SỞ LÍ LUẬN VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ
Lịch sử về sóng điện từ
1.1.1 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell năm 1864
James Clerk Maxwell, sinh ngày 13 tháng 6 năm 1831, tại Edinburgh,
James Clerk Maxwell, sinh ngày 13 tháng 6 năm 1831 tại Edinburgh, Scotland, và mất ngày 5 tháng 11 năm 1879, là một nhà vật lý học nổi tiếng người Scotland Ông đã phát triển hệ phương trình Maxwell, mô tả các định luật cơ bản về điện trường và từ trường, chứng minh rằng chúng là thành phần của một trường thống nhất gọi là điện từ trường Maxwell cũng đã chỉ ra rằng trường điện từ có thể truyền đi trong không gian dưới dạng sóng với tốc độ 300.000 km/s, đồng thời đưa ra giả thuyết rằng ánh sáng chính là sóng điện từ.
Maxwell là nhà vật lý học thế kỷ 19 có ảnh hưởng lớn đến nền vật lý thế kỷ 20, với những đóng góp quan trọng trong việc xây dựng mô hình toán học cho khoa học hiện đại Năm 1931, nhân dịp kỷ niệm 100 năm ngày sinh của ông, sự nghiệp và di sản của Maxwell được tôn vinh rộng rãi.
Albert Einstein đã ví công trình của Maxwell là ―Sâu sắc nhất và hiệu quả nhất mà vật lý học có đƣợc từ thời của Issac Newton‖
1.1.3 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell
Hệ phương trình Maxwell bao gồm bốn phương trình, đề ra bởi James Clerk
Maxwell, dùng để mô tả trường điện từ cũng như tương tác của chúng đối với vật chất
Bốn phương trình Maxwell mô tả lần lượt:
Điện tích tạo ra điện trường như thế nào? ( Định luật Gauss)
Sự không tồn tại vật chất của từ tích
Dòng điện tạo ra từ trường như thế nào? ( Định luật Ampere)
Từ trường tạo ra điện trường như thế nào? ( Định luật cảm ứng Faraday)
Các cô ng thức của Maxwell vào năm 1865 bao gồm 20 phương trình với 20 ẩn số, nhiều phương trình được coi là nguồn gốc của phương trình Maxwell ngày nay
Các phương trình của Maxwell đã tổng quát hóa các định luật thực nghiệm được những người đi trước phát hiện ra:
Chỉnh sửa định luật Ampere: 3 phương trình cho 3 chiều (x, y, z)
Định luật Gauss cho điện tích: 1 phương trình
Mối quan hệ giữa dòng điện tổng và dòng điện dịch: 3 phương trình cho 3 chiều
Mối quan hệ giữa từ trường và thế năng vectơ: 3 phương trình cho 3 chiều (x, y, z), chỉ ra sự không tồn tại của từ tích
Mối quan hệ giữa điện trường và thế năng vô hướng cũng như thế năng vectơ: 3 phương trình cho 3 chiều (x, y, z), định luật Faraday
Mối quan hệ giữa điện trường và trường dịch chuyển: 3 phương trình cho 3 chiều
Định luật Ohm về mật độ dòng điện và điện trường: 3 phương trình cho 3 chiều
Phương trình cho tính liên tục: 1 phương trình
Các phương trình nguyên bản của Maxwell đã được Oliver Heaviside và Willard Gibbs chuyển đổi thành các phương trình vectơ vào năm 1884, giúp thể hiện tính đối xứng của các trường trong biểu diễn toán học Sự thay đổi này đã dẫn đến hai bước nhảy lớn trong vật lý hiện đại.
Thuyết tương đối hẹp và Vật lý lượng tử
Maxwell đã phát triển các lý thuyết của Michael Faraday và phát hiện ra rằng mối liên hệ chặt chẽ giữa điện và từ chính là nguyên nhân cho sự tồn tại của sóng điện từ.
Hệ phương trình Maxwell dự đoán sự tồn tại của sóng điện từ, cho thấy rằng bất kỳ sự thay đổi nào trong các yếu tố như cường độ dòng điện hoặc mật độ điện tích đều có khả năng tạo ra sóng điện từ lan tỏa trong không gian.
1.1.4 Heinrich Hertz xác nhận ý tưởng của Maxwell
Heinrich Rudolph Hertz, một nhà vật lý học người Đức, nổi tiếng với việc phát hiện ra sóng điện từ và hiệu ứng quang điện, sinh ra tại Hamburg vào ngày 22 tháng 2 năm 1857 Ông đã theo học tại trường Đại học Tổng hợp Berlin và là học trò xuất sắc của nhà bác học Helmholtz.
Hertz nghiên cứu về tĩnh điện học và điện từ, góp phần to lớn vào việc chế tạo ra máy vô tuyến điện
Năm 1887, ông công bố về những bài báo về những dao động điện rất nhanh
Hertz đã phát minh ra máy phát dao động điện cao tần, được gọi là "bộ rung Hertz", cùng với một "bộ cộng hưởng" để phát hiện các dao động điện Thiết bị này giúp ông xác lập quá trình cảm ứng và tương tác trong các mạch điện.
Vào năm 1888, ông đã phát hiện ra sóng điện từ đầu tiên, phù hợp với dự đoán của thuyết Maxwell, và chứng minh rằng sóng điện từ tương đồng với sóng ánh sáng Ông cũng chỉ ra rằng tốc độ di chuyển của ánh sáng và điện là như nhau, đồng thời cho thấy các tia Cathode có khả năng xuyên qua các tấm ván và nhôm mỏng.
Năm 1889, Hertz được bổ nhiệm làm giáo sư tại Đại học Bonn và đến năm 1891, ông đã tổng kết các nghiên cứu của mình, khẳng định lý thuyết của Maxwell Ông khám phá nhiều tính chất của ánh sáng tử ngoại, nghiên cứu điện động lực trong các môi trường chuyển động và chế tạo dao động tử hở Tất cả kết quả nghiên cứu của Hertz được ghi chép và tập hợp trong ba tập kỷ yếu.
Hermann von Helmholtz, nhà nghiên cứu nổi tiếng về sự lan truyền của các lực điện và nguyên lý cơ học, đã qua đời tại Bonn vào ngày 1 tháng 1 năm 1894, khi mới 37 tuổi Để tôn vinh những đóng góp của ông, đơn vị tần số đã được đặt theo tên Hertz.
1.1.5 Thí nghiệm của Hertz về sóng điện từ
Hình 1.3 Thí nghiệm hertz về sóng điện từ
Khi nối nguồn xoay chiều cao tần vào hai đầu của hai ống dây tự cảm L và L’, và kết nối hai đầu còn lại với hai quả cầu kim loại A và B gần nhau, hiện tượng phóng điện sẽ xảy ra khi điều chỉnh hiệu điện thế và khoảng cách giữa A và B Tại mọi điểm trong không gian xung quanh A và B, sẽ xuất hiện một cặp vectơ cường độ điện trường và cường độ từ trường biến thiên theo thời gian.
Sự tạo thành sóng điện từ:
Hình 1.4 Sóng điện từ tự do
Kết quả thí nghiệm của Hertz đƣợc giải thích bằng hai luận điểm của Maxwell
Khi có sự phóng điện, điện trường giữa hai điểm A và B giảm và biến đổi theo thời gian Theo luận điểm thứ hai của Maxwell, sự biến đổi của điện trường tại thời điểm 0 sẽ sinh ra một từ trường, dẫn đến sự xuất hiện của các vectơ cường độ từ trường tại các điểm M, M1, M2, và các vectơ này cũng sẽ biến đổi theo thời gian.
