Ablație - Ablation

Ablație lângă electrod într-un tub flash . Arcul electric de mare energie erodează încet sticla, lăsând un aspect mat.

Ablația ( latină : ablatio  - îndepărtare) este îndepărtarea sau distrugerea a ceva dintr-un obiect prin vaporizare , ciobire, procese erozive sau prin alte mijloace. Exemple de materiale ablative sunt descrise mai jos și includ materiale pentru nave spațiale pentru urcare și reintrare atmosferică , gheață și zăpadă în glaciologie , țesuturi biologice în medicină și materiale pasive de protecție împotriva incendiilor .

Inteligență artificială

În inteligența artificială (AI), în special învățarea automată , ablația este eliminarea unei componente a unui sistem AI. Termenul este prin analogie cu biologia: îndepărtarea componentelor unui organism.

Biologie

Ablația biologică este îndepărtarea unei structuri sau funcționalități biologice.

Ablația genetică este un alt termen pentru mutarea genei , în care expresia genică este abolită prin modificarea sau ștergerea informațiilor secvenței genetice . În ablația celulară, celulele individuale dintr-o populație sau cultură sunt distruse sau îndepărtate. Ambele pot fi utilizate ca instrumente experimentale, ca și în experimentele de pierdere a funcției .

Electro-ablație

Electro-ablația , este un proces care îndepărtează materialul dintr-o piesă metalică pentru a reduce rugozitatea suprafeței .

Electro-ablația străpunge suprafețele de oxid extrem de rezistive, cum ar fi cele găsite pe titan și alte metale și aliaje exotice, fără a topi metalul sau aliajul subiacent neoxidat. Acest lucru permite finisarea foarte rapidă a suprafeței

Procesul este capabil să asigure finisaje de suprafață pentru o gamă largă de metale și aliaje exotice și utilizate pe scară largă, inclusiv: titan, oțel inoxidabil, niobiu, crom-cobalt, Inconel , aluminiu și o gamă largă de oțeluri și aliaje disponibile pe scară largă.

Electro-ablația este foarte eficientă pentru a atinge niveluri ridicate de finisare a suprafețelor în găuri, văi și suprafețe ascunse sau interne pe piesele metalice (piese).

Procesul se aplică în special componentelor produse prin procesul de fabricație aditivă, cum ar fi metalele imprimate 3D. Aceste componente tind să fie produse cu niveluri de rugozitate mult peste 5-20 microni. Electro-ablația poate fi utilizată pentru a reduce rapid rugozitatea suprafeței la mai puțin de 0,8 microni, permițând post-procesului să fie utilizat pentru finisarea suprafeței de producție în volum.

Glaciologie

În glaciologie și meteorologie , ablația - opusul acumulării - se referă la toate procesele care îndepărtează zăpada, gheața sau apa de pe un ghețar sau câmp de zăpadă. Ablația se referă la topirea zăpezii sau a gheții care se scurge de pe ghețar, evaporare , sublimare , fătare sau îndepărtarea erozivă a zăpezii de către vânt. Temperatura aerului este de obicei controlul dominant al ablației, precipitațiile exercitând controlul secundar. Într-un climat temperat în timpul sezonului de ablație, ratele de ablație sunt de obicei de aproximativ 2 mm / h. Acolo unde radiația solară este cauza dominantă a ablației de zăpadă (de exemplu, dacă temperatura aerului este scăzută sub cer senin), pe suprafața zăpezii se pot dezvolta texturi caracteristice de ablație, cum ar fi cupe solare și penitente .

Ablația se poate referi fie la procesele de eliminare a gheții și zăpezii, fie la cantitatea de gheață și zăpadă îndepărtată.

De asemenea, s-a dovedit că ghețarii acoperiți de resturi au un impact semnificativ asupra procesului de ablație. Există un strat subțire de resturi care poate fi localizat pe vârful ghețarilor care intensifică procesul de ablație sub gheață. Părțile acoperite de resturi ale unui ghețar care se confruntă cu ablația sunt secționate în trei categorii care includ stânci de gheață, iazuri și resturi. Aceste trei secțiuni permit oamenilor de știință să măsoare căldura digerată de zona acoperită de resturi și este calculată. Calculele depind de suprafață și de cantitățile nete de căldură absorbite în ceea ce privește întreaga zonă acoperită de resturi. Aceste tipuri de calcule sunt efectuate către diferiți ghețari pentru a înțelege și analiza viitoarele tipare de topire.

