Sugárzások. Sugárzás mindenütt. Sugárzás. Sugárzások fajtái. Nem-ionizáló sugárzás. Ionizáló sugárzás. Kellermayer Miklós

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Sugárzások. Sugárzás mindenütt. Sugárzás. Sugárzások fajtái. Nem-ionizáló sugárzás. Ionizáló sugárzás. Kellermayer Miklós"

Frigyes Tóth
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Sugárzás mindenütt Sugárzások Kellermayer Miklós Orion Nebula Forrás Sugárzás Besugárzott test Sugárzás Sugárzások fajtái Kisugárzott teljesítmény Minden sugárzásban energia terjed. Besugárzott teljesítmény Intenzitás Nem-ionizáló sugárzás Ionizáló sugárzás Kisugárzott teljesítmény (W) Kisugárzott felületi teljesítmény Energiaáram-sűrűség, Intenzitás Mechanikai hullámok Hang Ultrahang Elektromágneses hullámok Elektromágneses hullámok Részecske sugárzás Rádió Infrav. Látható Ultraibolya Röntgen Gamma Alfa Beta Energiaáram-erősség

A rezgések hullámforrások Rezgések Tacoma Bridge catastrophy The original Tacoma Narrows Bridge was opened to traffic on July 1, 1940. It was located in Washington State, near Puget Sound.

The towers were 2800 feet apart. Strong winds caused the bridge to collapse on November 7, 1940.

In addition, a support cable at mid-span snapped, resulting in an unbalanced loading condition. The bridge response thus changed to a 0.2 Hz torsional vibration mode, with an amplitude up to 28 feet.

2 A rezgések hullámforrások Rezgések Tacoma Bridge catastrophy The original Tacoma Narrows Bridge was opened to traffic on July 1, It was located in Washington State, near Puget Sound. It was the third-longest suspension bridge in the United States at the time, with a length of 5939 feet including approaches. Its two supporting towers were 425 feet high. The towers were 2800 feet apart. Strong winds caused the bridge to collapse on November 7, Initially, 35 mile per hour winds excited the bridge's transverse vibration mode, with an amplitude of 1.5 feet. This motion lasted 3 hours.the wind then increased to 42 miles per hour. In addition, a support cable at mid-span snapped, resulting in an unbalanced loading condition. The bridge response thus changed to a 0.2 Hz torsional vibration mode, with an amplitude up to 28 feet. Rezgőmozgás Harmonikus rezgés Harmonikus rezgés (SHO): sinus függvénnyel leírható Harmonikus rezgés és körmozgás Ha ϕ 0 Rugóra függesztett tömeg +Kitérés Egyensúlyi helyzet -Kitérés Kitérés vs. idő y = Rsinϕ ϕ=fázisszög t időnél y=kitérés t időpontban y maximum sinϕ=1-nél Maximális kitérés: amplitudó (A) ϕ = ωt ω=szögsebesség y = Asin( ωt) y 0 = Asinϕ 0 y0=kezdeti kitérés ϕ0=kezdeti szög y = Asin( ωt + ϕ 0 ) ω = 2π T y = Asin 2π T t + ϕ 0

3 Hullámok típusai Hullámok Keletkezés mechanizmusa szerint: 1. Mechanikai: rugalmas deformáció, rugalmas közegben terjed 2. Elektromágneses: elektromos zavar, vákuumban (is) terjed Terjedés dimenziója szerint: 1. egydimenziós (kötél) 2. felületi hullámok (tó) 3. térbeli hullámok (hang) A rezgés és terjedés relatív irányai szerint: 1. Longitudinális 2. Tranzverzális Rezgés és propagáció relatív irányai Hullámmozgás paraméterei Tranzverzális hullám Longitudinális hullám Periódusidő (T) Frekvencia: (f=1/t) Terjedési sebesség (v, c) Azonos pontok közötti távolság: hullámhossz (λ) λ = ct = c f

Polarizáció: kitüntetett irányú rezgés Kettős

Huygens-Fresnel elv: egy hullámfront minden

Polarizálatlan hullám Hullámok fázisban:

hullámok Két azonos hullám π-től kissé eltérő

4 Polarizáció: kitüntetett irányú rezgés Kettős törés: anizotróp terjedési sebesség Csak a tranzverzális hullámok polarizálhatók. Polarizáció Diffrakció, hullámelhajlás Huygens-Fresnel elv: egy hullámfront minden pontja további hullámok forrása Mechankai hullámok polarizálása: Elektromágneses hullámok polarizálása: Polarizáció ábrázolása a terjedési irányból nézve. Hullámhossznál kisebb rés Hullámhossznál nagyobb rés Hullámhosszal összemérhető nagyságú rés Síkpolarizált hullám Polarizálatlan hullám Hullámok fázisban: erősítés interferencia Szuperpozíció elve Két azonos hullám kis fáziskülönbséggel: amplitudó megduplázódik Elektromágneses hullámok Két azonos hullám π-től kissé eltérő fáziskülönbséggel: hullámhossz megduplázódik Komplex függvények felbonthatók sinus alapfüggvényre és felharmonikusaira (Fourier elv)