Theo lý thuyết của Maxwell, sự biến đổi của từ trường theo thời gian sẽ tạo ra điện trường xoáy, dẫn đến sự xuất hiện của các vectơ cường độ điện trường tại các điểm M, M1, M2,
Trong quá trình phóng điện giữa hai điểm A và B, các cặp vectơ liên tục chuyển hoá lẫn nhau và truyền đi trong không gian Quá trình truyền này tạo ra sóng điện từ.
Sóng điện từ là trường điện từ biến đổi truyền đi trong không gian
Phương trình sóng điện từ
1.2.1 khái niệm sóng điện từ
Sóng điện từ là sự truyền bá của điện từ trường trong không gian, nơi mà sự biến đổi của điện trường hoặc từ trường tại một điểm sẽ tạo ra từ trường xoáy hoặc điện trường xoáy xung quanh Quá trình này tiếp tục lan tỏa trong không gian, hình thành nên sóng điện từ.
1.2.2 Hệ phương trình Maxwell mô tả trường điện từ tự do Để thấy được thực chất của trường điện từ, ta phải khảo sát đầy đủ hai tương quan:
Từ trường biến thiên tạo ra điện trường xoáy (hiện tượng cảm ứng điện từ)
Điện trường biến thiên tạo ra từ trường xoáy (hiện tượng dòng điện dịch) Điện trường lan truyền trong không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ
Theo hệ phương trình Maxwell, trường điện từ luôn gắn liền với sự tồn tại của điện tích và dòng điện Điều này cho thấy rằng điện tích và dòng điện là những yếu tố quan trọng trong việc hình thành và duy trì trường điện từ.
= 0, ,, ,j= 0 thì vẫn có thể có ,, ,E≠0, ,, ,B ≠ 0 Khi đó, hệ phương trình
Maxwell mô tả điện từ trong không gian không có điện tích, tạo ra trường điện từ tự do dưới dạng sóng, được gọi là sóng điện tự do Hệ phương trình Maxwell trong trường hợp này trở thành:
Phương trình sóng điện từ
Xem môi trường là đồng nhất, ta có: rot,, ,E=- Error!
grad div,, ,E - ,, ,E= - o o Error!Error! Error! Error!
Vì div,, ,E= 0 nên ta lập được phương trình cho vectơ cường độ điện trường:
,, ,E- o o Error! = 0 (2.3) Tương tự, ta có: rot,, ,B= o o Error!
grad div,, ,B- ,, ,B= - o o Error!Error! Error!Error!
Vì div,, ,B= 0 nên ta lập được phương trình vectơ cảm ứng từ:
Phương trình sóng không có vế phải, hay còn gọi là phương trình d’Alembert, có dạng giống nhau giữa (1) và (2) Nếu gọi là trường vô hướng đại diện cho một trong các thành phần của điện trường hoặc từ trường, thì sẽ thỏa mãn phương trình sóng vô hướng.
Phân loại sóng điện từ
Hình 1.5 Phân loại sóng điện từ theo tần số và bước sóng
Tần số Bước sóng Ký hiệu Thông tin
300 kHz 1km L.F Radio - Sóng dài
300 MHz 1 m V.H.F Radio - Sóng cực ngắn - TV Radar
3000MHz 1 dm U.H.F Lò vi ba
3000 GHz 0,1 mm Ánh sáng Tia hồng ngoại
Bảng 1.1 Phân loại sóng điện từ theo bước sóng và tần số.
ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ
Radio waves
0,8 àm0,4 Ánh sỏng thấy đƣợc
Mềm Tia cực tím 3.10 16 Hz 0,01àm
Sóng radio có tần số trong khoảng từ 30 KHz (dải tần LF) đến 300MHz (dải tần
VHF), bước sóng từ 1m đến 10 3 m Sóng radio bao gồm: sóng dài (LF), sóng trung
(MF), sóng ngắn (HF), sóng cực ngắn (VHF)
Năm 1878, David E Hughes là người đầu tiên truyền và nhận sóng radio khi phát hiện ra rằng cân cảm ứng tạo ra âm thanh trong đầu thu của điện thoại tự chế của ông Ông đã trình bày khám phá này trước Hội Khoa học Hoàng gia vào năm 1880, nhưng chỉ được xem là hiện tượng cảm ứng đơn thuần Đến giữa năm, Heinrich Rudolf Hertz đã có những đóng góp quan trọng trong việc xác nhận và phát triển công nghệ sóng radio.
Vào năm 1886 và 1888, các nhà khoa học đã thực hiện thí nghiệm chứng minh thuyết Maxwell, khẳng định rằng bức xạ radio mang đầy đủ tính chất của sóng Họ cũng phát hiện ra rằng công thức điện từ có thể được định nghĩa lại dưới dạng công thức chênh lệch bán phần, hay còn gọi là công thức sóng.
William Henry Ward đƣa ra bằng sáng chế Mỹ 126356 vào ngày 30 tháng 8 năm 1872 Mahlon Loomis đƣa ra bằng sáng chế Mỹ 129971 vào ngày 30 tháng 7 năm
Năm 1872, Landell de Moura, một nhà truyền giáo và nhà khoa học người Brasil, đã tiến hành các thí nghiệm quan trọng Những thí nghiệm này diễn ra sau năm 1893, nhưng trước năm 1894 Tuy nhiên, ông đã không công bố những thành tựu của mình cho đến một thời gian sau đó.
1900 Tuyên bố cho rằng Nathan Stubblefield phát minh ra radio trước cả Tesla lẫn
Marconi, nhƣng các dụng cụ của ông cho thấy chỉ làm việc với sự truyền cảm ứng hơn là truyền sóng radio
2.1.3 Ứng dụng a) Ứng dụng quan trọng nhất của sóng radio là dùng trong truyền thông tin, tín hiệu
Sóng dài (30KHz-300KHz) bị hấp thụ mạnh bởi mặt đất và các vật cản, nhưng lại phản xạ tốt từ các tầng điện li Điều này cho phép sóng dài có khả năng phản xạ nhiều lần, tuy nhiên, do bị hấp thụ mạnh bởi tầng điện li, công suất truyền cần phải lớn Một ưu điểm nổi bật của sóng dài là không bị hiện tượng fading gây ra bởi giao thoa, giúp đảm bảo điều kiện truyền ổn định Vì vậy, sóng dài thường được sử dụng cho liên lạc trong các thành phố.
Sóng trung (300KHz-3000KHz): Sóng trung bị hiện tượng fading mạnh, thường dùng liên lạc trong thành phố lớn
Sóng ngắn (3000KHz-30MHz) có tần số cao, dễ bị hấp thụ bởi mặt đất và các vật cản Tuy nhiên, ưu điểm nổi bật của sóng ngắn là khả năng liên lạc ở khoảng cách rất xa.
Sóng cực ngắn là loại sóng không bị phản xạ ở tầng điện li mà có khả năng xuyên qua, thường được sử dụng trong phát thanh FM và truyền hình, cũng như trong liên lạc vũ trụ Ngoài ra, sóng radio còn được ứng dụng trong việc tiêu diệt sâu bọ trong hạt sấy khô.