Morena (resturi glaciare) este mutată de procese naturale care permit mișcarea în pantă a materialelor pe corpul ghețarului. Se observă că, dacă panta unui ghețar este prea mare, atunci resturile vor continua să se deplaseze de-a lungul ghețarului către o altă locație. Dimensiunile și locațiile ghețarilor variază în întreaga lume, astfel încât, în funcție de climă și geografie fizică, soiurile de resturi pot diferi. Mărimea și magnitudinea resturilor depinde de zona ghețarului și poate varia de la fragmente de dimensiuni de praf la blocuri la fel de mari ca o casă.

Au fost multe experimente făcute pentru a demonstra efectul resturilor pe suprafața ghețarilor. Yoshiyuki Fujii, profesor la Institutul Național de Cercetări Polare, a proiectat un experiment care a arătat că rata de ablație a fost accelerată sub un strat subțire de resturi și a fost întârziată sub un strat gros în comparație cu cea a unei suprafețe naturale de zăpadă. Această știință este semnificativă datorită importanței disponibilității pe termen lung a resurselor de apă și evaluării răspunsului ghețarilor la schimbările climatice . Disponibilitatea resurselor naturale este un motor major în spatele cercetărilor efectuate în ceea ce privește procesul de ablație și studiul general al ghețarilor.

Ablația prin laser

Un laser Nd: YAG practică o gaură printr-un bloc de nitril . Explozia intensă de radiații infraroșii ablează cauciucul foarte absorbant, eliberând o erupție de plasmă .

Ablația cu laser este foarte afectată de natura materialului și de capacitatea acestuia de a absorbi energia, prin urmare lungimea de undă a laserului de ablație ar trebui să aibă o adâncime minimă de absorbție. Deși aceste lasere pot obține o putere medie, ele pot oferi intensitate maximă și fluență date de:

${\ displaystyle {\ begin {align} {\ text {Intensity}} (\ mathrm {W} / \ mathrm {cm} ^ {2}) & = {\ frac {{\ text {putere medie}} (\ mathrm {W})} {{\ text {zona focală a spotului}} (\ mathrm {cm} ^ {2})}} \\ [5pt] {\ text {Vârf intensitate}} (\ mathrm {W} / \ mathrm {cm} ^ {2}) & = {\ frac {{\ text {vârf de putere}} (\ mathrm {W})} {{\ text {zona focală a punctului}} (\ mathrm {cm} ^ {2} )}} \\ [5pt] {\ text {Fluence}} (\ mathrm {J} / \ mathrm {cm} ^ {2}) & = {\ frac {{\ text {laser pulse energy}} (\ mathrm {J})} {{\ text {zona focală a spotului}} (\ mathrm {cm} ^ {2})}} \ end {align}}}$

în timp ce puterea de vârf este

${\ displaystyle {\ text {Peak power}} (\ mathrm {W}) = {\ frac {{\ text {impuls energie}} (\ mathrm {J})} {{\ text {durata impulsului}} (\ mathrm {s})}}}$

Ablația de suprafață a corneei pentru mai multe tipuri de chirurgie refractivă a ochilor este acum frecventă, folosind un sistem cu laser cu excimeri ( LASIK și LASEK ). Deoarece corneea nu crește din nou, laserul este utilizat pentru a remodela proprietățile de refracție ale corneei pentru a corecta erorile de refracție , cum ar fi astigmatismul , miopia și hipermetropia . Ablația cu laser este, de asemenea, utilizată pentru a elimina o parte a peretelui uterin la femeile cu probleme de menstruație și adenomioză într-un proces numit ablație endometrială .

Recent, cercetătorii au demonstrat o tehnică de succes pentru ablarea tumorilor subterane cu deteriorări termice minime ale țesuturilor sănătoase din jur, prin utilizarea unui fascicul laser focalizat de la o sursă laser cu diodă de impuls ultra-scurtă.

Acoperiri de suprafață marină

Vopselele antivegetative și alte acoperiri înrudite sunt utilizate în mod obișnuit pentru a preveni acumularea de microorganisme și alte animale, cum ar fi balanele pentru suprafețele inferioare ale corpului navei de agrement, comerciale și militare. Vopselele ablative sunt adesea utilizate în acest scop pentru a preveni diluarea sau dezactivarea agentului antivegetativ. În timp, vopseaua se va descompune încet în apă, expunând la suprafață compuși antifouling proaspeți. Ingineria agenților antifouling și rata de ablație pot produce o protecție de lungă durată împotriva efectelor dăunătoare ale bioincrustării.

Medicament

În medicină, ablația este aceeași cu îndepărtarea unei părți a țesutului biologic , de obicei prin intervenție chirurgicală . Ablația de suprafață a pielii ( dermabraziune , denumită și resurfacing, deoarece induce regenerarea ) poate fi efectuată prin substanțe chimice (chimioablare), prin lasere ( ablație laser ), prin înghețare ( crioablare ) sau prin electricitate ( fulgurare ). Scopul său este de a îndepărta petele pielii , pielea îmbătrânită , ridurile , întinerind- o astfel . Ablația de suprafață este, de asemenea, utilizată în otorinolaringologie pentru mai multe tipuri de intervenții chirurgicale, cum ar fi sforăitul . Terapia de ablație folosind unde de frecvență radio pe inimă este utilizată pentru a vindeca o varietate de aritmii cardiace, cum ar fi tahicardia supraventriculară , sindromul Wolff-Parkinson-White (WPW), tahicardia ventriculară și, mai recent, ca management al fibrilației atriale . Termenul este adesea folosit în contextul ablației cu laser , un proces în care un laser dizolvă legăturile moleculare ale unui material . Pentru ca un laser să ableze țesuturile, densitatea puterii sau fluența trebuie să fie ridicată, altfel apare termocoagularea, care este pur și simplu vaporizarea termică a țesuturilor.

Rotoablarea este un tip de curățare arterială care constă în introducerea unui dispozitiv mic, cu vârf de diamant, în formă de burghiu, în artera afectată pentru a elimina depozitele de grăsime sau placa. Procedura este utilizată în tratamentul bolilor coronariene pentru a restabili fluxul sanguin.

Ablația prin radiofrecvență (RFA) este o metodă de eliminare a țesutului aberant din interiorul corpului prin proceduri minim invazive.

Ablația cu microunde (MWA) este similară cu RFA, dar la frecvențe mai mari de radiații electromagnetice.

Ablația cu ultrasunete focalizată cu intensitate mare (HIFU) îndepărtează țesutul din corp neinvaziv.

Ablația măduvei osoase este un proces prin care celulele măduvei osoase umane sunt eliminate în pregătirea pentru un transplant de măduvă osoasă . Aceasta se realizează folosind chimioterapie de intensitate ridicată și iradiere totală a corpului . Ca atare, nu are nimic de-a face cu tehnicile de vaporizare descrise în restul acestui articol.

Ablația țesutului cerebral este utilizată pentru tratarea anumitor tulburări neurologice , în special a bolii Parkinson și, uneori, și pentru tulburări psihiatrice .

Recent, unii cercetători au raportat rezultate reușite cu ablația genetică. În special, ablația genetică este potențial o metodă mult mai eficientă de îndepărtare a celulelor nedorite, cum ar fi celulele tumorale , deoarece ar putea fi generate un număr mare de animale lipsite de celule specifice. Liniile ablate genetic pot fi menținute pentru o perioadă prelungită de timp și împărtășite în cadrul comunității de cercetare. Cercetătorii de la Universitatea Columbia raportează caspaze reconstituite combinate de la C. elegans și oameni, care mențin un grad ridicat de specificitate țintă. Tehnicile de ablație genetică descrise s-ar putea dovedi utile în lupta împotriva cancerului.

Protecție pasivă împotriva incendiilor

Produsele antifoc și ignifuge pot fi de natură ablativă. Acest lucru poate însemna materiale endoterme , sau doar materiale care sunt sacrificate și devin „petrecute” în timp în timp ce sunt expuse la foc , cum ar fi produsele din silicon antifoc. Având suficient timp în condiții de foc sau căldură, aceste produse se îndepărtează, se sfărâmă și dispar. Ideea este de a pune suficient din acest material în calea incendiului, astfel încât să poată fi menținut un nivel de rezistență la foc , așa cum s-a demonstrat într-un test de incendiu . Materialele ablative au de obicei o mare concentrație de materie organică care este redusă de foc la cenușă. În cazul siliconului, cauciucul organic înconjoară praful de silice foarte fin divizat (până la 380 m² de suprafață combinată a tuturor particulelor de praf pe gram de praf). Când cauciucul organic este expus la foc, acesta se arde în cenușă și lasă în urmă praful de silice cu care a început produsul.

