33. Кванты света. Фотобиологические процессы

В 1900 г. в работе, посвященной равновесному тепловому излучению, немецкий физик М. Планк показал, что атомы излучают электромагнитную энергию отдельными порциями-квантами. Квант света – фотон – это как бы «фрагмент» электромагнитной волны. луч света – это поток световых квантов – фотонов. Взаимодействие фотонов с другими частицами происходит в соответствии с законами сохранения импульса и энергии. При освещении некоторых металлов светом с их поверхности могут вылетать электроны. Это явление называется фотоэффектом.

Процесс поглощения: При прохождении светового луча через вещество фотоны поглощаются атомами или молекулами этого вещества, и мощность луча постепенно уменьшается.

К фотобиологическим реакциям относятся процессы поглощения света биологически важными соединениями с последующей физиологической реакцией организма. Различают вредные и полезные фотобиологические реакции. Вредные фотобиологические эффекты в организме человека и животных разделяют на фототоксические и фотоаллергические. Фототоксическими эффектами называют световые повреждения кожи и глаз. К полезным фотобиологическим реакциям человека и животных относят зрение, фотопериодизм, образование витамина D под действием ультрафиолетового излучения. У одноклеточных организмов хорошо выражен фототаксис.

Свечение некоторых природных объектов, в том числе и биологических (бактерии, обитающие в море и гнилых пнях, медузы, кальмары, насекомые светляки и др. светят желто-зеленым светом) называется люминесценция или биолюминесценция. Обусловлена химическими реакциями, протекающими в этих объектах.

34. Лазеры и их применение в медицине и ветеринарии

Лазер-Квантовый генератор, усиливающий оптическое излучение (свет). Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда, в которой возбужденных атомов больше, чем невозбужденных. Такая среда называется средой с инверсной населенностью уровней энергии. Создание такой среды называется «накачкой». Например, в твердотельном рубиновом лазере возбуждение атомов происходит от мощной вспышки ксеноновой лампы. Трехуровневые системы, предназначенные для использования в оптическом диапазоне. Излучение накачки переводит атомы из состояния с энергией Е1 в состояние с энергией Е3. Из этого состояния атомы переходят в промежуточное состояние с энергией Е2. Таких атомов становится все больше, и их число со временем начинает превышать число атомов в состоянии с энергией Е1. То есть населенность второго уровня увеличивается и со временем начинает превышать населенность первого. В этой среде первый же фотон, родившийся в результате спонтанного (самопроизвольного) излучения, вызовет нарастающую лавину идентичных ему фотонов. Произойдет усиление спонтанного излучения, и появится световой луч.

Лазеры, работающие в красной или инфракрасной областях спектра, оказывают прогревающее действие и используются в терапии.

В хирургии используют лазерный Скальпель, который представляет собой заключенный в гибкую трубку световод, позволяющий направлять лазерный луч в любом направлении. Луч быстро нагревает и испаряет участок ткани, на который он сфокусирован. Лазерный скальпель по линии разреза сразу же заваривает кровеносные сосуды, что делает операционное поле почти бескровным, обеспечивает стерильность, так как не касается ткани и приводит к гибели микроорганизмов в области разреза. Особенность в том, что лазерный скальпель не оказывает на ткань механического давления, а это уменьшает болезненность операции. Лазерный скальпель используют и для сшивания тканей. Таким образом, одним и тем же скальпелем можно сначала рассечь участок ткани, а затем, расфокусировав луч, заварить края раневого отверстия. Гибкие световоды, по которым луч света передается от генератора к оперируемому органу, позволяют иногда проводить операции без вскрытия брюшной полости или грудной клетки введением лазерного скальпеля, к примеру, через пищевод. Лазерные операции стали широко применять на желудочно-кишечном тракте, на сердце, в нейрохирургии при иссечении некоторых злокачественных опухолей. А также при лечении заболеваний глаза.