Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 81
Текст из файла (страница 81)
При этом введенный внутривенно краситель Нрй избирательно откладывается в опухолевой ткани. Под действием красного излучения около 630 нм (например, от золотого лазера) краситель разлагается на таблица 23.2. Применение лазеров в медицине Хирургия, урология, дерматология, гинекология, нейрохирурги», гастроэнтерологня, пульмонологи» Офтальмология, литотрипсия пигментолермия Хирургия суставов, офтальмология, урология Офтальмология (рого»ила), микрохирургия, ангиопластика, стоматология радикалы, разрушающие опухоль.
Таким способом можно обрабатывать, например, небольшие метастазирующие опухоли мочевого или желчного пузырей. Неясным до сих пор остается механизм биостимуляции, при котором используются лазерные системы малой мощности (в мВт-диапазоне), в частности, гелий-неоновые лазеры для ускорения роста клеток и достижения иных медицинских эффектов.
Характеристики и области применения самых распространенных в медицине лазеров приведены в таблице 23.2. Особенно популярны здесь Агч--лазеры, диодные лазеры, лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом и СО,-лазеры. Так, Агч--лазеры стали уже обычным инструментом в глазной хирургии. Но лазеры такого типа достаточно дороги, поэтому их все чаще заменяют другими системами (диодными лазерами, лазерами типа КРТ = )х(г(: НАГ с удвоенной частотой). С помощью лазерного луча хирург проникает во внутриглазную область через хрусталик глаза, не повреждая его, и производит необходимую операцию.
Восстановление сетчатки глаза с помощью этой техники стало обычным делом и применяется во многих клиниках. В таблице 23.3 приведены, наряду с преимуществами, и определенные недостатки лазеров, которые пока еще остаются довольно сложными устройствами по сравнению с прочими хирургическими инструментами — хотя бы обычным скальпелем. Создание лазерной установки требует немалых средств, но в ближайшие годы и здесь ожидается определенный прогресс.
Лазерная техника, в частности, на основе полупроводниковых технологий, в настоящее время бурно развивается, что сопровождается снижением ее себестоимости. табхваа 23.3. Лазеры в хирургии Лостоинства Коагуляция, некровоточашие разрезы, высокая точность. Возможность работы в полости тела с применением стекловолокон. Сочетаемость с оптическими приборами. Возможность проведения внутриглазных операций. Эффекты фотодисрупции.
Недостатки Высокая себестоимость. Сложность конструкции. Медленное излечивание. 23.4. Термоядерная реакция с применением лазеров Солнце получает свою энергию в результате термоядерной реакции. Ядра атомов водорода сливаются с ядрами гелия, и в этом процессе освобождается огромное количество энергии. С 50-х годов в лабораториях разных государств предпринимаются попытки использовать управляемые процессы ядерного синтеза на Земле в целях получения энергии.
Прорыва в этой области, даюгцего возможность технического применения ядерного синтеза, пока не произошло. Чтобы начать процессы синтеза, необходимо в достаточной степени нагреть газообразный водород, который перехолит в плазменное состояние. Для этого требуются температуры в сотни миллионов градусов Кельвина на период всего нескольких секунд. Ядра атомов водорода должны 23.4.гв др р ц р к 39ф обладать достаточно мощной энергией, чтобы произошло их слияние. При столь высоких температурах требуется специальное оборудование, чтобы удержать плазму: в проводимых до сих пор экспериментах для этой цели использовались магнитные поля.
Для достижения высоких температур и достаточно длительного времени удержания плазмы строятся все более крупные и все более дорогие установки ядерного синтеза. Но техническая реализация атомной станции с магнитным удержанием плазмы прогнозируется только через несколько десятилетий. И именно лазер позволяет найти новые пути подхода к решению задач в этой сфере. Основная идея при этом заключается в том, чтобы из изотопов водорода, дейтерия и трития изготовить маленький тверлый шарик и нагреть его путем кратковременного облучения светом лазера. Энергия лазера должна быть достаточно большой, чтобы достичь требуемых температур ядерного синтеза.
При этом используется короткий импульс возбуждения, исключающий разброс плазмы при начавшейся ядерной реакции. Таким образом, плазма при таком процессе удерживается не под действием внешнего поля, а в результате своей собственной инерционности. Прежде чем частицы плазмы разлетятся во все стороны, уже должны произойти ядерные реакции.
Это так называемое инерциальное удержание плазмы требует наличия экстремальных лазеров. Здесь нужна энергия лазерного излучения выше 10' Дж, причем такая энергия должна за сверхкороткое время около 1О-' сек войти в водородную мишень с диаметром не более 1 мм. Лазе гене алек аккум (конд Рвс. 23.11. Конструкция лазера для получения ядерного синтеза Х! г (1Чагюпа! 18пй!оп Гас!!йу) в лаборатории Елвгепсе-Ыуегщоге, США, период создания 1998 — 2005 гг., выходная энергия 1,8 МДж. Эта лазерная система содержит в общей сложности 192 параллельных усилительных цепи, и соответствующее число лучей посредством отклоняющих зеркал наводится на мишень Схема новой лазерной установки для термоядерных экспериментов показана на рис.
23.11. Этот лазер размещен в многоэтажном здании длиной 200 м. Там же находятся 192 цепи лазерных систем, включенных параллельно и приводимых в действие одним-единственным лазерным генератором, обеспечивающим синхронизацию разных лазерных усилителей. Лучи из усилительных цепей с помощью систем зеркал из различных направлений наводятся на термоядерную мишень для достижения равномерного нагрева водородного шарика. Планируемая энергия импульсов составляет 1,8 МДж (см.
таблицу 23.4). Сравнение с ~~*392 Г, 2е ць „р, .р. „„,. р Ракетное оружие на основе лазерного излучения Представленные в таблице 23.4 характеристики мощности лазеров можно привлечь для анализа возможностей их применения в военных целях. Таблица 23.4. Рабочие характеристики Х1Г-лазера для термоядерного синтеза = 1,8 МДж = 1,8 10ь Дж.= = 450 г взрывчатого вещества в тротиловом зквивалензе 3 нс = 0,000 000 003 сек.
500 ТВт = 5 !Ои Вт= 500000 электростанций 350 нм (УФ-область спектра, утроение частоты 1060 нм) Стекло с неодимом Несколько миллиардов 5 США, постройка 1998-2004 гг. Выходная энергия в импульсе Длительность импульсов. Пиковая мощность. Длины волн. Материал. Затраты. Огромная Х1Г-лазерная система имеет выходную энергию, соответствующую примерно 450 граммам взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте. Для сравнения: энергия одной атомной бомбы измеряется миллионами тонн тринитротолуола. Таким образом, лазер по своему разрушающему действию вообще не сравним ни с каким другим видом вооружения. Он пригоден лишь для выполнения функциЙ перехвата и уничтожения ракет или иных военных объектов.
Основное отличие от традиционных видов вооружения состоит в том, что энергия лазерного излучения может передаваться со скоростью света на огромные расстояния, но, к счастью, лазеры не могут стать новым поколением средств массового уничтожения. 23.5. Использование лазеров в области научных исследований Описанный выше процесс образования плазмы для ядерного синтеза представляет собой долгосрочный научный проект.
Но известно, что лазерные системы успешно используются и при проведении многих других интересных исследований в области физики, химии, биологии и техники. В частности, лазеры обеспечили мощный прогресс в развитии спектроскопии. Высокая монохроматичность, или стабильность частоты лазерных установок позволила в такой степени повысить разрешающую способность спектроскопических методов исследования, что удалось с максимальной точностью проверить ряд прогрессивных теорий ядерной физики. микроскопически малым полупроводниковым лазером отчетливо показывает колоссальное разнообразие современных лазерных систем с точки зрения их размеров и сложности конструкций.
До сих пор эксперименты по ядерному синтезу проводились с энергией импульсов до 10'Дж. При этом получали желаемую ядерную реакцию, но тратили на нее энергии больше, чем добывали. С лазером на рис. 23.! 0 и с учетом данных, приведенных в таблице 23.4, ученые надеются досконально изучить термоядерные реакции, необходимые для получения энергии. Если эксперименты пройдут успешно, то, возможно, в 2030 году может быть запущена первая опытная электростанция. «3.«. Г р «р««г 39ф Нелинейные оптические процессы служат основой для создания спектроскопии с разрешением в пределах доплеровской ширины, благодаря чему в значительной мере исключаются мешающие движения атомов.
Измерения расстояний сводятся сегодня к измерениям времени. Благодаря лазерному излучению любую длину можно определить как временной интервал, необходимый световому лучу для прохождения измеряемого участка. Важную роль в развитии измерительной техники играет генерация сверхкоротких световых импульсов (см. также главу 17), которые позволяют исследовать с высоким временным разрешением быстро протекающие химические реакции. Как электронный микроскоп в пространственном диапазоне, лазер обеспечивает во временном диапазоне возможность изучения элементарных структур. С помощью лазеров создаются так называемые «микроскопы времени», эффективность которых почти на 12 порядков превосходит традиционные «лупы времени» (устройства растяжения сигнала во времени), широко применяемые в кино- и телевизионной технике. Высокая интенсивносп и когерентносп видимого излучения лазера способствовали развитию двух новых научных направлений: нелинейной оптики и голографии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
