزدیکی 200 هرتز) کار می‌کنند.

3.4 امکان تولید سلاح‌های لیزری

1.3.4 تپانچه‌ی لیزری

فرض کنید برای کشتن یک‌نفر ایجاد سوراخی به مساحت یک سانتی‌متر مربع در حفاظی از آلومینیوم به ضخامت یک میلی‌متر کافی باشد. همان‌طور که قبلاً نشان دادیم حداقل انرژی پرتو لیزری موردنیاز برای این کار 300 ژول است ضربدر 5/12(R=%98)
یا ضربدر 50(R=%98)، یعنی 75/3 کیلو ژول یا 15 کیلو ژول. فرض کنید کارایی انرژی نیز یک درصد باشد، در این صورت انرژی الکتریکی لازم برای لیزر بین 375 کیلو‌‌ ژول و 5/1 مگا‌ژول است. به عبارت دیگر، در
ثانیه، در صورت استفاده از یک ولتاژ 5 کیلو ولتی، جریانی برابر با
A یا
لازم است. اگر این انرژی به طور پیوسته در مدت مثلاً یک ثانیه داده شود، i=75A یا i=315A خواهد بود. اگر فرض کنیم که نسبت وزن به توان، نوعاً 30 کیلو‌گرم بر کیلو‌وات باشد، نتیجه می‌گیریم که وزن لازم برای تپانچه‌ی لیزری بین 12 تا 45 تن خواهد بود. به این ترتیب تحرک چنین سلاحی عملاً امکان ندارد.
2.3.4 سلاح‌های مستقر در روی زمین، کشتی، یا هواپیما
در این نوع سلاح‌ها تشکیل پلاسما در هوا می‌تواند تا حدودی به تأثیر پرتو‌لیزر کمک کند، هر چند که به علت سرعت بعضی از هدف‌ها (هوانوردها، موشک‌ها)، تلاطم و حرکت هوا ممکن است این اثر را محدود کند. به عنوان مثال، موقعی که سرعت هدف در حدود 500 کیلومتر در ساعت باشد، باریکه‌ای به قطر 10 سانتی‌متر برای مدت
ثانیه در یک نقطه باقی خواهد ماند. تحت این شرایط، چنانچه چگالی توان پرتو‌لیزری از
وات بر سانتی‌متر مربع بیشتر باشد و لازم باشد که انرژی در مدت
ثانیه تأمین شود، آلومینیوم بخار خواهد شد. بنابراین، چگالی توان پرتو‌لیزر، برای لیزر CO2 ، برابر با
خواهد بود. اگر پرتو لیزر نسبت به هدف ثابت بماند، این چگالی توان می‌تواند بسیار کمتر باشد. برای زمانی برابر
ثانیه چگالی توان لیزر CO2 به
کاهش می‌یابد. اثر سومی نیز هست که چگالی توان لیزر را کاهش می‌دهد: فرایند اکسایش با کمک اکسیژن. در واقع، در فرایند تشکیل یک مول Al2O3، یعنی در اکسایش 2 مول (یا 54 گرم یا 20 سانتی‌متر مکعب) Al، 1.67 مگا‌ژول انرژی آزاد می‌شود. به عبارت‌دیگر، در اکسایش یک سانتی‌متر مربع از یک برگ Al با ضخامت یک میلی‌متر.
انرژی آزاد می‌شود، که مقایسه‌ی آن با انرژی لازم برای ذوب این برگ-یعنی 300 ژول-قابل توجه است. قسمتی از این انرژی، Al2O3 یی را که تازه تشکیل شده است گرم می‌کند و قسمت دیگر آلومینیوم اطراف آن را. در اثر این انرژی که
بار از انرژی لازم برای ذوب برگ آلومینیومی بزرگتر است، Al در ناحیه‌ی تابش دیده به طور انفجاری ذوب می‌شود. اگر تمامی گرمای تشکیل Al2O3 برای گرم کردن Al به کار برود، توان لازم پرتو لیزر برای راه‌اندازی این فرایند
