Met laser opereren
„om een hoekje"
PIONIER
ep\ ries-kijkje in de
Teld der atomen
QUASAR-STUDIE VIA „GEKOPPELDE"
AARDSE EN KOSMISCHE TELESCOPEN
op maat
JUNI 1972
Wetenschap en
technologie
door P. Bok
De fysici Günther Nath en Georg
Schindler van de technische hoge
school te München ziln er in ge
slaagd, een buigzame buis te ver
vaardigen waardoor men met be
hulp van een laser-straal operaties
"om een hoekje" kan uitvoeren. Dit
is niet alleen voor de medische
techniek van belang, maar het sy
steem kan ook worden gebruikt
voor industriële doeleinden, b.v. het
snijden van staal, het boren van
gaten in hard materiaal e.d. op
punten, die moeilijk voor traditio
nele technieken bereikbaar zijn. Het
systeem is een verdere vervolmaking
van eerder bekende methoden maar
het schept wel unieke nieuwe moge
lijkheden.
Enerzijds werd de laserstraal reeds
medisch-operatief gebruikt. Men
brandde er moedervlekken, wratten
en huidgezwellen mee uit en ook
anderszins kon de straal min of
meer oppervlakkig van nut zijn.
Maar het lukte niet erg om het
"messcherpe" maar in principe
rechtlijnig verlopende licht om te
buigen. Systemen van starre buizen
en spiegels bleken niet te voldoen
voor inwendige operaties, en waren
zeker minder effectief dan de men
selijke hand met het operatie
mesZelfs met behulp van ui
terst dunne (0.05 mm) glasvezels
kon men niet bevredigend voor de
geleiding van laserstralen in bochten
zorgen. De verstrooiing was te
groot, waardoor de intensiteit van
de straal afbreuk werd gedaan en
daarmee het effect verminderde.
De onderzoekers in München heb
ben er nu wat op gevonden. Hun
"operatie-kanon", dat soepel is als
een dunne rubberslag en zonder
meer de straal langs bochten leidt,
verliest op redelijke afstand slechts
20 procent energie door verstrooiing
en invangen. De buis verdraagt
zonder beschadiging continue
straalgeleiding van 200-watt-lasers
en ook pulserende laserstralen met
een frequentie van 5000 maal per
seconde op een vermogen van 100
kilowatt.
De lichtgeleider werd vervaardigd
met behulp van op glas gelijkend
zeer sterk materiaal dat zo goed als
geen verontreiniging vertoont. De
laser-scalpel werd reeds met succes
toegepast bij lever-operaties op
honden. Men verwacht er ook heil
van bij de behandeling van maag
kwalen en bij tandbehandelingen.
De op 10 maart in Amerika gelanceerde ruimtesonde Pionier-10
naar Jupiter is onlangs de baan van de planeet Mars ge
passeerd. Die reis van 248 miljoen kilometer werd binnen drie
maanden afgelegd. Sondes naar Mars deden er tot dusver onge
veer 7 maanden over. De snelheid van de Pionier is dan ook groter
dan van enig voorgaand ruimtevoertuig. Zij bedraagt thans 108.000
km per uur. In totaal moet de Pionier 992 miljoen km afleggen
voordat de omgeving van Jupiter wordt bereikt.
Zonder beschadiging is de Pionier de gordel van kleine metorie-
ten gepasseerd binnen de Marsbaan, waardoor Mars-sondes in het
verleden vaak beschadigd werden. Binnenkort gaat de sonde gedu
rende enige maanden door de planetoidengordel. maar men ver
wacht geen moeilijkheden.
en een gewicht van 27 ton heeft deze ruwe
vervaardigd wordt van een nieuw materiaal en
de grootste van drie telescopen van het Max
astronomie in Heidelberg. De lens wordt ge-
*or - materiaal "zeroduur". Door dit materiaal
kleiner gemaakt worden dan van het traditionele
tevens een warmte-uitzettingscoëfficiënt
ul. Tot dusver zijn de grootste telescooplenzen
die van Mount Palomar (5 meter) en de
meter)
Met een gewone optische micros
coop kan men geen atomen waar
nemen. De uiterste grens van opti
sche waarneming wordt bepaald
door de golflengte van het zichtbare
licht: enige duizenden Angstroms.