5 Az elektromágneses hullám Az elektromágneses spektrum Térben tovaterjedő elektromágneses zavar. Rugalmas közeg nem szükséges a terjedéséhez. Mágneses tér Hullámhossz Elektromos tér Terjedés iránya Hullámhossz: ~3 futballpálya Hullámhossz: ~3 m Hullámhossz: ~3 cm Hullámhossz: nm Hullámhossz: ~30 H-atom átmérő Fény: Részecske vagy Hullám? A fény kettős természete Sir Isaac Newton Christiaan Huygens

Fotoelektromos hatás: Megfigyelés Fotoelektromos hatás: Magyarázat kollektor lemez belépő fotonok

eljutnak a kollektor lemezre árammérő elektronok nem jutnak el a kollektor lemezre árammérő

hf - W ex Elektron emisszió: besugárzást azonnal követi Elektron emisszió csak KÉK fényben Nincs

áram: NEM függ a fény színétől E kin = kilépő elektron mozgási energiája h = Planck állandó (6.

fénysebességgel (c) terjed vákuumban impulzus rendelhető hozzá nyugalmi tömege 0.

Hullám Részecske Terjedés közben Kölcsönhatáskor Diffrakció Interferencia Polarizáció

6 Fotoelektromos hatás: Megfigyelés Fotoelektromos hatás: Magyarázat kollektor lemez belépő fotonok emitter lemez kollektor lemez belépő fotonok belépő fotonok vákuum kilépő elektronok elektronok eljutnak a kollektor lemezre árammérő elektronok nem jutnak el a kollektor lemezre árammérő Einstein, 1905 áram folyik áram nem folyik Wilhelm Hallwachs, 1888 Philipp Lenard, 1902 E kin = hf - W ex Elektron emisszió: besugárzást azonnal követi Elektron emisszió csak KÉK fényben Nincs elektron emisszió VÖRÖS fényben Fotoelektromos áram: fényintenzitás függvénye Fotoelektromos áram: NEM függ a fény színétől E kin = kilépő elektron mozgási energiája h = Planck állandó ( Js) f = frekvencia hf = fényenergia = fény kvantum, foton W ex = kilépési munka Foton: fénysebességgel (c) terjed vákuumban impulzus rendelhető hozzá nyugalmi tömege 0. A fény egyszerre hullám és részecske A látható fény az elektromágneses spektrum keskeny része Hullám Részecske Terjedés közben Kölcsönhatáskor Diffrakció Interferencia Polarizáció Fotoelektromos hatás Fénytörés Gerjesztés Ionizáció Nagy hullámhosszak: hullámtermészet dominál Kis hullámhosszak: részecske természet dominál

7 Fény kölcsönhatása az anyaggal Beeső nyaláb Reflexió Fény kölcsönhatása az anyaggal Refrakció Szóródás Abszorpció Emisszió Geometriai optika Reflexió Az optikai nyaláb (sugár) Sugárdiagram Reverzibilitás elve Beeső nyaláb α α Visszavert nyaláb Beeső és visszavert nyalábok azonos síkban. Beesési és visszaverődési szögek azonosak (α=α )

8 Beeső nyaláb Fénytörés A fénytörés a lencseműködés alapja n 1 n 2 α β Legrövidebb idő Fermat-féle eve Megtört nyaláb Beeső és megtört nyalábok azonos síkban. Snellius-Descartes törvény: sinα sinβ = c 1 = n 2 c 2 n 1 Optikai törőerő (dioptria, m -1 ): D = 1 f Teljes belső visszaverődés Teljes belső visszaverődés alkalmazása Core - Üveg mag, amelyben a fény terjed Cladding - Külső reflektáló réteg Buffer coating - Védőréteg Optikai rost köteg: rostok százait tartalmazhatja

Képtovábbítás optikai szálban Orvosi optikai szálak: Endoszkópok Arthroscopy: diagnostic and

and bronchi Colonoscopy: examination of the colon Objectives: -diagnostics: visual inspection,

Colposcopy: examination of the vagina and cervix Ha az optikai rostok geometriája megtartott, akkor

Cystoscopy: examination of urinary bladder, urethra uterus, prostate. Through urethra.

endoscope, into biliary tract and pancreatic duct.

Laparoscopy: examination of abdominal organs (stomach, liver, female gonads) through abdominal wall.

Proctoscopy: examination of the rectum sigmoidal colon (sigmoidoscopy, proctosigmoidoscopy)

Fényszórás A fényszórás orvosi alkalmazásai Rayleigh szórás J 0 Light source Fényforrás R Vizsgáló

Nα 2 λ 4 R 2 ( 1 + cos 2 Θ) Js=szórt fény intenzitása J0=beeső fény intenzitása N=szóró részecskék

9 Képtovábbítás optikai szálban Orvosi optikai szálak: Endoszkópok Arthroscopy: diagnostic and therapeutic examination of joints (arthroscopic surgery) Bronchoscopy: examination of the trachea and bronchi Colonoscopy: examination of the colon Objectives: -diagnostics: visual inspection, biopsy, contrast agent delivery -therapy: surgery, cauterization, removal of foreign objects Colposcopy: examination of the vagina and cervix Ha az optikai rostok geometriája megtartott, akkor a köteg a képet hűen továbbítja. Cystoscopy: examination of urinary bladder, urethra uterus, prostate. Through urethra. ERCP (endoscopic retrograde cholangio-pancreatography): delivery of X-ray contrast agent, via endoscope, into biliary tract and pancreatic duct. EGD (Esophago-gastroduodenoscopy): examination of upper GI tract (gastroscopy). Laparoscopy: examination of abdominal organs (stomach, liver, female gonads) through abdominal wall. Laryngoscopy: examination of the larynx. Proctoscopy: examination of the rectum sigmoidal colon (sigmoidoscopy, proctosigmoidoscopy) Thoracoscopy: examination of pleura, mediastinum and pericardium via chest wall. Fényszórás A fényszórás orvosi alkalmazásai Rayleigh szórás J 0 Light source Fényforrás R Vizsgáló J s Rugalmas ütközés: fotonenergia nem változik emisszió rezonáló diopólusok által J s = J 0 8π 4 Nα 2 λ 4 R 2 ( 1 + cos 2 Θ) Js=szórt fény intenzitása J0=beeső fény intenzitása N=szóró részecskék száma α=polarizálhatóság λ=hullámhossz R=távolság a vizsgáló és szóróközeg között Θ=szög Turbidimetria: abszorbanciamérés Nefelometria: kismértékú szórás koncentrációfüggés immunkomplexek Erős hullámosszfüggés -> rövid hullámhosszak dominálnak -> kék ég Ha a részecskeméret nagyobb mint a hullámhossz -> összes hullámhosszon csökkent intenzitás -> szürke felhők

10 Fényabszorpció Fényabszorpció J 0 J J=J 0 e -μx J J J 0 J 01 J<J 0 J ΔJ=-μΔxJ J-ΔJ J 0/2 J 0/e D=ln2/μ J 02 J 01/2 J 02/2 D=ln2/μ J=J 0 e -μx Fényabszorpció Hemoglobin Fény keltése abszorbancia, optikai sűrűség Lambert-Beer törvény

Kisugárzott felületi teljesítmény és abszorpciós tényező aránya konstans Legnagyobb emisszió Legnagyobb

11 Fény keltése Termikus sugárzás Feketetest sugárzás (termikus sugárzás) vákuum T 1 > T 2 Hőcsere Hőmérséklet kiegyenlítődés Lumineszcencia Magas hőmérsékletű test fénykibocsátása Kirchoff sugárzási törvénye Kisugárzott felületi teljesítmény és abszorpciós tényező aránya konstans Legnagyobb emisszió Legnagyobb abszorpció Feketetest sugárzás Stefan-Boltzmann törvény: Wien-féle eltolódási törvény: Abszolút fekete testre (BB): Planck:

12 Termikus sugárzás alkalmazása Thermográfia, infradiagnosztika Gyulladás Nem abszorbeáló rétegeten át lehet látni.

Hasonló dokumentumok

2. Sugárzások. Sugárzás mindenütt. Sugárzás. sugárzások. Kellermayer Miklós. Minden sugárzásban energia terjed.

2. Sugárzások. Sugárzás mindenütt. Sugárzás. sugárzások. Kellermayer Miklós. Minden sugárzásban energia terjed. Sugárzás mindenütt H-atom emissziós spektruma 2. Sugárzások Kellermayer Miklós Orion Nebula Forrás Sugárzás Besugárzott test sugárzások Sugárzás - alapfogalmak Hullámmozgás. A fény mint hullám Elektromágneses