Một nhóm nhà khoa học Mỹ đã nghiên cứu phương pháp sử dụng sóng radio để tiêu diệt mối mọt và sâu bọ trong hoa quả và hạt sấy khô Họ đã ngâm các loại hạt như quả óc chó và hồ trăn vào dung dịch hơi mặn trước khi đưa vào thiết bị phát sóng tần số radio, giúp làm rung và làm nóng các phân tử, từ đó tiêu diệt sâu bọ hiệu quả.
Các nhà khoa học đã phát triển 19 phương pháp diệt sâu bọ mà không làm hạt bị nóng quá, với hy vọng rằng phương pháp này sẽ ít gây hại hơn so với việc sử dụng hóa chất Tuy nhiên, chi phí cho các phương pháp này lại cao hơn Một trong những ứng dụng tiềm năng khác là sử dụng sóng radio để điều trị bệnh hen.
Các nhà khoa học Mỹ đã phát triển một thiết bị sử dụng sóng radio để hỗ trợ bệnh nhân hen suyễn trong việc hô hấp Thiết bị này phát ra sóng radio, giúp làm nóng và làm mềm các khối cơ trong phổi, từ đó tạo ra các đường dẫn không khí thông thoáng hơn.
Một nghiên cứu trên 112 bệnh nhân hen từ mức vừa phải đến nặng cho thấy, sau một năm điều trị, nhóm sử dụng thiết bị sóng radio có khả năng thở tốt hơn hẳn với 39 lít khí thở/phút, so với 8,5 lít khí thở/phút của nhóm dùng thuốc Ngoài ra, nhóm điều trị bằng máy cũng có 40 ngày không bị triệu chứng hen, trong khi nhóm dùng thuốc chỉ có 17 ngày Đây là phương pháp điều trị đầu tiên không dùng thuốc cho bệnh nhân hen.
Gần đây, Bệnh viện Tai Mũi Họng Sài Gòn đã áp dụng công nghệ sóng radio cao tần trong điều trị cắt amiđan bằng máy Coblator Thiết bị này sử dụng đầu dò đa chức năng, giúp thực hiện thủ thuật nhanh chóng, giảm thiểu tổn thương và nguy cơ biến chứng cho bệnh nhân Đầu dò không chỉ cắt amiđan bằng nhiệt mà còn có khả năng tưới nước, hút dịch và các mảnh vụn, đồng thời đốt các điểm chảy máu hiệu quả.
Sóng radio cao tần phát ra nhiệt độ thấp, không gây bỏng cho các mô xung quanh và hiệu quả trong việc cầm máu trong phẫu thuật nhờ vào khả năng làm tắc mạch máu Phương pháp này ít gây đau và chảy máu, giúp giảm phù nề, đồng thời vết thương sau mổ amiđan lành nhanh chóng Bệnh nhân có thể về nhà trong ngày và sinh hoạt bình thường, bao gồm cả việc nói chuyện và ăn uống ngay sau phẫu thuật Ngoài ra, sóng radio còn được ứng dụng trong việc phá ung thư gan.
Do nhiều nguyên nhân, phần lớn bệnh nhân ung thƣ gan không thể phẫu thuật
Phá u gan bằng sóng radio (RFA) là phương pháp điều trị ung thư gan hiệu quả và ngày càng phổ biến toàn cầu Dưới sự hướng dẫn của siêu âm hoặc CT-scan, MRI, bác sĩ sẽ đưa một kim điện cực vào khối u, xuyên sâu khoảng 5 mm Sóng radio được truyền vào đầu kim để tạo nhiệt, từ đó phá hủy khối u trong khoảng thời gian 20-30 phút.
Phương pháp truyền dẫn sóng radio từ hệ thống máy điện sinh lý vào cơ tim mang lại hiệu quả điều trị rối loạn nhịp tim lên đến 98%, giúp bệnh nhân không cần sử dụng thuốc và giảm lo âu về tình trạng sức khỏe.
Phương pháp này sử dụng các thiết bị tiên tiến như hệ thống máy chụp DSA 1 bình diện, thiết bị điện thăm dò sinh lý tim, máy tạo năng lượng radio, và catheter điện cực chẩn đoán 5Fr, 6Fr cùng catheter điện cực Rf tip để thực hiện quy trình.
Micro waves
Sóng viba là có tần số từ 300MHz đến 3000MHz, có bước sóng từ 10 -1 m đến 1m
Microwaves là một dạng năng lượng điện từ, tương tự như sóng ánh sáng và sóng radio, thuộc phổ điện từ Chúng thường được sử dụng để truyền tín hiệu điện thoại, chương trình truyền hình và thông tin máy tính từ trái đất đến trạm vệ tinh Ngoài ra, microwaves còn giúp nhận biết tốc độ của xe ôtô và các phương tiện giao thông Đặc biệt, chúng cũng được sử dụng như nguồn năng lượng trong các thiết bị nấu ăn hàng ngày.
Microwaves thực sự đã thâm nhập vào đời sống con người
Theo nguyên lý hoạt động của sóng viba, năng lượng sóng chuyển đổi từ cực dương sang cực âm trong mỗi chu kỳ với tốc độ hàng triệu lần mỗi giây Các phân tử thức ăn, đặc biệt là nước, có cấu trúc giống như nam châm với cực dương và cực âm Khi sóng viba tác động lên thức ăn, các phân tử này quay theo tần số sóng, tạo ra sự rung động mạnh mẽ Sự rung động này dẫn đến ma sát, giúp làm nóng và nấu chín thức ăn hiệu quả.
22 làm nóng thức ăn Do sóng viba không tương tác với các phân tử thuỷ tinh, nhựa hay giấy nên chỉ có thức ăn đƣợc đốt nóng
Lò vi sóng thường có các bộ phận sau: Magnetron (nguồn phát sóng), mạch điện tử điều khiển, ống dẫn sóng, ngăn nấu
Sóng vi ba được tạo ra từ magnetron và được dẫn qua ống dẫn sóng vào ngăn nấu, nơi chúng phản xạ giữa các bức tường và bị hấp thụ bởi thực phẩm Trong lò vi sóng, sóng vi ba là các dao động của trường điện từ với tần số thường ở mức cao.
Tần số 2450 MHz (bước sóng khoảng 1,224 dm) được sử dụng trong lò vi sóng để làm nóng thức ăn Các phân tử trong thực phẩm như nước, chất béo, đường và các hợp chất hữu cơ khác thường mang điện tích lưỡng cực, khiến chúng quay theo chiều điện trường bên ngoài Khi điện trường dao động, các phân tử này quay nhanh, và sự dao động này được chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn qua va chạm giữa các phân tử, từ đó làm nóng thức ăn hiệu quả.
Ngăn nấu là một lồng Faraday được cấu tạo từ kim loại hoặc lưới kim loại, giúp ngăn chặn sóng không thoát ra ngoài Lưới kim loại này thường thấy ở cửa của lò vi sóng.
Các lỗ trên lưới có kích thước nhỏ hơn bước sóng vi ba (1,2 cm), do đó sóng vi ba không thể thoát ra, nhưng ánh sáng với bước sóng ngắn hơn vẫn có thể xuyên qua, cho phép quan sát thức ăn bên trong Đối với kim loại và các chất dẫn điện, các điện tử và hạt mang điện trong chúng rất linh động và dễ dàng dao động theo biến đổi điện từ trường Sự dao động này có thể tạo ra ảnh điện từ nguồn phát sóng, hình thành điện trường mạnh giữa vật dẫn điện và nguồn điện, dẫn đến nguy cơ tia lửa điện và cháy nổ.
T-rays
Tia T là một trong 10 dự báo công nghệ năm 2009 do Tạp chí Popular
Mechanics đưa ra thuộc nhiều lĩnh vực, từ picotech tới lưu trữ năng lượng khí nén
Tia T, một thành phần trong phổ điện từ, có khả năng nhìn thấy các hiện tượng mà tia X và sóng cực ngắn không thể phát hiện Trong khi tia X thường được biết đến với công dụng phát hiện xương gãy, thì sóng cực ngắn lại được sử dụng để làm nóng cơ thể Tuy nhiên, tia T lại mang đến những ứng dụng thú vị khác trong việc quan sát và phân tích.
Tia T (T-rays) là một loại bức xạ terahertz, có khả năng xuyên qua quần áo và xác định các chất như thuốc nổ và ma túy, cũng như nhận diện khối u và khám phá vũ trụ Tia T được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau như bức xạ viễn hồng ngoại, bức xạ terahertz, sóng terahertz và ánh sáng terahertz.
T-lux và THz nằm trong vựng phạm vi điện từ 300 gigahertz (3x10ạạ Hz) và 3 terahertz (3x10ạ² Hz), nằm trong dải súng 1 millimeter và 100 micrometer Bức xạ terahertz là loại bức xạ phổ biến nhất trong vũ trụ
Tia T là một lĩnh vực nghiên cứu đầy thách thức, do các nhà khoa học gặp khó khăn trong việc khai thác chúng Nếu bạn chưa từng nghe về tia T, điều này có thể là do những khó khăn trong việc tìm hiểu và ứng dụng của chúng.
Mặc dù bài báo khoa học đầu tiên về tia T được xuất bản vào năm 1890, nhưng đến nay, nghiên cứu và phát triển công nghệ để tạo ra, phát hiện và điều khiển tia T vẫn gặp nhiều thách thức.
Tia T, được phát hiện cách đây một thế kỷ, đã chỉ mới được phát triển thành một kỹ thuật ứng dụng trong những năm gần đây Tại hội nghị do Tổ chức Kỹ thuật và Khoa học Phòng vệ (DSTO) của chính quyền Úc tài trợ, các nhà khoa học từ Úc, Mỹ, châu Âu và châu Á đã chia sẻ những tiến bộ mới trong lĩnh vực này.
Adelaide Một trong những thuyết trình viên chính sẽ là cha đẻ của tia T, giáo sƣ Xi-
Cheng Zhang, nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Rensselaer ở New York, đã dành hơn 20 năm để phát triển tia T, một công nghệ ban đầu được khám phá bởi giới thiên văn học để quan sát các vì sao và thiên hà Tia T chỉ được tạo ra trong phòng thí nghiệm vào năm 1995 Với sự phát triển của các nguồn và máy dò bức xạ terahertz hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu chế tạo bộ lọc và máy tạo tia T từ thập kỷ trước Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn đầu và đang trong quá trình hoàn thiện.
Terahertz hiện mới chỉ nhƣ tia X vào năm 1905", kỹ sƣ điện Daniel Mittleman, từ phòng thí nghiệm tia T ở Đại học Rice nhận xét
2.3.3 Ứng dụng a/ Công nghệ nhìn xuyên vật thể
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (Mỹ) đã phát triển công nghệ mới cho phép nhìn xuyên vật thể, giúp phát hiện các chất nguy hiểm trong bưu kiện hoặc dưới lớp vải bọc Theo trưởng nhóm nghiên cứu M.Wanke, công nghệ này có khả năng phát hiện chất nổ, súng đạn và các chất độc hại, bất kể cách ngụy trang của chúng.
Công nghệ chụp ảnh terahertz cho phép phân tích nhiều loại vật liệu thông dụng như quần áo, chất dẻo, bao bì và gỗ, giúp chúng trở nên trong suốt Phương pháp này dựa vào việc phân tích bức xạ terahertz để xác định các tính chất vật lý và hóa học của đối tượng Mỗi loại vật liệu sẽ hấp thụ bức xạ này ở những tần số khác nhau, giống như "dấu vân tay" riêng biệt Nhờ vào tần số hấp thụ, các nhà nghiên cứu có thể phát hiện các chất nổ và ma túy Ví dụ, một phong bì chứa bột màu trắng có thể trông nguy hiểm, nhưng nhờ công nghệ này, nhân viên bưu điện có thể xác định nó có chứa aspirin hay không.
24 methamphetamine (một chất gây nghiện) hay không Các khối thuốc nổ cũng sẽ dễ dàng đƣợc xác định dù đã giấu kỹ trong túi xách
Tia T không chỉ kiểm soát các tác nhân sinh học mà còn có khả năng xác định sự hiện diện của vi khuẩn gây bệnh than, một mối đe dọa lớn sau vụ khủng bố 11/9 Nghiên cứu của Giáo sư Zhang và các cộng sự tại Viện Rensselaer đã chứng minh điều này, dẫn đến việc Cơ quan DARPA quyết định đầu tư 18 triệu USD để phát triển ứng dụng của tia T trong an ninh và chống khủng bố.
Tia T đã phát hiện ra nhiều loại vũ khí được giấu kín, bao gồm cả vũ khí làm từ vật liệu phi kim loại Hiện tại, TeraView là công ty tiên phong trong việc khai thác thị trường thiết bị tia.
T, đã chế tạo đƣợc loại máy quét xách tay kí hiệu TPI có khả năng phát hiện tất cả các loại dụng cụ, mà từ trước đến nay không thể quan sát được bằng các loại máy quét hiện có Thiết bị TPI cũng phát hiện được cả những đồ vật phi kim loại vùi dưới một lớp đất hoặc cát có độ sâu không lớn Ứng dụng này mở ra hướng mới trong việc chế tạo máy dò mìn đa năng, xác định đƣợc cả các loại mìn có vỏ bằng vật liệu nhựa vốn không thể dò đƣợc bằng máy
Tia T có khả năng xuyên thấu qua các lớp bê tông dày, cho phép ghi lại hình ảnh hoạt động của các nhóm khủng bố đang giữ con tin trong các khu biệt lập, điều mà chưa công nghệ nào trước đây có thể thực hiện được.
Để thu thập thông tin về vật liệu sau khi chiếu tia T, cần thiết phải có một thiết bị chuyên dụng để "đọc" hình ảnh Chúng tôi sử dụng các thiết bị thu đặc biệt, có cấu tạo tương tự như thiết bị phát bức xạ.
Patrick Mounaix, Giám đốc nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Phân tử Quang học thuộc CNRS, cho biết rằng các chuyên gia có thể xác định cấu trúc của vật liệu bằng cách so sánh tính chất của bức xạ ban đầu với bức xạ thu được sau đó Khi quét một vật liệu bằng chùm tia T, nếu vật liệu hấp thụ bức xạ có tần số nhất định, quang phổ sẽ xuất hiện một "lỗ hổng" Dựa vào dữ liệu lưu trữ, hay còn gọi là dấu hiệu hóa học nhận biết, người ta có thể suy ra bản chất của vật liệu Nguyên tắc này khác biệt hoàn toàn so với việc sử dụng tia X, trong khi hình ảnh chụp bằng X quang hiện rõ trên phim âm bản, thiết bị thu đặc biệt cũng cho phép tái hiện hình dạng của các vật thể chứa nước, ví dụ như cơ thể con người.