Een Angstrom is een tienmiljardste
millimeter. De grootte van atomen
is ongeveer één Angström.
Gelukkig bleek de Griekse wijsgeer
Democritus drieëntwintig eeuwen
geleden ongelijk te hebben toen hij
op filosofische gronden tot de con
clusie kwam, dat alle materie sa
mengesteld was uit "ondeelbare"
zeer kleine elementjes, letterlijk
"atomen". De atomen bleken later
samengestelde objecten te zijn,
waarvan de veel kleinere elektronen
belangrijke bouwstenen zijn. Dit
zijn negatief geladen elementaire
deeltjes of (naar moderne in
zichten) energie-pakketjes. Doordat
deze deeltjes een veel kleinere "golf
lengte" hebben (afhankelijk van
hun snelheid) dan de fotonen van
het zichtbare licht, kan men er veel
kleinere objecten mee waarnemen
Elektronen-microscopen werken met
elektronenbundels in plaats van
lichtbundels, die niet door glazen
lenzen worden gevoerd maar door
magnetische lenzen, mogelijk door
dat elektronen elektrisch negatief
geladen zijn.
De techniek van magnetische lenzen
heeft helaas ook technische beper
kingen, zodat slechts onder heel be
paalde omstandigheden vrij vage
opnamen gemaakt kunnen worden
van slechts enkele heel bepaalde
atomen.
Siemens heeft nu een elektronen
microscoop in ontwikkeling (zie
foto, die deze bezwaren ondervangt
en veel gedetailleerder foto's van
alle mogelijke atomen kan vervaar
digen. In dit systeem wordt gebruik
gemaakt van lenzen, waarin het
magnetisch veld wordt opgewekt
door stroom via een ring met vloei
baar helium waarin supra-geleiding
optreedt bij een temperatuur dicht
bij het absolute nulpunt, dat is on
geveer 273 graad Celsius onder het
vriespunt van water bij 1 atmosfeer.
Deze methode maakt het naar het
zich laat aanzien, mogelijk om het
scheidend vermogen van de elektro
nenmicroscopen met een factor tien
te vergroten.
Een bijkomend voordeel is het aan
zienlijk geringere gewicht. Een con
ventioneel ferro-magnetisch systeem
in een hoogwaardige elektronen-mi
croscoop met één straal-spanning
van meer dan één miljoen volt
weegt twee ton, terwijl de supra-ge-
leidende uitvoering inclusief de be
nodigde koelinstallatie slechts 20 kg
zou wegen dat is slechts één pro
cent van het gewicht van de con
ventionele uitvoering.
Een ander systeem om het effectief
scheidend vermogen van elektro
nen-microscopen op te voeren wordt
in Engeland ontwikkeld door de
AEI Scientific Apparatus, een doch
termaatschappij van de GEC-Elliott
Grou^. Deze werkt aan een "scan
ning-systeem", waarbij een object
Obv een groot molecuul) afgetast
wordt door een zeer nauwe elektro
nenbundel, vergelijkbaar met het
aftastangsssysteem voor onze huis
kamer-televisie. Ook hiermee hoopt
men vrijwel alle atomen zichtbaar
te kunnen maken. Deze instrumen
ten zouden echter bijzonder kost
baar worden: minstens een half
miljoen per exemplaar. Niettemin
heeft de British Medical Research
Council al een exemplaar besteld
speciaal voor werk op het terrein
van de moleculaire biologie en in
het bijzonder de studie van het
DNA. Het systeem is ontworpen
door prof. Albert V. Crew, een En
gelsman die thans in Amerika
woont.
Dit is de "diepvries-mi
croscoop". die bij Siemens in
ontwikkeling is. In het midden
de eigenlijke microscoop an
daaromheen de benodigde ap-
oaratuur voor de regulatie van
de eléktronenstroom en de
koeling.
Russische en Amerikaanse geleerden
treffen onofficieel voorbereidingen
voor een gezamenlijk astronomisch
experient met behulp van de
ruimte-technologie. Het doel is, het
gelijktijdig observeren van objecten
in de kosmos door middel van twee
ver van elkaar verwijderde radio-te
lescopen, namelijk één op aarde en
één in een ruimtevoertuig. Op zeer
bescheiden schaal en in andere uit
voering is iets dergelijks al eens ge
daan door de bemanning van de
Apollo15 met behulp van normale
fotografische apparatuur tijdens
hun maanvlucht en tegelijkertijd
door radio-telescopen op aarde, o.m.
de radio-synthesetelescoop in Wes-
terbork in Drente onder leiding van
Leidse astronomen. Indien het geza
menlijke Russisch-Amerikaanse pro
ject officiële goedkeuring en status
krijgt, zal het binnen twee tot vijf
jaar kunnen worden uitgevoerd.
Zeer simpel gezegd wordt het
"scheidend vermogen" (het vermo
gen om dicht bij elkaar liggende
punten afzonderlijk waar te nemen
vergroot naarmate de spiegel, lens
of antenne van de telescoop een
groter diameter heeft. Met allerlei
foefjes kan men dit scheidend ver
mogen opvoeren zonder tot al te gi
gantische en technisch niet uitvoer
bare constructies te komen. Dit
geldt in het bijzonder de radio-
astronomie. Een voorbeeld hiervan
is de reeds genoemde radio-stynthe-
se-telescoop van Westerbork, de
grootste in zijn soort ter wereld, die
bestaat uit een rij van betrekkelijk
kleine antennes, met de aarde mee
draaiend en mede daardoor funge
rend als een enorme, slechts gedeel
telijk "opgevulde" antenne.
Russische en Aerikaanse geleerden
werken thans samen aan de ont
wikkeling van een interferometer,
dwz iweer erg symplistisch) een sy
steem van twee telescopen op enor
me steeds wisselende afstand van
elkaar waardoor na verloop van tijd
waarnemingen van telkens één ob
ject aan de sterrenhemel kunnen
worden uitgevoerd alsof deze wer
den gedaan door een gigantische
radioantenne van tienduizenden ki
lometers diameter.
Er zijn al voorbereidende experi
menten uitgevoerd met behulp van
enkele op aarde staande telescopen,
namelijk een Russische in de Krim
en Amerikaanse in Green Bank in
West Virginia en Westford in Mas
sachusetts. De grootste afstand tus
sen die telescopen bedroeg 10.000 ki
lometer. Door hun vaste onderlinge
positie konden deze telescopen ech
ter niet bereiken, wat een flexibeler
systeem van een aardse en kosmi
sche antenne wel kan verwezenlij
ken. terwijl in dat geval de onder
linge afstand tot vele tienduizenden
of zelfs honderdduizenden kilome
ters vergroot kan worden.
Het Amerikaans-Russische pro
gramma zou in fasen worden uitge
voerd. De eerste fase zou zijn het
brengen van een telescoop in een
baan om de aarde. Vervolgens zou
er een in een baan om de maan
kunnen worde gebracht, tenslotte
moet er een veel dieper in de ruim
te worden gestuurd.
Een van de doelstellingen van het
project is de studie van de quasars,
die de wereld der sterrekundigen
nog steeds voor raadsels stellen. Dit
zijn objecten, die zich wonderlijk
gedragen. Op grond van allerlei
overwegingen moeten zij betrekke
lijk klein zijn, maar zij stralen een
onvoorstelbaar grote hoeveelheid
energie uit. De sterkte van de op
aarde opgevangen hoeveelheid is
daarom vooral verwonderlijk, omdat
zij zich op grond van hun "rood
verschuiving" (het dopplereffect van
alle van het Melkwegstelsel wegvlie
dende extra-galactische kosmische
objecten) op zeer grote afstand
zouden moeten bevinden, zo tussen
de 10 en 15 miljard lichtjaren. Men
is het over die afstand en over de
aard van de quasars nog altijd niet
eens, maar zij zouden samen met de
nog recenter ontdekte pulsars wel
eens de sleutel tot de fundamentele
problemen omtrent aard, ontstaan
en geschiedenis van het heelal en
de sterren kunnen behelzen.
