Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Читайте также:
  1. Излучение диполя
  2. Излучение оптического диапазона.
  3. Излучение плазмы
  4. Излучение реальных тел. Закон Кирхгофа.
  5. Ионизирующее излучение.
  6. Исследовать излучение через малое отверстие. Разлагая это
  7. Космическое излучение
  8. Лазерное излучение с высокими когерентными свойствами.
  9. Неионизирующее излучение.
  10. Оптическое излучение
  11. ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ

В начале любого процесса взаимодействия света с вещест­вом находится акт поглощения фотона электроном. Если энер­гия фотона больше работы выхода электрона из атома, то про­исходит фотоэффект, который приводит к ионизации атомов и разрывам химических связей между атомами в молекулах. Фотоны с меньшей энергией переводят атомные электроны из основного состояния на более высокие энергетические уровни, что приводит к возбуждению атомов и молекул. Однако атомы и молекулы, как правило, не могут долго находиться в возбуж­денном состоянии и передают избыточную энергию окружаю­щей среде в одном из следующих процессов.

1. Безызлучательный переход в основное состояние, при ко­
тором энергия возбуждения передается окружающим молеку­
лам и в конечном счете переходит в теплоту. Точно так жг
переходит в теплоту и энергия электронов, переведенных в ос­
новное состояние в результате фотоэффекта, если эти элект­
роны остаются внутри облучаемого тела.

2. Фотохимическая реакция, т. е. реакция, обусловленная
возбуждением молекулы фотоном или ионизацией молекулы
при вылете из нее фотоэлектрона.

3. Люминесценция — переход электронов в основное состоя­ние в молекуле с испусканием одного или последовательно не­скольких фотонов.

 

 

Инфракрасным (ИК) называют электромагнитное излуче­ние, занимающее область между красной границей видимого света (760 нм) и коротковолновым радиоизлучением (Х=\ — —2 мм). ИК излучение обычно условно разделяют на ближ­нюю (0,76—2,5 мкм), среднюю (2,5—50 мкм) и дальнюю (50—2000 мкм) области. В соответствии с законом Вина, чем меньше температура нагретого тела, тем на большую длину волны приходится максимум его излучения и тем большая часть спектра находится в инфракрасной области. Так, в спек­тре излучения Солнца (температура его поверхности —6000 К) на долю ИК излучения приходится около 50% общей энергии, а в спектре излучения ламп накаливания (температура воль­фрамовой спирали ~2800 К) —около 90%. При еще меньших температурах видимое излучение вообще отсутствует, и все свечение приходится на ИК область. Например, ИК лучи ис­пускают горячий утюг, тела человека и животных и т. п. Поль­зуясь законом Вина, можно вычислить температуры, при кото­рых максимум излучения приходится на ИК область: Т = = /Дм, где / = 0,289-10~2 м-К — постоянная Вина. Подставляя сюда значения граничных волн ИК спектра, т. е. liM = 760 нм и Ягм = 2 мм, получаем: Ti = 3800 К и Т2= 1,45 К-

Для регистрации и измерения ИК излучения используют приемники двух типов: тепловые и фотоэлектрические (см. гл. II), а также специальные фотоэмульсии. В различных об­ластях науки и народного хозяйства широко применяют ин­фракрасную фотографию.



В зависимости от типа излучателя ИК спектр может быть сплошным или линейчатым. Непрерывный спектр излучают нагретые твердые тела, а линейчатые образуются возбужден­ными атомами газа. Инфракрасную спектроскопию используют для исследования биологических объектов, в частности живых клеток. Поглощение и отражение ИК излучения различными веществами иные, чем видимого излучения. Вода, прозрачная для видимого света, хорошо поглощает инфракрасные лучи, особенно если в ней растворить немного медного купороса. По­этому, когда необходимо предупредить нагрев какого-нибудь освещаемого предмета, между ним и источником света поме­щают кювету с водой. Напротив, если нужно поглотить види­мый свет, а инфракрасный пропустить, то берут черные раст­воры йода в сероуглероде. Обычное стекло не пропускает ИК лучи с длиной волны более 1,5—2 мкм. Непрозрачные для ви-

димого света полупроводники прозрачны для ИК лучей. Так, кремний прозрачен для длин волн более 1 мкм. Излучение с длинами волн от 100 мкм до 1 мм хорошо проходит через по­лиэтилен, полистирол, парафин, и из этих веществ изготавли­вают приборы для инфракрасной оптики — призмы, линзы и пр.

Значительное поглощение ИК излучения водой и ее парами имеет важное значение для теплового баланса нашей планеты. Благодаря сильному поглощению водяными парами земной ат­мосферы лишь небольшая часть теплового излучения Земли уходит в космическое пространство, и поэтому атмосфера пред­ставляет собой своеобразную теплоизолирующую оболочку, препятствующую охлаждению Земли за счет излучения.

Аналогичное явление лежит в основе парникового эффекта. Внутренний объем парника и грунт нагреваются светом, про­никающим через стеклянные рамы, специальными нагревателя­ми, а также теплом, выделяющимся в результате происходя­щих в почве биопроцессов. Нагретый грунт испускает ИК излу­чение, которое поглощается стеклом, превращается опять в теп­лоту и возвращается в парник. Таким образом, стеклянные рамы предотвращают потери тепла с ИК излучением. В по­следнее время на смену стеклу приходят полиамидные пленки,, которые в отличие от стекла пропускают внутрь парника не только видимый свет, но и ультрафиолетовое излучение, погло­щая вместе с тем ИК лучи. Легкие полиамидные пленки удоб­нее в применении, чем стекло, и парниковый эффект проявля­ется сильнее.

Большое применение нашли инфракрасные лучи для про­мышленной сушки разнообразных изделий: свежепокрашенных автомобилей, мебели, пороха, а также фруктов, овощей, влаж­ного зерна. При сушке предметов, пропитанных влагой, ИК лучи поглощаются водой и мало поглощаются самими предме­тами. Вода испаряется, а предметы почти не нагреваются, а следовательно, не испытывают механических деформаций или химических превращений.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО В ВЕТЕРИНАРИИ

Биологическое действие ИК излучения в основном определя­ется производимым им нагревом тканей. Повышение темпера­туры активизирует деятельность клеток, ускоряет их размноже­ние и обменные процессы.

Растения в процессе эволюции выработали способность по­глощать лишь необходимые для фотосинтеза участки видимого спектра, и если они живут в условиях солнечного освещения, то не нуждаются в тепловом излучении, которое приводило бы к избыточному нагреву. Поэтому такие растения обладакл способностью отражать ИК часть спектра. Живущие в темноте мхи и водоросли, наоборот, поглощают ИК лучи. Мало того, листья, растущие на свету, отражают гораздо больше ИК излу­чения, чем листья того же растения, находящиеся в затенен­ных местах. Таким образом, степенью поглощения и отраже­ния ИК излучения растения регулируют в определенных пре­делах свою температуру.

Первичное действие ИК излучения на животное начинается с эффектов, происходящих в коже. Волосяной покров, роговой слой кожи, весь эпидермис прозрачны для ИК излучения, и оно поглощается преимущественно в дерме, но некоторая его часть (25—30%) проникает на глубину до 2,5—4 см, достигая подкожного жирового слоя и даже расположенных под ним органов. Температура тех слоев кожи, в которых излучение поглощается, повышается, что приводит к раздражению содер жащихся в коже рецепторов. В последних возникают потенци­алы действия, поступающие в центральную нервную систему, которая управляет механизмом терморегуляции. В результате в месте облучения количество циркулирующей крови возрас­тает, увеличивается снабжение ткани кислородом, что и ведет к активизации ее биологических функций. Поэтому действие облучения не ограничивается только тем местом, которое под­вергалось облучению. Длинноволновое излучение поглощается в верхних слоях тканей, и вызывает в них гиперемию, тогда как более коротковолновое излучение проникает в ткани на глубину до 6—8 см, вызывая прогревание внутренних органов.

ИК облучение широко применяют в медицинской и ветери­нарной физиотерапии. Его используют при лечении заболева­ний кожи, лимфатической системы, суставов (артриты, ревма­тизм), плевритов, маститов и пр. ИК излучение, сильно погло­щаясь водой, усиливает испарение и тем самым оказывает вы­сушивающее действие на влажные поверхности. Это свойств'; находит применение при лечении мокнущих экзем, обморажи­вании и т. п. Преимущество ИК терапии перед другими тепло­выми методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что осо­бенно важно при открытых повреждениях. Возможно также ИК облучение через тонкие повязки, так как оно проникает через обычные перевязочные материалы.

Большое распространение получили установки для инфра­красного обогрева помещений, в которых находятся сельскохо­зяйственные животные, особенно молодняк. В ранний постна-тальный период у молодняка еще не стабилизирована физио­логическая терморегуляция, и, кроме того, для обсыхания и эн­догенного поддержания теплового баланса молодняк должен поглощать больше энергии на единицу массы, чем взрослые животные. Искусственный обогрев тела помогает молодняку быстрее адаптироваться к условиям внешней среды.

В промышленных производственных комплексах используют выпускаемые отечественной промышленностью лампы ИКЗК, ИКЗС и др., дающие излучение с длиной волны 1 мкм. В по­следние годы стали применять галогенные лампы К.ГД, КГТ, КГО и некоторые другие, обладающие более стабильным свето­вым потоком и повышенной светоотдачей. Используют также «темные» источники длинноволнового ИК излучения, пред­ставляющие собой металлические трубки, внутри которых на­ходится нагреваемая током проволока, запрессованная в огне­упорное вещество. Такие тепловые электронагреватели (ТЭН) при температуре поверхности около 450 К создают излучение с длинами волн Xv = 4—5 мкм. Обычная тепловая обработка молока при пастеризации несколько влияет на его химический состав, снижая его вкусовую и биологическую ценность, требу­ет громоздкого оборудования, значительных затрат и времени Обработка молока от ИК источников быстро и практически полностью уничтожает в молоке микрофлору с очень незначи­тельным изменением его вкусовых и пищевых качеств.

Следует помнить, что ИК излучение оказывает вредное дей­ствие па глаза, поскольку сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом. Оно может приводить к катаракте, от­слоению сетчатки и другим заболеваниям глаз, которые наблю­дают у пекарей, литейщиков, кузнецов и работников других профессий, имеющих дело с раскаленными телами, испускаю­щими значительное ИК излучение. Поэтому при работе с таки­ми источниками необходимо надевать защитные очки.

Исключительно важное значение приобретает в последнее время термография, основанная на регистрации с помощью электронно-оптических преобразователей ИК излучения, испус­каемого тканями человека и животных. Поскольку ИК излуче­ние поглощается тканями значительно слабее, чем видимый свет, то оно несет с собой информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, неразличимые в ви­димом свете. Хорошо видны на ИК снимках или на телеэкра­нах находящиеся близко под кожей вены, так как температу­ра крови немного выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное ИК излучение. Сним­ки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, по­скольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации ИК излучения позволяют обнаруживать места локализации тром­бов или злокачественных опухолей, даже если их температура превышает окружающую температуру па сотые доли градуса.

Изменения, происходящие с нуклеиновыми кислотами, с молекулами ДНК, влияют на процессы жизнедеятельности кле­ток, на их рост и деление, и могут приводить к гибели клеток и одноклеточных организмов — бактерий. В зависимости от длины волны и от своей структуры, разные бактерии обладают различной чувствительностью к облучению. Так, гибель наи­большего количества стафилококков происходит при длинах волн порядка 265 нм, Н. соП — при 251 им и т. п. Ультрафио­летовые лучи вызывают также разрушение вирусов и бактерио­фагов, они обезвреживают некоторые бактериальные токсины (например, яд кобры) и ряд других токсичных веществ. Одна­ко для гибели клеток требуется довольно большая доза облу­чения. Так, для гибели одной клетки Е. colt нужно в среднем 2-106 фотонов.

Бактерицидное действие УФ облучения используют для обеззараживания воздуха в закрытых помещениях. Такую са­нацию воздушной среды применяют в операционных и перевя­зочных, что резко повышает хирургическую асептику. Бакте­рицидный эффект УФ облучения широко используют в про­мышленном птицеводстве, так как из-за высокой концентрации поголовья создается опасность аэрогенных инфекций вследствие микробной загрязненности воздуха в птичниках. Бактерицид­ное облучение для санации воздушной среды при выращива­нии цыплят показало, что облучение воздуха 3 раза в день по 5—25 мин приводит к значительному повышению сохранности цыплят и увеличению живой массы по сравнению с цыплятами в контрольных помещениях. Ультрафиолетовому облучению в целях дезинфекции подвергают приточный и вытяжной воздух изоляторов, карантинных и других помещений в животноводче­ских комплексах. Помимо дезинфицирующего действия, УФ облучение способствует улучшению ионного состава воздуха (увеличивает концентрацию легких аэроионов), снижению ко­личества сероводорода и двуокиси углерода. При работе источ­ников УФ излучения образуется озон, действующий в качество окислителя газовых составляющих вытяжного воздуха живот­новодческих помещений, обладающих дурным запахом.

