19. Luminiscentā starojuma rašanās.
Starojumu, ko izraisa citi, ar ķermeņa temperatūru nesaistīti apstākļi (piemēram, spīdēšana pēc apgaismošanas), sauc par luminiscenci. Šī spīdēšana nepakļaujas Stefana-Bolcmaņa liumam un tai nav arī siltumstarojumam raksturīgā spektrālā sadalījuma.
Luminisciences veidi, bioluminiscience.
Luminiscences veidus iedala gan atkarībā no pēcspīdēšanas ilguma, gan pēc starojuma ierosinošā cēloņa.
Atkarība no vielas pēcspīdēšanas ilguma izšķir fluorescenci un fosforescenci. Fluorescence norisinās ātri. Fosforescences gadījumā spīdēšana var turpināties pat vairākas minūtes pēc ierosināšanas beigām. Daži fluorescenti šķīdumi spīd tad, kad tos apgaismo, bet tad, kad apgaismošanu pārtrauc, tie uzreiz vairs nespīd. Ja spīdēšana vēl turpinās, tad to sauc par fosforescenci.
Ja luminiscienci ierosina redzamā gaisma vai UV starojums, to sauc par fotoluminiscienci. Hemiluminisciences cēlonis ir vielu ķīmiskās pārvērtības. Tā spīd mitrumā trūdoša koksne.
Bioluminiscienci novero kā jāņtārpinu spīdēšanu. Enerģija spīdēšanai tiek ieguta procesos, kas norisinās dzīvajos organismos.
Katrai luminiscējošai vielai ir savs raksturīgais luminiscences spektrs, pēc kā var noskaidrot šīs vielas sastāvu. Šo sauc par luminiscento analīzi.
Luminisciences izmantošana medicīnā.
Luminiscentās mikroskopijas metode. Šī metode ir dārgāka, taču lielākas iespējās atrast tuberkulozes mikobaktēriju. Luminiscentās mikroskopijas pamatā izmantotas dažu bioloģisku objektu spēja spīdēt vai arī to spēja uzņemt luminiscentās krāsas. Tādu bioloģisku objektu, kuriem pašiem ir spēja spīdēt, ir maz. Arī mikobaktērijas pašas nespīd, tās jākrāso ar fluorohormām krāsām (auramīns, rodamīns). Apstarojot krāsoto preparātu ar ultravioletiem stariem, tuberkulozes mikobaktērija spīd zeltaini dzeltenā krāsā. Preparāts jāskata speciālā luminiscences mikroskopā.
Salīdzinot ar Cīl-Nīlsena metodi, luminiscentā mikroskopija dod līdz l3% lielāku atradi, tātad līdz ar to lielāku bakterioskopijas diagnostisko efektu.
20. Inducēta starojuma rašanās.
Inducētais starojums ir gaismas kvantu emisija no ierosinātiem enerģijas līmeņiem, kad kvantu pāreju inducē tādas pat frekvences un polarizācijas ārējs gaismas kvants. Inducētais starojums ir koherents un polarizēts.
Ja augstākā līmenī apdzīvotība lielāka nekā zemākā līmenī, tad inducētais starojums pārsniedz absorbciju un viela pastiprina primāro starojumu.
Ja tiek nodrošināti vajadzīgie apstākļi, tad divi kvanti inducē vēl divu kvantu izstarošanu. Procesam turpinoties, rodas vienādu inducēto kvantu lavīna.
Inducēto starojumu ģenerē optiskie kvantu ģeneratori – lāzeri. LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Lāzeri, to konstrukcija.
Lāzera galvenās sastāvdaļas ir enerģijas avots, aktīvā viela un pastiprinātajs (optiskais rezonators). Patērejot enerģijas avota enerģiju, tiek ierosināti aktīvās vielas atomi, kas ģenerē inducēta starojuma kvantus. Rezonātors pastiprina induceta starojuma kvantu plūsmu un veido lāzera staru.
Lāzeri darbojas dažādos gaismas viļņa diapazonos, sakot no infrasarkanā un beidzot ar ultravioleto starojumu.
Trīslīmeņu rubīna lāzera darbības princips: aktīvā viela ir mākslīgi izaudzēts rubīna kristāls, kurā ir neliels hroma jonu piejaukums. Šiem hroma joniem ir tada enerģijas līemņu shēma, lai varētu realizēt inducetā starojuma ģenerēšanas nosacījumus. Inducētā starojuma izraisīšanā iesaistās pamatlīmenis E1, ierosināšanas līemnis E3 un ģenerācijas līmenis E2. Hroma jonus no pamatlīmeņa uz ierosināšanas līemni paceļ gāzizlādes lampas zilzaļās gaismas kvanti, kuru enerģija ir E13 = hv13. Līmenis ir nestabils, elektroni nonāk ģenerācijas līmenī. Induceto kvantu ģenerēšana notiek no E2 līmeņa uz pamatlīmeni E1 un izstaroto kvantu enerģija ir E12 = hv12, kas atbilst sarkanās gaismas viļņa garumam.
Lāzeru klasifikācija.