Visible light
2.5.1 Định nghĩa Ánh sáng nhìn thấy có tần số khoảng từ 300THz đến 3000THz, bước sóng 380
2.5.2 Ứng dụng Ứng dụng vô cùng quan trọng của ánh sáng nhìn thấy là giúp con người chúng ta nhìn thấy mọi vật và mọi vật có các màu sắc, hình dạng khác nhau Ví dụ: Sữa bò có màu trắng: Sữa bao gồm 5% lactoza, 3,7% mỡ và 3,5% protein Chất cazein giàu canxi là protein phổ biến nhất và sự kết hợp của cazein với một số chất béo tạo nên màu sắc cho món đồ uống ngon lành này Màu trắng là màu tự nhiên của sữa, là kết quả của các bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được chiếu vào mắt Cazein và một số chất béo phản chiếu dải bước sóng rộng nên khiến sữa có màu trắng
Đèn LED sử dụng điốt GaAsP với năng lượng lớn hơn 1,7eV, cho ánh sáng nhìn thấy được và có kích thước nhỏ, công suất thấp, phù hợp cho nhiều lĩnh vực quang báo Tuổi thọ của đèn LED lên tới khoảng 100.000 giờ, tương đương với việc có thể sử dụng liên tục trong 10 năm Khác với bóng đèn thông thường, đèn LED không hư hỏng ngay lập tức mà chỉ giảm một nửa công suất phát quang sau thời gian dài sử dụng Ngoài chức năng chiếu sáng, đèn LED còn có nhiều ứng dụng khác.
Các nhà khoa học Đức đã chứng minh rằng ánh sáng mạnh từ đèn LED có thể được sử dụng để xóa nếp nhăn và trẻ hóa khuôn mặt, mở ra một phương pháp làm đẹp mới mà không cần phẫu thuật hay sử dụng Botox với nhiều tác dụng phụ Nghiên cứu cho thấy liệu pháp thẩm mỹ bằng ánh sáng LED nếu được áp dụng hàng ngày trong vài tuần sẽ giúp da trẻ lại, tăng độ đàn hồi, giảm nếp nhăn và cải thiện độ ẩm cho làn da Ánh sáng LED hoạt động bằng cách loại bỏ các phân tử nước liên quan đến protein elastin, từ đó phục hồi chức năng đàn hồi và làm giảm nếp nhăn trên khuôn mặt.
LED thường được sử dụng trong các sản phẩm như điều khiển từ xa của tivi hay đèn giao thông…
Ánh sáng nhìn thấy được từ đèn LED với cường độ mạnh đã được ứng dụng trong y khoa hơn 40 năm qua để thúc đẩy quá trình lành vết thương.
Bác sĩ Whelan, chuyên gia về thần kinh học tại Đại học Dược Wisconsin, cho biết rằng ánh sáng phát ra từ Điốt phát sáng (LED) có khả năng tăng cường sức khỏe cho các tế bào gấp 5 lần so với các thiết bị thông thường Gần đây, ánh sáng LED cũng đã được áp dụng trong điều trị một số loại ung thư não.
Các đèn LED thế hệ mới có khả năng thay thế mạng WiFi nhờ vào công nghệ hội tụ tiên tiến được phát triển bởi các kỹ sư tại trường đại học Boston Với sự hỗ trợ từ nguồn tài trợ nghiên cứu khoa học quốc gia, nhóm nghiên cứu đã sáng tạo ra một mạng truyền thông dữ liệu vô tuyến tích hợp trong bóng đèn chiếu sáng thông thường.
Các kỹ sư đang kỳ vọng sử dụng bóng đèn LED nhẹ và công suất thấp để thay thế mạng vô tuyến quang Công nghệ vô tuyến hiện tại tạo ra mạng dữ liệu nhưng tiêu tốn nhiều nguồn lực và dễ bị tấn công từ bên ngoài.
Các đèn LED mới có khả năng truyền dữ liệu qua các xung ánh sáng nhìn thấy với tốc độ cực nhanh Băng thông ban đầu dự kiến sẽ nằm trong một dải rộng, mở ra nhiều cơ hội cho công nghệ truyền thông hiện đại.
Tưởng tượng một thế giới nơi các thiết bị như máy tính, iPhone, TV, radio và bộ điều nhiệt tự động có thể giao tiếp với bạn thông qua một chuyển mạch ánh sáng mà không cần dây cáp Mặc dù có vẻ như một ý tưởng hoang tưởng, nhưng điều này hoàn toàn khả thi với mạng thông tin dựa trên đèn LED Công nghệ này tiêu thụ ít năng lượng, đáng tin cậy và không gây nhiễu điện từ, hứa hẹn sẽ được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị chiếu sáng Mỗi bóng đèn LED có thể hoạt động như một điểm truy cập vô tuyến, mở ra khả năng kết nối mới cho các thiết bị thông minh.
(Wireless Access Point), cung cấp băng thông lớn hơn và giảm đáng kể tiêu thụ nguồn
Mạng truyền thông quang sử dụng đèn LED và ánh sáng thấy được, giúp ngăn chặn truy cập từ những khu vực ngoài vùng phủ, như bị che khuất bởi tường hay sàn Điều này làm giảm nguy cơ tấn công từ hacker một cách hiệu quả Người dùng có thể dễ dàng kết nối tới mạng gia đình hoặc văn phòng chỉ bằng một công tắc chuyển mạch ánh sáng Mặc dù đây chỉ là những kết quả nghiên cứu ban đầu, tiềm năng của công nghệ này rất hứa hẹn.
34 nó đã mở ra một hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng cho một mạng truyền dữ liệu đơn giản mà hiệu quả
Mạng thông tin dữ liệu sử dụng các đèn LED thế hệ kế tiếp có thể được minh họa qua hình 2.10 Bên cạnh đó, ánh sáng nhìn thấy cũng được áp dụng trong điều trị viêm mũi dị ứng, mang lại những lợi ích đáng kể cho người bệnh.
Phương pháp chữa trị viêm mũi dị ứng truyền thống thường sử dụng thuốc uống hoặc xịt, nhưng gần đây, liệu pháp quang học mới do Hãng Medisana (CHLB Đức) phát triển đã xuất hiện Liệu pháp này sử dụng đèn diode hai cực phát ra ánh sáng đỏ với bước sóng 660 nanometre (nm) để chiếu sáng hốc mũi, mang lại hy vọng cho những người mắc bệnh mà không cần dùng thuốc.
Máy Medinose-BNS do Hãng Medisana phát triển có khả năng kích hoạt miễn dịch ở hốc mũi, giúp tăng cường sức đề kháng và giảm kích thích cho màng nhầy của mũi Thiết bị này đã được thử nghiệm trên bệnh nhân ở nhiều độ tuổi và quốc gia khác nhau, cho thấy không có phản ứng phụ, kể cả với trẻ em và phụ nữ mang thai.
Các nhà khoa học đã phát triển một loại cáp quang siêu nhỏ, mỏng hơn sợi tóc nhiều lần, có khả năng truyền tải ánh sáng nhìn thấy được Phát minh này hứa hẹn sẽ dẫn đến nhiều đột phá trong các lĩnh vực như năng lượng mặt trời, công nghệ thông tin và y học Trong nhiều thập kỷ qua, cáp đồng trục đã nổi bật nhờ chất lượng truyền tải hiệu quả, với cấu trúc bao gồm một dây lõi được bao quanh bởi chất cách nhiệt và lớp vỏ kim loại bên ngoài, cho phép truyền tải các tín hiệu điện từ có bước sóng lớn hơn đường kính của dây.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một dây cáp đồng trục có khả năng truyền tải ánh sáng, với lõi làm từ sợi các-bon, được bao bọc bởi một lớp cách nhiệt và vỏ nhôm bên ngoài Dây cáp này có chiều rộng khoảng 300 nanometer, nhỏ hơn hàng trăm lần so với sợi tóc người, và đầu lõi cáp được thiết kế để hoạt động như một ăng-ten dò ánh sáng.
Ultra Violet
Tia tử ngoại là bức xạ có bước sóng từ 10 -8 m đến 10 -7 m và tần số từ 3000THz đến 3.10 16 Hz
Vào năm 1801, Johann Wilhelm Ritter đã phát hiện ra một loại ánh sáng nằm ngoài vùng màu tím của quang phổ mặt trời thông qua các phản ứng hóa học Hiện nay, loại ánh sáng này được gọi là tia tử ngoại.
Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí và nhiều khí khác
Kích thích sự phát quang của nhiều chất ( nhƣ kẽm sunfua, cađimi sunfua ), có thể gây ra một số phản ứng quang hóa và phản ứng hóa học
Bị thủy tinh, nước, hấp thụ rất mạnh Tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18 10 -6 m đến 0,4 10 -6 m truyền qua đƣợc thạch anh
Có một số tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nắm mốc…
Có thể gây ra hiện tƣợng quang điện
Một số ứng dụng thường gặp
Tia tử ngoại có nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm khử trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế, điều trị bệnh còi xương, cũng như phát hiện vết nứt trên bề mặt kim loại Đặc biệt, tia tử ngoại còn được sử dụng trong điều trị ung thư, mang lại hy vọng cho nhiều bệnh nhân.
Hình 2.12: Điều trị ung thư bằng tia tử ngoại
Kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies) đã được công nhận là một phương pháp hiệu quả trong việc điều trị ung thư Tuy nhiên, một thách thức lớn trong điều trị là khả năng của chúng tấn công cả các tế bào khỏe mạnh.
Liệu pháp sử dụng kháng thể có sự hỗ trợ của tia cực tím đƣợc đánh giá là có triển vọng nâng cao hiệu quả điều trị ung thƣ
Các nhà khoa học Anh đã phát triển phương pháp sử dụng ánh sáng tia cực tím để kiểm soát hoạt động của thuốc có nguồn gốc từ kháng thể, khắc phục tình trạng hiện tại.
Kỹ thuật mới này sử dụng kháng thể được bao bọc bởi lớp dầu hữu cơ nhạy cảm với ánh sáng, giúp ức chế hoạt động của chúng cho đến khi tiếp xúc với tia cực tím Khi tia cực tím được chiếu vào khối u, các kháng thể sẽ được "đánh thức" để tấn công tế bào ung thư.
Liệu pháp này giúp bảo vệ tế bào lành bằng cách sử dụng kháng thể được bao bọc, chỉ hoạt động khi được kích hoạt bởi tia cực tím.
Nhóm nghiên cứu cho biết liệu pháp này cho phép bệnh nhân điều trị ngoại trú, trong đó họ chỉ cần đến bệnh viện để tiêm các kháng thể đã được xử lý Sau đó, bệnh nhân sẽ chờ không quá 1 tiếng đồng hồ để được chiếu tia cực tím trong vài phút.
Liệu pháp mới này đã nhận đƣợc sự hoan nghênh của một số nhà y học Bà Josephine
Querido, chuyên gia thông tin khoa học của Viện Nghiên cứu Ung thƣ Anh, phát biểu:
Phát triển các phương pháp tấn công tế bào ung thư mà không gây hại cho các mô lành là yếu tố quan trọng trong điều trị ung thư Một trong những phương pháp tiệt trùng diệt khuẩn hiệu quả là sử dụng tia tử ngoại.
Nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng virus và vi khuẩn trong nguồn nước là nguyên nhân chính gây ra 85% bệnh tật ở trẻ em và 65% bệnh tật ở người lớn Tuy nhiên, hầu hết các loại virus và vi khuẩn này có thể dễ dàng bị tiêu diệt bằng tia cực tím (UV).
Quy trình: Cho nước chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím Các tia
UV được phóng vào dòng nước Cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản
Nguyên lý diệt khuẩn của tia cực tím:
Hình 2.13: Một đoạn DNA của vi khuẩn trước khi bị chiếu tia cực tím
Hình 2.14: Đoạn gen đã bị phá hủy
Tia cực tím ở tần số nhất định có khả năng tiêu diệt 99,99% vi khuẩn mà không loại bỏ tạp chất trong nước Phương pháp này sử dụng điện và thường được áp dụng ở giai đoạn cuối của hệ thống lọc nước So với việc đun sôi, phương pháp này tiết kiệm điện và nhanh chóng hơn Nó được coi là an toàn khi kết hợp với bộ lọc than hoạt tính.
2.6.5 Tác hại a/ Tia tử ngoại làm tăng nguy cơ mắc ung thƣ da
Trẻ em dưới 18 tuổi không nên tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời hoặc tắm nắng, vì điều này làm tăng nguy cơ mắc ung thư da khi trưởng thành Việc tiếp xúc với tia UV từ ánh nắng mặt trời rất có hại, đặc biệt khi sử dụng phương pháp tắm nắng nhân tạo Tia UV từ các thiết bị này có thể gây tổn thương DNA, dẫn đến đột biến và cuối cùng là ung thư da khi bệnh nhân đã trưởng thành Ở độ tuổi khoảng 35, những người từng tắm nắng khi còn nhỏ có nguy cơ mắc ung thư da cao hơn 75% so với người bình thường Bên cạnh đó, tia UV cũng gây hại cho mắt.
Tia UV có thể gây hại cho mắt, đặc biệt khi chúng chiếu vuông góc với giác mạc, dẫn đến viêm giác mạc và viêm kết giác mạc do tiếp xúc quá mức với tia UV Sự tổn thương bắt đầu từ các đầu tận của thần kinh trên giác mạc, sau đó có thể ảnh hưởng đến lớp nội mô, gây ra biến đổi cấu trúc và lắng đọng tinh thể.
Đục thể thủy tinh, thường xuất hiện dưới dạng đục vỏ hoặc nhân trung tâm, thường gặp nhiều ở nữ giới, có thể liên quan đến thói quen tắm nắng của họ Tia UV là một nguyên nhân chính gây ra tình trạng này.
Võng mạc có thể bị tổn hại khi giác mạc và thủy tinh thể không còn nguyên vẹn Tỷ lệ thoái hóa hoàng điểm ở người trên 70 tuổi đã phẫu thuật lấy thủy tinh thể cao hơn so với nhóm chưa phẫu thuật, điều này gợi ý rằng tia UV có thể là nguyên nhân gây ra thoái hóa hoàng điểm.
X- rays
Hình 2.15: X quang chụp tay ngươi đeo nhẫn, chụp bởi Rontgen
Tia X hay quang tuyến X hay X quang là một sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 10 nanômét đến 100 picômét (tức là tần số từ 30 PHz đến 3EHz)
Tia X có khả năng đâm xuyên qua nhiều vật liệu như giấy, vải, gỗ và kim loại, nhưng sẽ bị chặn lại bởi chì Đặc biệt, tia X với bước sóng ngắn sẽ có khả năng xuyên sâu hơn.
Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí
Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều nhất
Tia X có thể gây ra hiện tƣợng quang điện ở hầu hết kim loại
Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: hủy diệt tế bào, diệt vi khuẩn…
Một số ứng dụng thông dụng
Tia X được sử dụng nhiều nhất để chiếu điện, chụp điện (vì nó bị xương và các chỗ tổn thương bên trong cơ thể cản mạnh hơn da thịt), để chẩn đoán bệnh hoặc tìm chỗ xương gãy, mảnh kim loại trong người…, để chữa bệnh (ung thư) Nó còn được dùng trong công nghiệp để kiểm tra chất lƣợng các vật đúc, tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong các vật bằng kim loại, để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn…
39 a/ Dùng X-quang trong chế tạo động cơ
Kỹ sư của Ford Motor đã sử dụng tia X năng lượng cao trong nghiên cứu và chế tạo động cơ, nhằm cải thiện độ bền, giảm trọng lượng và tiết kiệm nhiên liệu.
Tia X năng lƣợng cao giúp các kỹ sƣ thiết kế chi tiết của Ford thực hiện công việc nhanh chóng và hiệu quả hơn Cùng có nguyên lý hoạt động cơ bản, nhƣng tia X trong y tế sinh ra từ điện thế 150.000 V (đủ nhìn thấy vết nứt trên xương và xuyên qua tấm thép dày 6 mm), còn tia X mà các kỹ sƣ của Ford sử dụng sinh ra từ điện thế 9 triệu V, giúp họ phân tích các chi tiết có độ dày tới 500 mm, nghĩa là gấp 80 lần so với thông thường
Hình 2.16: Động cơ khi chụp bằng tia X
Điện thế 9 MV là một thành tựu đáng kể của một tổ chức cá nhân, không bao gồm các phòng thí nghiệm quân sự Trong khi bác sĩ sử dụng tấm chì mỏng để bảo vệ sức khỏe khi chụp tia X, các kỹ sư của Ford phải ẩn mình sau bức tường xi-măng dày 2,4 mét để đảm bảo an toàn.
Tia X năng lƣợng cao trợ giúp các kỹ sƣ trong quá trình chế tạo những bộ phận của động cơ 3,5 lít V6 mới của Ford Ảnh X quang giúp các kỹ sƣ tìm ra những điểm cục bộ có độ mềm không mong muốn trong khối máy nhôm đúc, chủ yếu do quá trình làm lạnh có tốc độ hạ nhiệt không ổn định Thông tin về các điểm này sau đó đƣợc nghiên cứu và giải quyết nhằm nâng độ bền ở mức cao nhất có thể Hơn nữa, những vùng không cần nhiều độ cứng đƣợc "bớt" lƣợng hợp kim đi để giảm trọng lƣợng động cơ, nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu tổng thể
Các kỹ sư sử dụng hình ảnh tia X để tạo ra mô hình 3D trên máy tính và áp dụng phần mềm kiểm tra độ bền, dòng lưu thể, độ ồn, độ rung và độ ráp của các bộ phận Chẳng hạn, họ xây dựng mô hình 3D bộ góp và tiến hành kiểm tra lưu lượng khí Dựa vào dữ liệu thu thập được, các kỹ sư điều chỉnh các thông số để tối ưu hóa tốc độ khí, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ.
Hình 2.17: Động cơ 3,5 lít, V6 mới của Ford
Sau khi hoàn tất các giai đoạn định hình và kiểm tra, những thông số tối ưu nhất sẽ được chuyển giao cho bộ phận sản xuất Những cải tiến công nghệ này cho phép các kỹ sư chế tạo động cơ bền hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Tinh thể học tia X (X-ray crystallography) là một phương pháp quan trọng trong sinh học, giúp xác định cấu trúc của các đại phân tử như protein, DNA và RNA Để thực hiện được điều này, các phân tử phải được chuyển đổi thành dạng tinh thể Việc sử dụng tia X là cần thiết vì chúng có bước sóng ngắn hơn nửa bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, cho phép quan sát chi tiết ở cấp độ nguyên tử, điều mà không thể thực hiện được bằng các phương pháp khác.
Năng lượng sóng tỉ lệ nghịch với bước sóng, tức là bước sóng ngắn mang năng lượng cao hơn, dễ gây hại cho mẫu phân tử sinh học Do đó, việc chuyển đổi mẫu sang dạng tinh thể là cần thiết để giảm thiểu sự phá hủy do tia X gây ra.
Tia X khi chiếu vào tinh thể sẽ tương tác với các electron hóa tri (valence electron) của các nguyên tử thành phần đƣợc phân bố trong không gian Các electron này sẽ tán xạ (scatter) tia X ra các hướng, tùy vào sự sắp xếp trong không gian của nguyên tử [Cái này cũng giống nhƣ dùng một đèn pin lớn chiếu vào một cây đèn chùm (chandelier) mà ta không đƣợc phép nhìn thấy Dù không biết cây đèn chùm hình dáng thể nào, nhƣng dựa vào bóng phản chiếu (các pattern) ta cũng có thể dự đoán sự sắp xếp của các mảnh thủy tinh trên cây đèn chùm] Một màn hình sẽ ở phía sau để lưu lại ví trí tán xạ và cường độ của tia X bị tán xạ Sau khi có các dữ liệu này rồi, người ta sẽ dùng các công thức tính toán phức tạp để xác định vị trí các electron bao quanh các nguyên tử và từ đó suy ra vị trí các nguyên tử
Mẫu nhiễu xạ thu được có mối liên hệ chặt chẽ với vật phát tán sóng chiếu thông qua phép toán biến đổi Fourier.
Mật độ electron quanh mỗi nguyên tử có thể được mô tả bằng một hàm toán học, và mẫu nhiễu xạ tia X tương ứng là biến đổi Fourier của hàm này Nhờ vào tính chất biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier, chúng ta có thể sử dụng máy tính để tái tạo hình ảnh mật độ electron từ mẫu nhiễu xạ.
PDB (Protein Data Bank) cung cấp miễn phí cấu trúc protein và các phân tử sinh học khác Để xem cấu trúc 3D của những phân tử này, người dùng có thể sử dụng phần mềm RasMol.
2.7.4 Tác hại a/ Tác hại của tia X liều lƣợng thấp
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Đức, liều lượng tia X thấp có thể gây tổn thương kéo dài hơn so với liều lượng cao Kết quả này sẽ được kiểm chứng tại các phòng thí nghiệm khác và lặp lại trên động vật sống trước khi bác sĩ có thể đưa ra hướng dẫn về tác động của tia X liều thấp đối với con người.