ehele wereld on tel-
fltuurkundigen zich
kken betr effen -
atomen en de
waaruit alle
ouwel, is de belang-
atoom als geheel
die uit atomen
geenszins ver
uit zuiver we-
mnt is die be-
"gedaante" van
belang, ook voor
praktische doeleinden, b.v. voor in
dustriële processen en voor molecu-
lair-biologische onderzoekingen.
Een van de hulpmiddelen, die we
tenschappelijke onderzoekers ten
dienste staan, is de microscoop.
Maar zelfs de modernste versie
daarvan, de elektronenmicroscoop,
voldoet niet meer aan de eisen van
de onderzoekers, die op "atomair"
niveau in actie zijn. Er zijn thans
enkele verbeterde uitvoeringen in de
maak, die veel beloften inhouden.
lassing van genetische technieken kan men "vis op
en, hetgeen op langere termijn grote beloften inhoudt
i wikkeling van vissers-bedrijven. Tijdens een onlangs
in Engeland gehouden internationale conferentie over
werd gewezen op de belangrijke voordelen van gene-
opzichten gelijk en constant gemaakte vissoorten,
je technieken komen overeen met wat b.v. in de land-
veeteelt al heel lang toegepaste methoden zijn. Door
kruising van kippen met bepaalde capaciteiten, b.v.
erproduktie, heeft men grote economische voordelen
eiken. De genetische "manipulatie" van granen en
.1 el soorten opgeleverd, die veel en grote korrels leveren
1 tante kwaliteit in aren die alle tegelijk oogstrijp zijn.
gen zijn koeientypen gefokt met bepaalde eigen-
v. een rijke melk- of grote vleesproduktie. In de
zijn door kruisingen ontelbare sierbloemen in het
ïenten in Lowestoft (Engeland) wordt, na uiterst
en en kruisen, thans reeds vis geproduceerd met een
geboortecijfer, waarvan de overige eigenschappen
,n gewicht van de volwassen vis evenals de voedsel-
exemplaar tot exemplaar^ uitermate constant zijn.
illedig beheerste kweeksystemen lijken de enige te
en duur economische rendabel zijn en mogelijkheden
oduktieverhoging. Bij uniforme visproduktie zijn de
n kosten van deze produktie nauwkeurig te calculeren.
3 ding van de eigenschappen van de gekweekte soort
n daartoe ingericht viswater hetgeen automatische
industrieel bereid voedsel in nauwkeurig bepaalde
mogelijk maakt. Andere systemen zoals het uitzetten
de oceanen of het on geselecteerd kweken in vis-
veel hogere kosten en verspilling van voedsel met
jjflvis-kwekerijen zal in de toekomst steeds groter wor-
worden de kosten van de traditionele visvangst
i de loonkosten en investeringen in de vloot voor de
steeds hoger en anderzijds zal de zee-visserij
heel geregeld worden door een quota-beleid van de
linale overheden of op grond van internationale over-
lit laatste wordt steeds noodzakelijker met het oog
de van jaar tot jaar ernstiger bedreigde visstand.
uilen steeds moeilijker worden en binnen vijftien
Ie aanvoer van tong, tarbot, heilbot en ook haring
le, unnen worden verhoogd, hoewel de vraag zal blijven
ii{ e toeneming van de bevolking en de noodzakelijke
n de voedselvoorziening (speciaal op het gebied van
groot deel van de wereld.
5 experimentele technieken voor selectieve vis-kweek
grote perspectieven voor exporbindustrieën in
r? nden aangezien de behandeling van de "geoogste"
vis aanzienlijk minder technologische problemen
van de traditionele visvangst.
