Вынужденное излучение. Инверсная заселенность уровней. Основные элементы лазера.

Вынужденное излучение, индуцированное излучение — генерация нового фотонапри переходе квантовой системы из возбуждённого в стабильное состояние под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней.

Из – за сильного поглощения эффект усиления индуцированного излучения в обычном источнике света не возникает. Для преодоления действий поглощения необходимо реализовать ситуацию, когда число возбужденных атомов превышает число атомом в основном состоянии. Это называется инверсной заселенностью уровней.

Основные элементы лазера: устройство, поставляющее энергию для переработки ее в когерентное излучение; активная среда, которая «вбивает» в себя эту энергию и переизлучает ее в виде когерентного излучения; устройство, осуществляющая обратную связь.

46.Устройство и принцип работы рубинового и гелий – неонового лазеров.

Рубин состоит из оксида алюминия, содержащегося в качестве примеси немного хрома, придающий рубину характерный красный цвет. Лазер работает в импульсном режиме, т.к. непрерывный режим работы приведет к перегреву и кристалл растрескается.

Гелий – неоновый лазер является наиболее распространенным и наименее дорогим современным лазером. Он состоит из двух трубок, соединенных патрубками. Система трубок наполнена смесью гелия с неоном при низком давлении. Первая трубка – лазерная, как и рубиновый лазер имеет зеркало на одном из торцов и частично отражающее зеркало на другом. Вторая трубка – разрядная.

Свойства лазерного излучения. Применение лазерного излучения в медицине.

Свойства лазерного излучения: когерентность – излучение является высококогерентным, что обусловлено свойствами вынужденного излучения; коллимированность–все лучи в пучке почти параллельны друг другу; монохроматичность – содержит волны одинаковой частоты; высокая мощность – с помощью лазера можно обеспечить очень высокую мощность монохроматического излучения; высокая интенсивность – в импульсных лазерах интенсивность лазерного излучения очень высока; высокая яркость – у лазеров, работающих в видимом диапазоне, яркость очень велика; давление – при попадании лазерного луча на поверхность тела создается давление; поляризованность – лазерное излучение полностью поляризованно.

Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами. С появлением промышленных лазеров наступила новая эра в хирургии. При этом пригодился опыт специалистов по лазерной обработке металла. Приваривание лазером отслоившейся сетчатки глаза — это точечная контактная сварка; лазерный скальпель — автогенная резка; сваривание костей — стыковая сварка плавлением; соединение мышечной ткани — тоже контактная сварка.

 

48.Рентгеновское излучение.Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длинной волны от 80 до 10^-5. Рентгеновское излучение возникает в результате преобразования кинетической энергии ускоренных электронов в энергию электромагнитных волн.

Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Она состоит из наполненного маслом кожуха с колбой. Колба представляет собой вакуумный сосуд из термостойкого стекла, внутри которого находится накапливаемый катод и анод.

При торможении электронов в аноде возникает тормозное рентгеновское излучение. С движущимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и появляется электромагнитная волна. Тормозное излучение дает сплошной спектр, который называют белым рентгеновским излучением.

Формула определения коротковолновой границы сплошного рентгеновского излучения:

eU = hʋ_max

Поток рентгеновского излучения вычисляется по формуле:

Ф = kIU²Z

– гдеU и Z – напряжение и сила тока в рентгеновской трубке; Z – порядковый номер атома вещества.

Если увеличивать напряжение на трубке выше определенного предела, то на сплошное излучение накладываются узкие спектральные линии, составляющее характеристическое рентгеновское излучение.

Закон Мозли:

Первичные процессы взаимодействия рентгеновского излучения веществом: когерентное рассеяние, комптон-эффект, фотоэффект.

При падении на тело рентгеновского излучения оно в незначительной части отражается от его поверхности, но в основном проходит в глубь массы тела, при котором происходят следующие процессы:когерентное рассеяние, комптон-эффект, фотоэффект. У фотонов, в следствии взаимодействия с электронами внутренних оболочек, крепко связанными с ядром изменяется только направление движения, а длинна волны остается неизменной. Такое явление называется когерентным рассеянием. Фотоэффект — испускание электронов веществом под действием света. Фотоэффект характерен для фотонов с относительно невысокой энергией. Если энергия фотона значительно превышает работу по отрыву электрона, то происходит комптон-эффект.