Эффект Доплера. Акустика

КТ имеет множество преимуществ  по сравнению с более ранними  методами рентгенодиагностики. Она  характеризуется высоким разрешением, которое дает возможность различать  тонкие изменения мягких тканей. КТ позволяет обнаружить такие патологические процессы, которые не могут быть обнаружены другими методами. Кроме  того, использование КT позволяет  уменьшить дозу рентгеновского излучения, получаемого в процессе диагностики  пациентами.

5. Рассеяние света — рассеяние электромагнитных волн видимого диапазона при их взаимодействии с веществом. При этом происходит изменение пространственного распределения, частоты, поляризации оптического излучения, хотя часто под рассеянием понимается только преобразование углового распределения светового потока.

При прохождении света через  неоднородную среду световые волны  дифрагируют на имеющихся неоднородностях и дают дифракционную картину с довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию называют рассеянием.

Рассеяние света – явление, при котором свет, распространяющийся в среде, отклоняется по всевозможным направлениям.

Теорию рассеяния света разработал английский физик Дж. Рэлей. Различают 2 вида рассеяния:

1. Рассеяние в мутных средах  – явление Тиндаля. Мутной называют среду с явно выраженными оптическими неоднородностями. Примеры таких сред: туман (капельки жидкости в газе), дым (мельчайшие твердые частицы в газе), эмульсия (дисперсная система, состоящая из мельчайших капелек двух нерастворяющихся друг в друге жидкостей), взвесь или суспензия (дисперсная система, состоящая из взвешенных в жидкости мелких твердых частиц), аэрозоль (дисперсная система, состоящая из мелких частиц, взвешенных в воздухе или другом газе).

2. Молекулярное рассеяние на  оптических неоднородностях. Рассеяние  имеет место и при отсутствии  в среде инородных частиц. Оно  обусловлено тем, что даже в  «чистой» среде имеются микроскопические  флуктуации плотности – отклонения  плотности от ее среднего значения, наблюдаемые в пределах малых  объемов. Соответствующие флуктуации  вызваны беспорядочным движением  молекул вещества.

Если неоднородности распределены в среде достаточно равномерно, то уменьшение интенсивности проходящего  света для рассеяния обоих  типов описывается функцией:

                                               ,

где m – натуральный показатель рассеяния.

Интенсивность рассеянного света  зависит от длины световой волны. При молекулярном рассеянии, а так  же при рассеянии в мутной среде  с неоднородностями, размеры которых  малы по сравнению с длиной волны (меньших 0,2λ), выполняется закон  Рэлея: интенсивность света обратно  пропорциональна четвертой степени  длины волны.

Направление рассеянного света, степень  его поляризации, спектральный состав дают информацию о параметрах, характеризующих  растворы, эмульсии, аэрозоли. Метолы измерения  рассеянного света с целью  получения информации о рассеивающей системе называют нефелометрией.

При прохождении света через  вещество уменьшение его интенсивности  обусловлено совместным действием  поглощения и рассеивания. Ослабление интенсивности описывается следующей  функцией:

                                                   ,

где μ – натуральный показатель ослабления, который равен сумме  натуральных показателей поглощения и рассеяния  .

Рэлеевское рассеяние — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году.^[1] В широком смысле так же применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.

Теория

При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае, в рассеянии участвуют флуктуации в направлении молекул и в их плотности.^[2]

Модель взаимодействия с осциллятором

Для рассеивания на осцилляторе  массы m, с зарядом q и собственной частотой сечение рассеяния пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света

Зависимость вывел британский физик Джон Рэлей в 1871 г.

Сечение зависит от угла рассеяния между направлениями падающей и рассеянной волн:

рассеянная волна линейно поляризована вдоль направления, перпендикулярного плоскости, проходящей через направления распространения падающей и рассеянной волн. При рассеянии на сферических частицах (неоднородностях) степень поляризации p для неполяризованного падающего света равна:

для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и  их ориентация.^[3]

Спектральный состав

Релеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты.^[2] Но тепловые флуктуации вносят изменение в спектральный состав, при чем в жидкостях уширение может достигать 150 см^-1.^[4]

Кроме поглощения свет, проходящий через  атмосферу, также испытывает рассеяние. Одним из механизмов рассеяния в  атмосфере является рэлеевское рассеяние, вызываемое атмосферными молекулами. Оно особенно значительно для коротковолнового излучения (синий свет), так как имеет обратную зависимость от длины волны. Кроме рэлеевского рассеяния существует рассеяние на аэрозолях и частицах пыли.

Рассеяние не происходит в единственном направлении и поэтому кажется, что свет приходит со всех частей неба. Такой свет называется диффузным  или рассеянным. Так как рассеянию  подвегаются в основном синие волны, небо нам кажется синим. Если бы рассеяние не существовало небо казалось бы нам черным, а Солнце - просто диском. В ясный солнечный день рассеивается около 10% всего падающего солнечного излучения.

Оптические параметры кожи в  области видимого света. На использовании  законов взаимодействия света с  веществом основаны некоторые диагностические  методы в медицине. Так, например, по характеру взаимодействия видимого света с кожей можно оценить  ее состояние. В процессе такого исследования регистрируются значения коэффициентов  отражения, поглощения, рассеяния. Эти  оптические параметры зависят от топических, возрастных и половых  особенностей. По отклонению оптических параметров измененной кожи от нормы  разработаны критерии для диагностики  некоторых заболеваний кожи. Так, у больных с базальноклеточным  и плоскоклеточным раком кожи в очагах поражения имеет место  большая клеточная плотность  опухолевых пролифератов. Это приводит к возрастанию коэффициента поглощения патологически измененной кожей. Данный метод позволяет объективизировать диагностику многих злокачественных новообразований кожного покрова. 
 
Красный свет. Используются терапевтические эффекты красного света. Так, установлено, что красный свет ускоряет заживление ран. Издавна замечено, что лечение «рожи» улучшается, если на очаг воспаления наложить повязку из красной ткани. 
 
Синий свет. Синий свет используется в родильных домах для лечения желтухи новорожденных. Это заболевание является следствием резкого повышения в организме концентрации билирубина, придающего коже желтоватый оттенок. Билирубин образуется из геминовой группы гемоглобина постоянно у всех людей, из крови он выводится при участии печени. У новорожденных содержание билирубина в крови примерно в 20 раз больше, чем у взрослых. Билирубин плохо растворяется в воде и хорошо – в жире. Поэтому он в больших количествах откладывается в тканях мозга. Это при желтухе новорожденных приводит к необратимым изменениям в ЦНС, делающим человека умственно отсталым. Билирубин имеет максимум поглощения в синей области спектра. Он очень легко фотоизомеризуется, и продукты его изомеризации не токсичны. Если новорожденных детей освещать синим светом, то фотоизомеризация билирубина с образованием водорастворимых фотопродуктов происходит прямо в кровеносных сосудах.

Люминесце́нция (от лат. lumen, род. падеж luminis — свет и -escent — суффикс, означающий слабое действие) — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.

Первоначально явление люминесценции  использовалось при изготовлении светящихся красок и световых составов на основе так называемых фосфóров, для нанесения на шкалы приборов, предназначенных для использования в темноте. В быту явление люминесценции используется чаще всего в люминесцентных лампах «дневного света» и электронно-лучевых трубках кинескопов. На использовании явления люминесценции основано явление усиления света, экспериментально подтверждённое работами В. А. Фабриканта и лежащее в основе научно-технического направления квантовой электроники, конкретно находящее своё применение в усилителях света и генераторах стимулированного излучения (лазерах).