Действие ультрафиолета на животных начинается с его по­глощения в коже. Для того чтобы облучение могло вызвать биологические эффекты, необходимо проникновение его глубже рогового слоя кожи, в зародышевый слой эпидермиса, приле­гающий собственно к коже (дерме), в которой проходят крове­носные сосуды и нервы. У человека лучи с длиной, волны ме­нее 300 нм не проникают глубже эпидермиса ( — 0,5 мм). У животных с более толстым роговым слоем излучение может и не доходить до эпидермиса, кроме того, ему мешает и воло-

Ответная реакция кожи на облучение — пигментация (за-гар). Кожный пигмент меланин сосредоточен в самых нижних слоях эпидермиса. Проникающие в роговой слой лучи с длиной волны 200—250 им вызывают только эритему; излучение с дли­ной волны 250—270 им проходит через роговой слон, обуслов­ливая пигментацию и эритему; еще более обильную пигмента­цию и эритему вызывает излучение с длиной волны 270— 320 им, которое проникает до сосудистого слоя и стимулирует работу жировых желез и нервных окончаний. Наконец, излу­чение с длиной волны 320—390 нм проходит через дерму, при­водя к пигментации, чаще без предварительной эритемы. Роль пигментации, как впрочем и механизм пигментации, изучена еще недостаточно. Возможно, что меланин задерживает актив­ные осколки разрушенных молекул, не допуская их попадания в кровь. Действие ультрафиолетового облучения не ограничи­вается кожей, несмотря на то что оно само в глубь организма не попадает. Продукты фотолиза, распространяясь по капилля­рам, раздражают нервные окончания кожи и через централь­ную нервную систему воздействуют на все органы в той1 или иной степени. Установлено, что в нервах, отходящих от облу­ченных участков кожи, частота электрических импульсов по­вышается. Действие облучения усиливается, если кожу пред­варительно смочить водой, облучить высокочастотным электри­ческим полем или ультразвуком. Это лишний раз указывает на то, что первичное действие ультрафиолетового облучения начи­нается в коже и сопровождается общим усилением обмена ве­ществ и повышением иммунобиологического состояния организ-

ма, а это, в свою очередь, ведет к ускорению процессов расса­сывания патологических продуктов и регенерации тканей. По­этому ультрафиолетовое облучение в ветеринарии применяют при лечении маститов и некоторых других воспалительных про­цессов.

Из других биологических эффектов ультрафиолетового облу­чения следует отметить образование витамина D, который спо­собствует всасыванию из кишечника и усвоению кальция, входя­щего в состав костей и выполняющего ряд существенных физио­логических функций. При недостатке витамина D кальций, вхо­дящий в состав пищи, не усваивается и потребность в нем вос­полняется за счет кальция костей, а это ведет к рахиту. У боль­ных рахитом детей и молодняка сельскохозяйственных живот­ных нарушается формирование скелета, кости становятся гиб­кими, дети перестают ходить и расти. Витамин D содержится в мясе и жире животных, однако он может образовываться и в самом организме под действием ультрафиолета с длинами волн от 280 до 315 нм. Облучение молодняка животных и пти­цы находит широкое применение в промышленном животно­водстве. Наиболее эффективно комбинированное облучение ультрафиолетом, инфракрасными лучами и видимым светом.

Исследования последних лет показали перспективность уль-^трафиолетовой аутогемотерапии, т. е. облучения крови с целью стимуляции защитных свойств организма животных при раз­личных внутренних болезнях, а также при симптоматическом бесплодии. Кровь для облучения! берут из яремной вены, сме­шивают с антикоагулянтом, облучают в кварцевых кюветах и вводят обратно в кровеносный сосуд этого же животного. Количество облученной крови рекомендуется брать из расчета 1—2 мл на 1 кг массы животного.

Следует отметить и вредное действие УФ облучения, осо­бенно на глаза, поскольку слизистая оболочка глаза (конъ­юнктива) не имеет защитного рогового слоя, и поэтому глаз более чувствителен к ультрафиолету, чем кожа. Ультрафиоле­товые лучи, достигая хрусталика, при определенных дозах вы­зывают его помутнение — катаракту. Поэтому все работы с ультрафиолетом необходимо проводить в защитных очках.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 2041; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.81.131.189
Генерация страницы за: 0.028 сек.