خواهد بود، مشروط بر اینکه برای راه‌اندازی تنها ذوب 1.28 ضخامت کافی باشد و پرتو هدف را دنبال کند. اگر باریکه ثابت شود، توان لازم 700 کیلو‌وات بر سانتی‌متر مربع خواهد بود. ولی، باید توجه داشت که اکسایش بیشتر از این طول می‌کشد، زیرا آهنگ ورود اکسیژن ورود اکسیزن لازم برای اکسیدن Al به سرعت هدف در هوا بستگی دارد. در سرعت 500 کیلو‌متر در ساعت اکسیژن کافی برای اکسایش در مدت 0.24 ثانیه وارد می‌شود. مقادیر محاسبه شده‌ی بالا با مشخصات لیزر CO2، که اخیراً در آزمایشگاه لیزری هوابرد ایالات متحده با موفقیت برای انهدام موشک‌های هوا‌به‌هوا (400 کیلو‌وات) به کار رفته است، به‌خوبی می‌خواند. البته، در این‌جا فقط تقریب‌هایی از مرتبه‌های بزرگی داده شده است، زیرا مشخصات موشک‌های منهدم‌شده نامعلوم‌اند (ماهیت پوسته، ضخامت،...) و نحوه‌ی انهدام آن‌ها هم دقیقاً مشخص نیست (ذوب، گرم کردن مواد انفجاری یا دستگاه‌های الکترونیکی،....) در هر حال شرایط دقیق هر چه باشد، محاسبات ما و داده‌های تجربی اخیر در ایالات‌متحده امکان تولید این نوع سلاح‌ها را تأیید می‌کنند.
3.3.4 سلاح‌های مستقر در فضا
درک مسئله‌ی مربوط به سلاح‌های فضا-پایه راحت‌تر است، زیرا از تأثیر هوا و تأثیر اکسایش می‌توان چشم‌پوشید. در این مورد اولین مشکل عمده ناشی از طولانی بودن مسافتی است که پرتو‌لیزر باید طی‌کند. در واقع، اعتقاد بر این است که این سلاح‌ها قادرند هدف‌هایی در فاصله‌ی 1000 کیلومتر را منهدم کنند. تحت این شرایط اثر پهن‌شدگی ناشی از پراش پرتو‌لیزری، غالب می‌شود. در مورد لیزر
و با آیینه‌ی خروج پرتو‌لیزر با δ=3m، از معادله‌ی 3 نتیجه می‌شود که
، یعنی پهن‌شدگی پرتو در فاصله‌ی 1000 کیلو‌متری، 4.1 خواهد بود. بنابراین شعاع پرتو (1.5+4.1)/1.5=3.7 برابر می‌شود. در این صورت انرژی لازم برای ذوب یک برگ آلومینیوم به ضخامت یک میلی‌متر برابر
است. چنانچه
(لیزر اگزومر)،
، و
باشد،
خواهد بود و شعاع پرتو برابر 1.3 متر می‌شود. در این صورت انرژی پرتو‌لیزر برابر
ژول خواهد بود. این عدد دو مرتبه‌ی بزرگی از عدد مربوط به لیزر CO2 کوچکتر است. اما این عدد از توان‌های امروزی لیزر اگزومر که بیشینه‌ی انرژی تپی آن برابر 0.25 ژول است (یعنی 9 مرتبه‌ی بزرگی کوچکتر از توان لازم برای سلاح‌های لیزری)، به مراتب بزرگتر است. در حال حاضر، با قطعیت نمی‌توان گفت که چنین توان‌هایی اصلا بتوانند قابل حصول باشند. چنین سلاح‌هایی به این منظور طراحی خواهند شد که تعداد زیادی موشک را در مدت بسیار کوتاهی منهدم کنند. برآورد شده است که با این سلاح‌ها زمان انهدام هر موشک در حدود 0.4 ثانیه خواهد بود؛ یعنی توان پرتو‌لیزر در گستره‌ی فرابنفش
خواهد بود. یعنی با فرض اینکه کارایی انرژی 2 درصد باشد، یک منبع توان واتی لازم خواهد بود. سایر مسائل فنی، مثل ساختن آیینه‌های تخت بسیار بزرگ نیز باید حل‌شوند؛ این آیینه‌ها باید از ماده‌ای ساخته شوند که نور را خیلی بیشتر از هدف بازتاب می‌دهدو البته، لازم است که تمام مواد مورد نیاز برای ساختن این آیینه‌ها به فضا حمل شود. چگونه می‌توان نیروگاه‌های ولتی را به‌فضا حمل کرد؟ در افسانه‌های علمی، هدف‌هایی که منهدم می‌شوند به سلاح نزدیک‌ترند(در حدود چند کیلومتر). در این حالت، واگرایی پرتو کمتر است، اما توان لازم از مرتبه‌ی چند مگا‌وات بر سانتی‌متر مربع است. این عدد چهار مرتبه‌ی بزرگی از حالت پیش‌کوچکتر است، اما مشکلات مربوط به ترابرد مواد به فضا بازهم به قوت خود باقی می‌مانند. در مجموع، تولید این سلاح‌ها خیلی نامحتمل به ‌نظر می‌رسد.

4.4 دفاع در مقابل سلاح‌های لیزری

چندین راه برای جلوگیری از انهدام وسایل توسط سلاح‌های لیزری وجود دارد، که از میان آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. اندودن هدف با یک ماده‌ی فوق‌العاده بازتابنده (که هنگام تولید سلاح‌های لیزری باید دسترس پذیر باشد، زیرا در آیینه‌ها نیز بدان نیاز است)؛
2. اندودن هدف با ماده‌ای که به‌آسانی برداشته می‌شود، و همچنین می‌توان انرژی درآشامیده را به جو بدهد؛
3. طرح موشکی که در دماغه‌ی آن یک گاز بی‌اثر (برای) جلوگیری از ذوب به کمک اکسیژن، یا یک گاز فوق ‌العاده درآشام، یا ذرات کوچک فلزی، که قسمت عمده‌ی پرتو را باز می‌تابانند، تولید شود. در هوا، حفاظت در مقابل سلاح‌های لیزری، هنگام حمله در روزهای بارانی یا مه ‌آلود، آسانتر است.

5. نتیجه

در مجموع می‌توان نتیجه گرفت که سلاح‌های پرتو لیزری افسانه‌های علمی به صورت سلاح کمری عملی نیستند. این سلاح‌ها به صورت سلاح‌های مستقر در زمین، کشتی، یا هوا قابل تولید‌اند، اما در مقابل شرایط جوی آسیب‌پذیرند. برعکس، سلاح‌های مستقر در فضا که برای انهدام هدف‌های خیلی دور ساخته می‌شوند، واقع‌گرایانه نیستند. شاید، وقتی که انسان بتواند در کره‌ی ماه زندگی کند، و نیروگاه‌های بسیار عظیم در فضا در دسترس باشند، آنگاه تولید این سلاح‌ها امکان‌پذیر باشد. اما مشکلات فنی آن‌قدر زیاد است که من تردید دارم کسی بتواند بر آن‌ها غلبه‌کند. بنا به گفته‌ی تسی‌پیس:« این نتیجه لزوماً به این معنا نیست که تحقیق درباره‌ی لیزرهای با انرژی بی‌فایده است... این لیزرها می‌توانند کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینه‌ی تولید انرژی داشته باشند...».
در این مقاله، ما اصول فیزیکی تأثیر سلاح‌های لیزری را شرح دادیم. از این موضوع، در ارتباط با فیزیک مدرن، می‌توان برای توضیح توضیح برخی نکات در دروس فیزیک استفاده کرد، از جمله در حوزه‌های اپتیک (واگرایی باریکه)، پخش گرمایی، ترمودینامیک (تبدیلات فاز)، فیزیک ماده‌ی چگال (در آشامی اپتیکی)، تکنیک‌های لیزری (کارایی) و غیره. امیدواریم که این مسائل به طریقی در درس‌ها گنجانده شوند، تا آن‌ها را با موضوعات جدید مورد علاقه‌ی دانشجویان مرتبط کنند.