…
Konspekts RSU eksāmenam fizikā! 2. OPTIKA UN KVANTU FIZIKA Staru (ģeometriskā) optika. Gaismas taisnvirziena izplatīšanās, ēnu veidošanās. Gaismas atstarošanās likumi. Spoguļi, to izmantošana medicīnā. Gaismas laušanas likumi. Lēcas, to aberācijas. Lēcu aberāciju novēršana. Attēlu konstruēšana spoguļos un lēcās. Pilnīgā iekšējā atstarošanās. Refraktometrija. Šķiedru optika, tās izmantošana medicīnā. Centrēta optiska sistēma, tās uzbūve. Centrētas optiskas sistēmas kardinālie punkti un kardinālās plaknes. Attēla konstruēšana centrētā optiskā sistēmā. Mikroskops. Acs optiskā sistēma kā centrētas optiskas sistēmas piemērs. Acs optiskās sistēmas sastāvdaļas - lauzējvirsmas (radzene, acs lēca), optiskās vides (radzenes viela, priekšējās kameras šķidrums, lēca, stiklveida ķermenis), uztverošā daļa (tīklene). Šo sastāvdaļu optiskie raksturojumi. Acs optiskais stiprums, tā izmaiņas mehānisms. Akomodācija. Acs optiskās sistēmas defekti (tuvredzība, tālredzība, astigmātisms) un to labošana ar lēcām. Redzes leņķis. Redzes asums.Redzes ilūzijas. Gaismas interference, tās nepieciešamais nosacījums. Viļņu koherence. Interferences maksimumu un minimumu veidošanās nosacījumi. Interference plānās dzidrās kārtiņās. Interferometri un to lietojumi. Interferences mikroskops. Gaismas difrakcija. Difrakcijas režģis. Režģa formula. Gaismas polarizācija. Polarizētas gaismas iegūšana. Polarizācijas ierīces. Vielu optiskā aktivitāte. Polarizācijas plaknes griešana optiski aktīvās vielās. Polarizētas gaismas intensitātes maiņa, ejot caur polarizācijas ierīci (analizatoru). Malī likums. Polarizācijas plaknes pagrieziena leņķa atkarība no šķīduma koncentrācijas. Bio likums. Polarimetrs, tā uzbūve un lietošana medicīnā. Gaismas absorbcija dzidrās vidēs. Gaismas plūsmas izmaiņa dzidrā vidē. Bugēra-Lamberta likums. Gaismas absorbcija dzidros šķīdumos. Bēra likums. Optiskais blīvums. Caurspīdības koeficients. Šo lielumu atkarība no viļņa garuma. Kolorimetrija. Gaismas izkliede nedzidrās vidēs. Izkliedētās gaismas plūsmas atkarība no izkliedējošo daļiņu izmēriem. Tindāla efekts. Molekulārā izkliede. Releja likums. Nefelometrija. Ķermeņu termiskais starojums. Termiskā starojuma parametri: enerģētiskā spīdība, enerģētiskās spīdības spektrālais blīvums (emisijas spēja), ķermeņa absorbcijas spēja (koeficients). Ķermeņu klasifikācija pēc to absorbcijas koeficienta. Absolūti melna ķermeņa modelis. Termiskā starojuma likumi: Kirhhofa likums, Stefana-Bolcmaņa likums, Vīna pārbīdes likums, Planka formula. Šo likumu praktiskie lietojumi. Optiskā pirometrija. Saules starojums, tā sastāvdaļas. Korpuskulārā starojuma sastāvs. Saules elektromagnētiskā starojuma viļņu garumu diapazons. Saules fotonu starojuma enerģētiskais spektrs. Starojuma atsevišķu diapazonu absorbcija atmosfērā. Solārā konstante (uz atmosfēras robežas un uz Zemes virsmas). Viļņa garums un frekvence, kam uz Zemes virsmas atbilst Saules elektromagnētiskā starojuma intensitātes spektrālā blīvuma maksimums. Saules starojuma izmantošana medicīnā. Infrasarkanais starojums. Infrasarkanā starojuma viļņu garumu diapazons, tā īpašības un iedarbība uz organismu un izmantošana medicīnā. Ultravioletais starojums, tā viļņu garumu diapazons, īpašības un iedarbība uz organismu. Ultravioletā starojuma atsevišķu apgabalu bioloģiskās iedarbības īpatnības. Ultravioletā starojuma izmantošana medicīnā. Cilvēka ķermeņa termiskais starojums, tā loma organisma termoregulācijā. Šī starojuma enerģētiskā spīdība, starojuma intensitāte, cilvēka ādas absorbcijas koeficients. Daļiņu viļņējādās īpašības. Debroljī hipotēze. Fotona impulss. Daļiņas viļņa garuma atkarība no tās impulsa. Elektronu difrakcija. Heizenberga nenoteiktību sakarības. Klasiskās mehānikas lietojamības robežas. Šrēdingera vienādojums. Viļņu funkcija un tās fizikālā interpretācija. Varbūtības blīvums. Citi kvantu mehānikas pamatjēdzieni. Elektrona stāvoklis atomā. Kvantu skaitļi (galvenais kvantu skaitlis, orbitālais kvantu skaitlis, magnētiskais kvantu skaitlis, spina magnētiskais kvantu skaitlis). Pauli princips. Optiskā starojuma rašanās. Vielas atomu pamatstāvoklis un ierosinātais stāvoklis. Ierosināšanās cēloņi. Pārejas veidi no ierosinātā stāvokļa uz pamatstāvokli. Spontānais starojums. Luminiscentais starojums. Inducētais (stimulētais) starojums. Atomu un molekulu spektri. Spektru rašanās un klasifikācija. Spektrālās sērijas ūdeņraža atomā. Dispersijas un difrakcijas spektri. Spektroskops. Spektrālanalīze un tās lietojums medicīnā. Luminiscentā starojuma rašanās. Luminiscences veidi, bioluminiscence. Luminiscences izmantošana medicīnā. Inducētā starojuma rašanās. Lāzeri, to konstrukcija. Lāzeru klasifikācija. Lāzerstarojuma īpašības un tā izmantošana medicīnā. Hologrāfijas fizikālie pamati. Balsta stars un objekta stars. Attēla ierakstīšana hologrammā un tā reproducēšana. Hologrāfiskās informācijas ierakstīšanas priekšrocības salīdzinājumā ar fotogrāfiju. Hologrāfijas iespējamā izmantošana medicīnā.