Ablația discului protoplanetar

Discurile protoplanetare sunt discuri circumstelare rotative de gaz dens și praf care înconjoară stele tinere, nou formate . La scurt timp după formarea stelelor, stelele au adesea restul de material înconjurător care este încă gravitațional legat de ele, formând discuri primitive care orbitează în jurul ecuatorului stelei - nu prea diferit de inelele lui Saturn . Acest lucru se întâmplă deoarece scăderea razei materialului protostelar în timpul formării crește impulsul unghiular , ceea ce înseamnă că acest material rămas este biciuit într-un disc circumstelar aplatizat în jurul stelei. Acest disc circumstelar poate ajunge în cele din urmă la ceea ce se numește disc protoplanetar: un disc de gaz, praf, gheață și alte materiale din care se pot forma sistemele planetare . În aceste discuri, materia orbitantă începe să se acumuleze în planul mediu mai rece al discului, din boabele de praf și gheațele care se lipesc între ele. Aceste mici acreții cresc de la pietricele la roci până la primele planete pentru bebeluși, numite planetesimale , apoi protoplanete și, în cele din urmă, planete pline .

Deoarece se crede că stelele masive pot juca un rol în declanșarea activă a formării stelelor (prin introducerea instabilităților gravitaționale printre alți factori), este plauzibil ca stelele tinere, mai mici, cu discuri să trăiască relativ aproape de stelele mai vechi, mai masive. Acest lucru a fost deja confirmat prin observații care se întâmplă în anumite clustere , de exemplu în clusterul Trapezium . Deoarece stelele masive tind să se prăbușească prin supernove la sfârșitul vieții lor, cercetările investighează acum ce rol ar avea unda de șoc a unei astfel de explozii și rămășița de supernovă (SNR) rezultată dacă ar avea loc în linia de foc a unui protoplanetar disc. Conform simulărilor modelate prin calcul, un SNR care lovește un disc protoplanetar ar avea ca rezultat o ablație semnificativă a discului, iar această ablație ar elimina o cantitate semnificativă de material protoplanetar de pe disc - dar nu neapărat distruge discul în întregime. Acesta este un punct important, deoarece un disc care supraviețuiește unei astfel de interacțiuni cu suficient material rămas pentru a forma un sistem planetar poate moșteni o modificare chimică a discului de la SNR, care ar putea avea efecte asupra sistemelor planetare care se formează ulterior.

Zbor în spațiu

În proiectarea navelor spațiale , ablația este utilizată atât pentru răcirea, cât și pentru protejarea pieselor mecanice și / sau a sarcinilor utile care altfel ar fi deteriorate de temperaturi extrem de ridicate. Două aplicații principale sunt scuturile termice pentru navele spațiale care intră într-o atmosferă planetară din spațiu și răcirea duzelor motorului rachetă . Exemplele includ comandă Modulul Apollo care astronauții protejat de căldura de reintrare atmosferică și Kestrel a doua etapă motor rachetă concepute pentru a fi utilizate exclusiv într - un mediu de vid de spațiu , deoarece nu convectie de căldură este posibilă.

Într-un sens de bază, materialul ablativ este conceput astfel încât, în loc să fie transmisă căldura în structura navei spațiale, doar suprafața exterioară a materialului suportă majoritatea efectului de încălzire. Suprafața exterioară se arde și se arde - dar destul de încet, expunând doar treptat material de protecție proaspăt dedesubt. Căldura este îndepărtată de nava spațială de gazele generate de procesul ablativ și nu pătrunde niciodată în materialul de suprafață, astfel încât structurile metalice și alte structuri sensibile pe care le protejează rămân la o temperatură sigură. Pe măsură ce suprafața arde și se dispersează în spațiu, în timp ce materialul solid rămas continuă să izoleze ambarcațiunea de căldura continuă și de gazele supraîncălzite. Grosimea stratului ablativ este calculată a fi suficientă pentru a supraviețui căldurii pe care o va întâlni în misiunea sa.

Există o întreagă ramură a cercetării zborurilor spațiale care implică căutarea de noi materiale ignifuge pentru a obține cea mai bună performanță ablativă; această funcție este esențială pentru a proteja ocupanții navei spațiale și sarcina utilă de încărcarea excesivă de căldură. Aceeași tehnologie este utilizată în unele aplicații pasive de protecție împotriva incendiilor , în unele cazuri de aceiași furnizori, care oferă versiuni diferite ale acestor produse ignifuge , unele pentru aerospațial și altele pentru protecția împotriva incendiilor structurale .

Vezi si

• Blițul arcului electric arde
• Armură ablativă

Referințe

linkuri externe

• Peeling chimic . Societatea Americană de Chirurgie Dermatologică.
• Chirurgie cu ochi cu laser Lasik . Informații despre Administrația SUA pentru Food and Drugs.
• Fizica ablației cu laser