18. Лазери. Физични принципи. Свойства на лазерното лъчение. Приложение на лазерите в медицината. Инфрачервено и ултравиолетово лъчение



Дата04.09.2017
Размер38.23 Kb.
18. Лазери. Физични принципи. Свойства на лазерното лъчение. Приложение на лазерите в медицината. Инфрачервено и ултравиолетово лъчение.
Видове излъчване на светлина:

Топлинно излъчване – за сметка на вътрешната енергия на тялото. Това е процес който се намира в термодинамично равновесие. Топлинното излъчване има непрекъснат спектър, който зависи само от термодинамичната температура на излъчващото тяло.

Абсолютно черно тяло- поглъща всички фотони с всички дължини на вълната при всички температури.

Спектър на излъчване на абсолютно черно тяло.

Закон на Вин – дължината на вълната съответстваща на максималната стойност на излъчвателната способност при определена термодинамична температура Т, зависи реципрочно от температурата. С нарастване на температурата максимумът в спектъра на топлинното излъчване се измества към по-късите дължини на вълната, т.е. от инфрачервената към ултравиолетовата област.

където Т е температурата на излъчващата повърхност в Келвинови градуси,

Този закон позволява дистанционно измерване на температурата – оптична пирометрия.

Закон на Планк за излъчвателната способност на абсолютно черно тяло.



, където  е честотата на електромагнитната вълна, h е константата на Планк, k е константата на Болцман, c е скоростта на светлината във вакуум.

Слънцето е най-мощния източник на топлинно излъчване, осигуряващо енергия за живота на земята. То има много широк спектър, с максимум около 500 nm (съответстващо на температура на повърхността му около 6000 К), 50% от лъчистия поток е в IR диапазона, 40% в VIS и 10% в UV част на спектъра. Реално до земната повърхност достига само около 1% от UV диапазона поради голямото му поглъщане в озоновия слой (на 20-25 км височина в атмосферата).

Инфрачервено лъчение: намира се от червения край на видимия спектър до границата с ултракъсите радиовълни т.е. от 760nm до 1mm, условно се дели на близка (=760nm-2,5m), средна (=2,5m -50m) и далечна (=50m -1mm) област, наричана и микровълнова област. Основното действие на IR върху биологични обекти е топлинно. Използва се във физиотерапията, ускорява кръвообращението, подобрява обменните процеси. Използва се и като метод за образна диагностика – термография. Изкуствени източници на IR са лампите с нажежаема жичка.

Ултравиолетово лъчение: обхваща сравнително тясна част от спектъра – между виолетовите и рентгеновите лъчи (=400nm-10nm). Разделя се на 3 зони.

Зона А: (=400nm-315nm) нарича се антирахитна. Доминира фотохимичното действие, под действие на такава светлина се синтезира витамин D2, който подпомага усвояването на флуор и калций и тяхното включване в костите и зъбите.

Зона В: (=315nm-280nm) нарича се еритемна. Предизвиква зачервяване на кожата, което при добра дозировка е благоприятно за човека.(

Зона С: (=280nm-200nm) нарича се бактерицидна, тъй като UV лъчите от този диапазон убиват бактериите. Използва се за лъчева стерилизация. Произвеждат се бактерицидни лампи, най-често живачни с газов разряд с приложение в бактериологията, фармацията и хранителната промишленост. Лъчение с дължина на вълната под 200нм се поглъща изцяло в повечето вещества, дори в тънък слой въздух.

Излъчване, които не е топлинно се наричат луминесценция. При този тип излъчване обикновено атомите се намират във възбудено състояние и при преход в основно излъчват квант (фотон) светлина. Това става като електрони от по-горни енергийни нива преминават на по-долни и фотоните, които се излъчват са с енергия, равна на разликата между енергиите на енергетичните нива.

Лазери (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) – усилване на светлина чрез стимулирано излъчване. Един лазер се състои се от активна среда, устройство за възбуждане на активната среда, оптически резонатор, в който е поместена активната среда. Активната среда трябва чрез устройството за възбуждане да бъде с възбудена до състояние с инверсна населеност, т.е. повечето атоми да са във възбудено състояние. При преход в основно състояние, например от състояние с енергия Е2 в състояние с енергия Е1 се излъчва фотон с енергия h=E2-E1 . Той действа принудено на друг възбуден атом да мине в основно състояние и той да излъчи също такъв фотон. Така фотони с еднаква енергия се размножават лавинно. Резонаторът се състои от две успоредни огледала, едното с отражение 100% а другото с по-малко отражение наречено полупрозрачно и представляващо изход на лазерното лъчение. Циркулирайки между тях се формира и усилва лазерното лъчение. Лазерът е генератор на светлина с няколко уникални свойства:

Монохроматичност – генерира само една дължина на вълната, т.е. лазерното лъчение има много тесен спектър.

Кохерентност – генерираните електромагнитни вълни имат постоянна фазова разлика. Само той е кохерентен източник на светлина. На базата на това свойство на лазера са създадени и холограмите.

Малка разходимост – лазерният сноп малко си променя напречния размер при разпространение на големи разстояния, т.е. ъгълът на разширение на лазерния сноп е много малък. Това дава възможност лазерното лъчение да се разпространява на големи разстояния без съществено намаляване на интензитета му. Също така с оптични лещи то може да се фокусира в много малко петно и така да се достигнат много големи интензитети. Това определя и многобройните приложения на лазерите в науката, индустрията и медицината.



Лазерната терапия се прилага в хирургията, офталмологията, дерматологията, гинекологията, физиотерапията, стоматологията. Например в онкологията лазерът се използва успешно, както за фотодиагностика, така и за фотодинамична терапия. В хирургията например, лазерният скалпел освен че осигурява стерилност има и хемостатичен (кръвоспиращ) ефект. Дължи се на коагулацията в кръвоносните съдове на мястото на среза. В офталмологията лазерът е незаменим за коригиране на зрението, залепване на ретината и др. Лазерната ангиопластика например се използва за отпушване на артериите, особено важно е за коронарните кръвоносни съдове. Лазерната литотрипсия служи за разбиване на камъни в бъбреците.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница