اندرکنش نور-ماده کوانتیزه شده

اندرکنش نور-ماده کوانتیزه شده

 

امواج الکترومغناطیسی و فوتون ها

2 امواج الکترومغناطیسی و فوتون ها 41

2.1 مقدمه 41

2.2 الکترومغناطیس 42

2.3 معادلات امواج الکترومغناطیسی 53

2.3.1 امواج الکترومغناطیسی عرضی 55

2.3.2 جریان انرژی و بردار Poynting 61

2.3.3 تابش 63

2.4 فوتون 67

2.5.1 تداخل تک فوتون 74

2.6 طیف الکترومغناطیسی 76

کاربردهای لیزر در پزشکی و زیست شناسی

معرفی

تنوع فصل‌های ارائه‌شده در این جلد نه تنها کاربردهای فراوان لیزر را نشان می‌دهد، بلکه این واقعیت را نیز نشان می‌دهد که در بسیاری از موارد، اینها استفاده‌های جدیدی از لیزر نیستند، بلکه بهبود تکنیک‌های لیزری هستند که در حال حاضر به طور گسترده در تحقیقات و بالینی پذیرفته شده‌اند. موقعیت ها واکنش‌های بیولوژیکی به برخی از جنبه‌های خاص قرار گرفتن در معرض لیزر همچنان اثرات جدیدی را نشان می‌دهد که پیامدهایی برای موضوع همیشه حاضر ایمنی لیزر دارد. چنین واکنش‌های بیولوژیکی در زمینه‌های تحقیقاتی گنجانده شده‌اند که به ویژگی‌های قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی فقط با لیزر امکان‌پذیر است، برای مثال، پالس‌های کوتاه لازم برای آزمایش‌های پرش دما که توسط ریس بررسی شده است: لیزرهای تخصصی، مانند اتمسفر تحریک عرضی (TEA) گنجانده شده‌اند. ) یا لیزرهای اگزایمر، طول موج ها و حوزه های پالس جدیدی را به مواردی که از قبل برای کاربردهای بیولوژیکی در دسترس هستند اضافه کنید. شرحی از این نوع لیزرهای جدید توسط Osgood برای نشان دادن احتمالات جدید برای استفاده در آینده و جلوگیری از محدود کردن پوشش ما به برنامه های امروزی به خوبی توسعه یافته ارائه شده است. هیلنکمپ و کافمن یک طیف‌نگار جرمی میکروپروب را برای تجزیه و تحلیل مقادیر دقیقه‌ای از ماده تبخیر شده توسط یک پالس لیزر توصیف می‌کنند. امکانات تحلیلی این ابزار بسیار گسترده است و برخی از نتایج مختلف برای نشان دادن قدرت روش آنها و همچنین نشان دادن انواع مشکلات مناسب برای آن شرح داده شده است. مراحل اولیه فتوسنتز به موضوع تحقیقات فشرده تبدیل شده است.

گروه آموزشی شکوفه ساتری

معرفی

نظریه های نور در طول تاریخ

نظریه های ری در جهان باستان

نظریه های اولیه ذرات و موج

اپتیک هندسی: نور مانند اشعه

اشعه های نور

بازتاب و شکست

بازتاب داخلی کامل

پراکندگی

نور به عنوان موج

ویژگی های امواج

دخالت

آزمایش دو شکاف یانگ

تداخل فیلم نازک

انکسار

اثرات پراش

نقطه پواسون

دیافراگم های دایره ای و وضوح تصویر

اثرات پراش جو

اثر داپلر

نور به عنوان تابش الکترومغناطیسی

میدانهای الکتریکی و مغناطیسی

معادلات ماکسول

امواج الکترومغناطیسی و طیف الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی

طیف الکترومغناطیسی

منابع امواج الکترومغناطیسی

سرعت نور

اندازه گیری های اولیه

آزمایش مایکلسون-مورلی

ثابت اساسی طبیعت

قطبی شدن

امواج عرضی

نور غیر قطبی

منابع نور قطبی شده

حمل و نقل انرژی

فشار تابشی

برهم کنش نور با ماده

فعل و انفعالات غیر خطی

نظریه کوانتومی نور

تحولات مهم تاریخی

تابش جسم سیاه

فوتون ها

مکانیک کوانتومی

دوگانگی موج-ذره

اپتیک کوانتومی

فرایندهای انتشار و جذب

مدل بور

انتشار خود به خود

انتشار تحریک شده

الکترودینامیک کوانتومی

تابش الکترومغناطیسی

تابش الکترومغناطیسی

تابش الکترومغناطیسی شامل انتشار امواج الکترومغناطیسی است که خواص آنها به طول موج بستگی دارد.

اشعه ایکس و گاما به بهترین وجه توسط اتم هایی با هسته های سنگین جذب می شوند. هرچه هسته سنگین تر باشد ، جذب بهتر است. در برخی از کاربردهای خاص ، اورانیوم ضعیف یا توریم [20] استفاده می شود ، اما سرب بسیار رایج است. چندین سانتی متر اغلب مورد نیاز است. سولفات باریم در برخی کاربردها نیز استفاده می شود. با این حال ، وقتی هزینه مهم است ، تقریباً از هر ماده ای می توان استفاده کرد ، اما باید بسیار ضخیم تر باشد. اکثر راکتورهای هسته ای از سپرهای ضخیم بتنی برای ایجاد یک محافظ زیستی با لایه نازک سرب سرد شده در داخل برای محافظت از بتن متخلخل در برابر مایع خنک کننده داخل استفاده می کنند. بتن همچنین با سنگدانه های سنگین مانند Baryte یا MagnaDense (Magnetite) ساخته می شود تا به خواص محافظتی بتن کمک کند. اشعه گاما بهتر توسط موادی با تعداد اتمی بالا و چگالی بالا جذب می شود ، اگرچه هیچ یک از تأثیرات در مقایسه با کل جرم در مساحت در مسیر پرتو گاما مهم نیست.

اشعه ماوراء بنفش (UV) در کوتاهترین طول موج خود یونیزه می شود اما نفوذ نمی کند ، بنابراین می تواند توسط لایه های نازک مات مانند کرم ضد آفتاب ، لباس و عینک محافظ محافظت شود. محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش ساده تر از سایر اشعه های فوق است ، بنابراین اغلب به طور جداگانه مورد توجه قرار می گیرد.

در برخی موارد ، محافظ نادرست می تواند وضعیت را بدتر کند ، هنگامی که تابش با مواد محافظ تعامل می کند و تابش ثانویه ایجاد می کند که به راحتی در ارگانیسم ها جذب می شود. به عنوان مثال ، اگرچه مواد دارای عدد اتمی بالا در محافظت از فوتون ها بسیار مثر هستند ، اما استفاده از آنها برای محافظت از ذرات بتا ممکن است به دلیل تولید اشعه ایکس bremsstrahlung ، در معرض تشعشعات بیشتری قرار گیرد ، و بنابراین مواد عدد اتمی کم توصیه می شود. همچنین ، استفاده از موادی با سطح مقطع فعال شدن نوترون بالا برای محافظت از نوترون ها باعث می شود که خود ماده محافظ رادیواکتیو شود و از این رو خطرناکتر از آنچه که وجود نداشت ، باشد.

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای یا "NMR"

تعریف

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای یا "NMR" فرایندی است که برای یافتن اطلاعات در مورد خواص مغناطیسی یک ترکیب استفاده می شود. این کار را با ثبت الگوهای طیفی مغناطیسی که توسط هسته ها در اتم های نمونه منتشر می شود ، انجام می دهد. با استفاده از NMR ، محققان می توانند ساختار مولکولی یک ترکیب را تعیین کنند.

طیف سنجی جذب

طیف سنجی جذب به تکنیک های طیف سنجی اشاره دارد که جذب تابش را به عنوان تابعی از فرکانس یا طول موج ، به دلیل برهم کنش با نمونه اندازه گیری می کند. نمونه انرژی ، یعنی فوتون ها را از میدان تابشی جذب می کند. شدت جذب به عنوان تابعی از فرکانس متفاوت است و این تنوع طیف جذب است. طیف سنجی جذب در طیف الکترومغناطیسی انجام می شود.

تابش تراهرتز

تابش تراهرتز - همچنین به عنوان تابش زیر میلی متر ، امواج تراهرتز ، فرکانس فوق العاده بالا [1] (THF) ، اشعه T ، امواج T ، نور T ، T-lux یا THz شناخته می شود - از امواج الکترومغناطیسی در باند تعیین شده توسط ITU تشکیل شده است. فرکانسهای 0.3 تا 3 تراهرتز (THz) ،  اگرچه مرز فوقانی تا حدی دلخواه است و از نظر برخی منابع 30 THz است. یک تراه هرتز 1012 هرتز یا 1000 گیگاهرتز است. طول موج تابش در باند تراهرتز به ترتیب از 1 میلی متر تا 0.01 میلی متر = 10 میکرومتر متغیر است.  

تعامل پرتوهای گاما و اشعه ایکس با ماده

اشعه گاما تابش الکترومغناطیسی است که یا از هسته ساطع می شود و یا واکنش نابودی بین ماده و پاد ماده است. اشعه ایکس تشعشع الکترومغناطیسی است که توسط ذرات باردار (معمولاً الکترون) در تغییر سطح انرژی اتمی یا کاهش سرعت در میدان نیروی کولنب ساطع می شود. اشعه ایکس و اشعه گاما خصوصیات یکسانی دارند و فقط از نظر منشا متفاوت هستند.  

نور و ماده

در این فصل و فصل بعدی ، ما در مورد پدیده های اساسی که در معرض نور ماده قرار می گیرند بحث خواهیم کرد. در حالی که در اینجا ما به کارهای مختلف ماده روی نور خواهیم پرداخت ، اما نتیجه عکس آن در فصل بحث خواهد شد. 3. ماده می تواند از طریق چند برابر بر تابش الکترومغناطیسی اثر بگذارد. در شکل 2.1 ، یک وضعیت معمول نشان داده شده است ، که در آن یک پرتو نور بر روی یک قطعه ماده رخ می دهد. در اصل ، سه اثر وجود دارد که ممکن است در انتشار بی مزاحم آن اختلال ایجاد کند: