Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634794)
Контекстум
.

Математическое моделирование лазерного и химического воздействия на биоткани (110,00 руб.)

0   0
АвторыБаев Александр Дмитриевич, Бахтина Жанна Игоревна, Зверева Маргарита Борисовна
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц47
ID643230
АннотацияУчебно-методическое пособие подготовлено на кафедре математического анализа математического факультета Воронежского государственного университета.
Кому рекомендованоРекомендуется для магистров 1-го и 2-го курсов очной формы обучения математического факультета.
Математическое моделирование лазерного и химического воздействия на биоткани / А.Д. Баев, Ж.И. Бахтина, М.Б. Зверева .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2016 .— 47 с. — 47 с. — URL: https://rucont.ru/efd/643230 (дата обращения: 25.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Математическое_моделирование_лазерного_и_химического_воздействия_на_биоткани_.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО И ХИМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТКАНИ Учебно-методическое пособие для вузов Составители: А.Д. Баев, Ж.И. Бахтина, М.Б. Зверева Воронеж Издательский дом ВГУ 2016
Стр.1
Оглавление Глава1. СВЕТ И ВЕЩЕСТВО ............................................................................. 4 Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ТКАНЯМИ .............. 18 2.1 Принципы построения математических моделей для расчета взаимодействия лазерного излучения с мутными биотканями .............. 18 2.2 Теория переноса .................................................................................... 20 Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ ЧЕРЕЗ КОЖУ .............................................................................. 30 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 44 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 45 3
Стр.3
оптического излучения из первой среды на границу раздела со второй взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела в первую среду. Отражающая поверхность – это физическая граница двух сред с разными показателями преломления. Закон отражения: луч падающий и луч отраженный, а также нормаль, восстановленная к отражающей поверхности, лежат в одной плоскости, называемой плоскостью падения, и угол падения  равен углу отражения  :  . (1.1.1) Углы  и  – углы между нормалью к поверхности и падающим и отраженным лучами, соответственно. Поверхность принимается достаточно гладкой, с относительно малыми неровностями по сравнению с длиной волны излучения. Такое приближение – зеркальное отражение. Если же, например, величина шероховатости отражающей поверхности сравнима или больше, чем длина волны излучения, имеет место диффузное отражение, при этом отдельные отражаемые пучки необязательно лежат в плоскости падения, а уравнение (1.1.1) уже не является верным. Преломление имеет место, когда отражающая поверхность разделяет две среды с различными показателями преломления. Преломление происходит вследствие изменения скорости световой волны. Закон Снелиуса: sin sin    v v  , (1.1.2) где  – угол преломления, v и v – скорости света в среде до и после отражающей поверхности. Показатели преломления: nnvv  , cc, 6 (1.1.3)
Стр.6
где с – скорость света в вакууме. Это – абсолютные показатели преломления. Тогда уравнение (1.1.2) можно переписать в виде: nnsin sin  . Если sin n  n  , то преломления нет. Это – полное отражение. На практике определяют относительный показатель преломления n12 – отношение скорости света в одной среде к скорости прохождения света в другой среде: n12    . sin sin (1.1.5) С увеличением температуры показатель преломления уменьшается. Каждое вещество в твердом или растворенном состоянии состоит из определенных частиц. Известна формула Лорентц-Лоренца, связывающая показатель преломления n изотропного вещества с числом молекул N в единице объема и поляризуемостью α молекул вещества: 2 n n 2    11 2 3 N . заданной длиной волны выполняется соотношение: 2 refr  11 2 n  , 2 n  (1.1.7) где ρ – плотность вещества. Величина refr – удельная рефракция. Существует правило, согласно которому рефракцию сложного химического соединения можно вычислить, складывая рефракции составляющих его элементов. Атомная рефракция RA - произведение удельной рефракции refr данного элемента на его атомную массу A: (1.1.6) Из нее следует, что для данного химического вещества и для света с (1.1.4) 7
Стр.7
R A refr A    . An n Молекулярная рефракция MR :  R M refr  11 MA2 3 Mn  n    N , 2 2 (1.1.9) где M – молекулярная масса, NA = 6,022 141 79(30)×1023 моль−1 – постоянная Авогадро. Молекулярная рефракция не зависит ни от температуры, ни от давления, ни от агрегатного состояния вещества. Во многих случаях молекулярная рефракция обладает свойством аддитивности, то есть взаимодействие отдельных атомов с полем световой волны в первом приближении не зависит от других атомов, входящих в состав той же молекулы. Следует отметить, что мерой количества отраженного излучения является отражательная способность поверхности – отношение отраженной и падающей амплитуд электрического поля. Отношение соответствующих интенсивностей определяет коэффициент отражения, который равен квадрату отражательной способности. Отражательная способность и коэффициент отражения зависят от угла падения, поляризации излучения и от показателей преломления сред, формирующих преломляющую поверхность. Законы Френеля записываются так: sin( E E  E E E E E E  p p  s s   s s  p p   sin(  ) , tg(  )   2sin cos sin( tg(  ) ,      ) sin(    ) , 2sin cos )cos( 8   ,    ) (1.1.10) (1.1.11) (1.1.12) (1.1.13) 2 2 1 2 (1.1.8)
Стр.8
где Е, Е′ и Е″ – амплитуды векторов электрических полей падающего, отраженного и преломленного света, соответственно. Индексы «s» и «p» означают две плоскости колебания векторов: «s» перпендикулярна плоскости падения, а «р» – параллельна ей. Коэффициенты отражения в каждой плоскости записываются следующим образом: Rs p   , Es Es Ep 2 (1.1.14) R  . Ep 2   (1.1.15) Угол, при котором Rp 0 , называется углом Брюстера. В случае отражения на границе воздух-вода (n=1 и n′ =1.33) он составляет 53°. Так как и θ и θ″ очень малы в приближении нормального падения, можно положить тангенсы в уравнении равными синусам, тогда: 22 22 RR             ps  или (если n=1) RR  (n cos cos ) (n 1) ps ( cos cos ) (n 1)    n      22 22 . нормального падения. Таким образом, если n′=1.33, то RR 1.2 Поглощение Из-за поглощения интенсивность падающей электромагнитной волны ослабляется. Поглощательная способность среды определяется как отношение поглощенной и падающей интенсивностей. Поглощение 9 (1.1.17) Приближенное равенство становится строгим в приближении ps 2% . sin ( sin (    ) (sin cos cos sin )      ) (sin cos cos sin ) (1.1.16)
Стр.9
является следствием частичного перехода световой энергии в тепловое движение или колебания молекул поглощающего вещества. Полностью прозрачная среда не поглощает свет. Среди биологических тканей почти прозрачными для видимого света можно считать хрусталик глаза и роговицу. Структуры же, в которых падающее излучение практически полностью ослабляется, называют непрозрачными. Говорят, что вещество полностью поглощает, если оно ослабляет интенсивность всех длин волн в рассматриваемом диапазоне на одинаковую величину, поэтому в случае видимого света, такие вещества будут выглядеть бесцветными для глаза. С другой стороны, селективное поглощение это преимущественное поглощение определенных длин волн относительно других. Существование цветов порождается селективным поглощением. Цвет тела определяется светом, который проникает на определенную глубину в вещество. Из-за рассеяния назад он затем поворачивает и выходит обратно из поверхности, но только после того как он был частично поглощен на определенных длинах волн. В отличие от этого, цвет поверхности определяется отражением от самой поверхности. Поэтому обычно цвета тела и цвета поверхности различны. Часто используются два закона, которые описывают влияние толщины или концентрации на поглощение: закон Ламберта и закон Бера. 0 I z I e  I z I e  ( ) ( ) где z – оптическая ось, () падающая интенсивность, a 0 a ,z k ,cz Iz – интенсивность на расстоянии z,  – коэффициент поглощения среды, (1.2.1) (1.2.2) I0 – с – концентрация поглощающих центров, k′ зависит от остальных внутренних параметров. Из (1.2.1) получаем: z  Iz . 0 1 ln a () I 10 (1.2.3)
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.