Gamma rays
Tia gamma là một loại bức xạ không nhìn thấy có bước sóng vào khoảng
Bức xạ gamma và bức xạ Rơghen (tia X) có sự khác biệt chính về nguồn gốc: bức xạ gamma phát ra từ hạt nhân nguyên tử, trong khi tia X được sinh ra bên ngoài nhân Tốc độ lan truyền của tia gamma đạt đến tốc độ ánh sáng, và năng lượng của nó phụ thuộc vào tần số hoặc độ dài bước sóng So với các loại bức xạ khác như tia X, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại, bức xạ gamma có năng lượng lớn nhất.
Phẫu thuật bằng bức xạ gamma là một phương pháp tiên tiến, cho phép điều trị chính xác các khối u sâu trong não và các dị dạng động tĩnh mạch có đường kính nhỏ hơn 5 cm Quy trình này được thực hiện chỉ với một lần phẫu thuật trong điều kiện gây tê cục bộ, mang lại hiệu quả cao và an toàn cho bệnh nhân.
Nguyên lý hoạt động của GAMMA KNIFE rất đơn giản và hiệu quả Sau khi xác định chính xác vị trí khối u thông qua chụp cắt lớp mô phỏng, các tia GAMMA từ nhiều nguồn khác nhau xung quanh hộp sọ sẽ được chiếu đồng thời và hội tụ tại điểm cần điều trị Điều này cho phép tiêu diệt khối u mà không gây tổn thương cho các vùng não xung quanh, tạo nên ưu điểm vượt trội so với phương pháp phẫu thuật mở.
Phẫu thuật bằng Dao Gamma là phương pháp điều trị khối u não sử dụng chùm tia Gamma có năng lượng cao thay vì dao kéo thông thường Phương pháp này cho phép tiêu diệt khối u một cách chính xác và hiệu quả Hiện tại, Dao Gamma quay chỉ có tại bệnh viện Bạch Mai, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phẫu thuật truyền thống.
Gamma cổ điển Leksell hoạt động với các chùm tia phát ra từ nguồn xạ liên tục thay đổi nhờ vào sự chuyển động của các nguồn và lỗ quay Điều này giúp đạt được hiệu quả điều trị tối ưu cho mô bệnh, trong khi liều chiếu cho mô lành được giữ ở mức rất thấp.
Gamma Knife là phương pháp điều trị hiệu quả cho các u não và tổn thương dị dạng mạch máu não nhỏ, nằm sâu mà khó tiếp cận bằng phẫu thuật truyền thống Việc phẫu thuật mở có thể gây tổn thương cho vùng não lành, dẫn đến các biến chứng nghiêm trọng như rối loạn thần kinh, tâm thần, hoặc liệt nửa người Đặc biệt, nếu tác động đến các trung khu thần kinh quan trọng, bệnh nhân có nguy cơ cao tử vong trong quá trình phẫu thuật.
Gamma Knife là phương pháp điều trị hiệu quả cho u ác tính di căn lên não, giúp giải quyết tình trạng chèn ép và giảm áp lực nội sọ, từ đó kéo dài sự sống cho bệnh nhân Khi u ác tính di căn, nó thường tạo ra nhiều khối u khác nhau, gây nguy hiểm cho tính mạng, đặc biệt là khi ảnh hưởng đến não Việc can thiệp bằng Gamma Knife giúp giảm nhanh chóng phù não và cải thiện tình trạng bệnh nhân.
Hình 2.18: Đậu Hà Lan là món ăn bổ, nhưng hay gây ợ chua
Người yêu thích đậu Hà Lan sẽ không còn phải lo lắng về các vấn đề như đầy hơi hay ợ chua do axit yếu trong vỏ hạt gây ra Một nhóm nghiên cứu từ Ấn Độ vừa công bố phát hiện mới về việc sử dụng tia gamma để loại bỏ loại axit này.
Nhóm khoa học của Jammala Machaiah và Mrinal Pednekar, tại Trung tâm
Nguyên tử Bhabha (Ấn Độ) đã sử dụng tia gamma yếu để giảm thiểu các thành phần axit oligosacharide trong vỏ đậu Hà Lan Khi tiêu hóa, các vi khuẩn trong ruột tiêu thụ axit này, dẫn đến tình trạng đầy hơi và ợ chua khó chịu.
Ông Machaiah khẳng định rằng đậu Hà Lan được xử lý bằng tia gamma hoàn toàn không bị nhiễm xạ và an toàn cho sức khỏe Tuy nhiên, một số nhà khoa học châu Âu phản đối phương pháp này, lo ngại rằng tia gamma có thể tạo ra các thành tố gây ung thư trong thực vật.
Tại sao gọi là Glast? Đó là tên viết tắt của Gamma-ray Large Area Space Telescope (kính viễn vọng
Không gian tia Gamma Diện tích rộng) Nhƣng Nasa cũng mở cuộc thi tìm một tên nào mới hay hơn cho phi thuyền không gian này
Glast sẽ rọi ánh sáng vào một số những hoạt động mãnh liệt nhất trong vũ trụ, làm thoát ra năng lượng khổng lồ dưới dạng các tia Gamma
Glast có khả năng quét bầu trời để phát hiện các vụ nổ vũ trụ khối lượng lớn, lỗ đen khổng lồ thải ra vật chất, và những ngôi sao trung hòa điện tử với từ trường mạnh mẽ Thời gian hoạt động dự kiến của Glast là 5 năm, nhưng có thể kéo dài lên tới 10 năm.
Glast còn làm gì khác?
Glast cũng tìm hiều những vụ nổ vũ trụ bí mật đƣợc gọi là nổ tung tia gamma
Những sự kiện này phóng ra năng lƣợng trong 1 giây bằng với một ngôi sao nhƣ Mặt Trời phóng ra trong cuộc đời từ 5 -10 tỉ năm
Dave Thompson, nhà khoa học trong dự án trung tâm Bay Không gian
Theo Goaddard của NASA, chúng ta mới chỉ bắt đầu khám phá bề mặt của hiện tượng tia gamma Còn rất nhiều điều cần tìm hiểu về cách chúng hoạt động và, quan trọng hơn, tác động của chúng đến vũ trụ Đây chính là mục tiêu mà GLAST hướng tới.
Glast cũng có nhiệm vụ cùng tìm hiểu nền vật lí mới, nhằm rọi chiếu sáng vào bản chất của vật thể tối chiếm khoảng 22% vũ trụ
Nguyên tắc hoạt động của Glast?
Glast là một bước tiến vượt bậc so với các kính viễn vọng gamma trước đây, cho phép quan sát một dải tia sáng ấn tượng với năng lượng cao thông qua quang phổ điện từ.
Tiến sĩ Steven Ritz, nhà khoa học đứng đầu dự án Glast, cho biết rằng nếu Glast được ví như một cây đàn dương cầm, nó sẽ có khoảng 23 bát âm Khả năng vượt trội này khiến chúng ta cảm thấy vô cùng kinh ngạc.
Glast sẽ hoạt động ra sao?
Dụng cụ chính trên phi thuyền không gian là Kính viễn Vọng Diện tích rộng
Kính viễn vọng Large Area Telescope (LAT) không sử dụng thấu kính hay gương phản chiếu để bắt giữ các tia gamma mang năng lượng cao, mà tuân theo các quy tắc đặc biệt để thu thập dữ liệu hiệu quả.
Thay vào đó Glast sử dụng nhiều lớp lá kim loại để bắt giữ bức xạ năng lƣợng từ ngoài không gian