Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Найден способ предотвращать поломку лазера во время операций
Волоконные лазеры активно используются в промышленности, связи и медицине. В качестве примера можно привести гольмиевые — это лазеры, в которых луч создается с помощью кристаллов или стекол с ионами гольмия. Их применяют для лечения ран, опухолей и дробления камней в почках. Главная их особенность в том, что они «заряжаются» от других лазеров — иттербиевых, то есть с ионами иттербия. Однако порой такая «зарядка» проходит плохо, из-за чего снижается мощность гольмиевого лазера, импульсы становятся нестабильными и оборудование может выйти из строя. Это особенно опасно во время хирургических вмешательств для пациентов с неотложными состояниями. Ученые из Пермского Политеха и ПНППК разработали компьютерную модель, которая с точностью 90% позволяет заранее рассчитать оптимальные параметры лазеров и снизить риск их отказа в ответственный момент.
Исследование опубликовано в журнале «Прикладная фотоника». Гольмиевый лазер с длиной волны два микрометра используют в медицине для быстрого заживления ран, удаления опухолей и дробления камней в почках. Чтобы получился луч, его «накачивает» светом другой лазер – обычно иттербиевый с длиной волны 1125 нанометров. Однако если процесс «накачки» проходит плохо, луч слабеет, вместо четких вспышек будет «рваное» излучение, опасное для человеческих тканей, а неиспользованная энергия повредит лазерное волокно.
Помимо этого, лазер станет работать медленнее или с перебоями, а в отдельных случаях может выйти из строя. Это недопустимо во время операции на открытых органах, например, при удалении камней из почек или опухоли, где счет времени, в том числе из-за наркоза, идет на минуты.
– На работу лазеров в целом влияет множество факторов: длина активного волокна, концентрация ионов в его сердцевине, свойства резонатора (зеркал, отражающих свет внутри). Подбирать каждый из них экспериментально — долго и дорого. Поэтому применяют математическое моделирование, то есть создают «компьютерный двойник» лазера, задают ему определенные характеристики и смотрят, как он работает. Это позволяет заранее определить нужные параметры и предсказать, какова в зависимости от них будет мощность, КПД, стабильность и так далее, – комментирует Мария Ременникова, начальник лаборатории медицинских лазеров ПНППК.
Существуют компьютерные модели для лазеров импульсного излучения – т.е. тех, которые применяются там, где нужно быстрое точечное воздействие, например, при удалении татуировки. Режим длительного беспрерывного воздействия средней мощности, который и применяется в медицине, тоже требует моделирования. Поэтому ученые ПНИПУ и ПНППК создали цифровую модель, соответствующую реальному иттербиевому волокну, чтобы определять, какие параметры позволят лазеру работать безостановочно и не допускать ситуаций, критичных для жизни пациента.
– Наша модель помогает рассчитать оптимальную длину волокна и коэффициент отражения (долю света, отражающуюся от поверхности). Результаты моделирования показали, что чтобы мощность иттербиевого лазера на длине волны 1125 нанометров была максимальной, оптимальный размер его волокна должен составлять девять метров, а коэффициент отражения — 20-30%. Такие значения позволят эффективно «накачивать» гольмиевый лазер и предотвратят его выход из строя в ответственный момент, – рассказывает Илларион Никулин, доцент кафедры общей физики ПНИПУ, доктор технических наук.
Компьютерная модель, созданная учеными ПНИПУ и ПНППК, позволила рассчитать оптимальные параметры для изготовления иттербиевого лазера. Если придерживаться этих значений, его мощность будет максимальной и гольмиевый лазер будет «напитываться» от него с достаточной интенсивностью. При таких условиях во время хирургических вмешательств снижается риск непредвиденных ситуаций, опасных для жизни человека, связанных с внезапным отключением или сбоем лазера.
Модель также позволяет удешевить производство лазеров, поскольку для этого не потребуются трудоемкие эксперименты. Погрешность моделирования в сравнении с экспериментальными данными – 10%, соответственно, можно сказать, что разработанная модель может предсказывать «поведение» волоконного лазера с точностью в 90%.
Telegram 
Дзен 
VK От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Ученые десятилетиями ищут кости мамонтов, которые, по данным генетиков, могли дожить на материке до бронзового века. Очередная потенциальная находка с Аляски, считавшаяся остатками мамонтов, после проверки оказалась костями китов, умерших около двух тысяч лет назад.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно