Абляция - Ablation

Не путать с подношение или же омовение.
Абляция возле электрода в вспышка. Электрическая дуга высокой энергии медленно разрушает стекло, оставляя матовый вид.

Абляция удаление или разрушение материала с объекта испарение, скалывание или другое эрозионный процессы. Примеры абляционных материалов описаны ниже и включают: космический корабль материал для восхождения и вход в атмосферу, лед и снег в гляциология, биологические ткани в лекарство и пассивная противопожарная защита материалы.

Искусственный интеллект

Дальнейшая информация: Абляция (искусственный интеллект)

В искусственный интеллект (AI), особенно машинное обучение, абляция это удаление компонента системы ИИ.[1] Термин по аналогии с биологией: удаление компонентов организма.

Биология

Биологическая абляция удаление биологической структуры или функциональности.

Генетическая абляция - это еще один термин для подавление генов, в котором экспрессия гена отменяется путем изменения или удаления генетическая последовательность Информация. При клеточной абляции отдельные клетки в популяции или культуре разрушаются или удаляются. Оба могут использоваться как экспериментальные инструменты, как в Потеря функции эксперименты.[2]

Электроабляция

Электроабляция, является электрохимический процесс, аналогичный электрополировке, который удаляет материал с металлической заготовки, чтобы уменьшить шероховатость поверхности.

Он похож на электрополировку в том смысле, что в нем используется ток, протекающий через электролит от заготовки (анода) для удаления металла с поверхности заготовки, создавая более гладкую поверхность. От электрополировки отличается протеканием тока, частотой и высокой скоростью съема металла (абляция).

Электрополировка использует малые токи, обычно намного меньше 1 А / см.2, которые обычно постоянны или изменяются с очень низкой частотой. Это ограничивает скорость электрополировки. Компоненты, часто требующие нескольких часов электрополировки погружением для значительного уменьшения шероховатости поверхности. Это снижает привлекательность электрополировки для последующей обработки металлических компонентов, например, производимых Аддитивное производство металлов (3D-печать металлов).

Электроабляция использует сочетание очень сильного тока (обычно более 10 А / см2) в сочетании с очень высокими частотами (до 200 кГц) изменения тока. Это позволяет электроабляции пробивать высокорезистивные оксидные поверхности, такие как поверхности титана и других экзотических металлов и сплавов. Посредством программного управления процессы электроабляции могут быстро удалить - посредством абляции - жесткие защитные оксидные слои, а затем немедленно уменьшить ток, чтобы избежать расплавления неокисленного металла или сплава. Это позволяет очень быстро отделывать поверхность.

Этот процесс обеспечивает чистовую обработку поверхности широкого спектра экзотических и широко используемых металлов и сплавов, включая: титан, нержавеющую сталь, ниобий, хром-кобальт, инконель, алюминий и ряд широко доступных сталей и сплавов.

Благодаря использованию очень высоких частот, электроабляция очень эффективна для достижения высокого уровня отделки поверхностей отверстий, впадин, а также скрытых или внутренних поверхностей металлических заготовок (деталей).

Этот процесс особенно применим к компонентам, произведенным в процессе аддитивного производства, например к металлам, напечатанным на 3D-принтере. Эти компоненты, как правило, производятся с уровнем шероховатости намного выше 5-20 микрон. Электроабляция может использоваться для быстрого уменьшения шероховатости поверхности до менее 0,8 микрон, что позволяет использовать постобработку для обработки поверхности в серийном производстве.

Процесс электроабляции можно применять двумя способами: «кистью» или «погружением» в ванну.

Щеточный метод применяется в воздухе над сливным резервуаром, когда электролит и катод содержатся в щетке, которая либо переносится вручную, либо устанавливается с помощью роботизированного управления. Этот метод предпочтительнее для объектов, требующих обработки поверхности только на ограниченных участках, или для объектов, которые слишком велики для использования в иммерсионном резервуаре.

Метод погружения требует, чтобы объект был погружен в резервуар, содержащий электролит, обычно фосфорную кислоту, и катодные зонды. Этот метод предпочтителен для объектов, производимых в условиях крупносерийного производства, где для загрузки и разгрузки компонентов доступна неквалифицированная рабочая сила или где требуется более длительное время обработки поверхности.

Гляциология

Дальнейшая информация: Зона абляции

В гляциологии и метеорология абляция - противоположность накопления - относится ко всем процессам, которые удаляют снег, лед или воду с ледника или снежного поля.[3][страница нужна ] Абляция относится к таянию снега или льда, стекающего с ледника, испарение, сублимация, отел, или эрозионный вынос снега ветром. Температура воздуха обычно является основным фактором контроля абляции, а осадки - второстепенным контролем. В умеренном климате во время сезона абляции скорость абляции обычно составляет около 2 мм / ч.[4] Если солнечная радиация является основной причиной абляции снега (например, при низких температурах воздуха при ясном небе), характерные текстуры абляции, такие как солнцезащитные очки и Penitentes может развиваться на снежной поверхности.[5]

Абляция может относиться либо к процессам удаления льда и снега, либо к количеству удаленного льда и снега.

Также было показано, что покрытые обломками ледники сильно влияют на процесс абляции. На вершине ледников может находиться тонкий слой обломков, который усиливает процесс абляции подо льдом. Покрытые обломками части ледника, подвергающегося абляции, делятся на три категории, включая ледяные скалы, пруды и обломки. Эти три раздела позволяют ученым измерить тепло, усваиваемое покрытой мусором площадью, и рассчитываются. Расчеты зависят от площади и чистого количества поглощенного тепла по отношению ко всем зонам, покрытым мусором. Эти типы расчетов выполняются для различных ледников, чтобы понять и проанализировать будущие закономерности таяния.[6]

Морена (ледниковый мусор) перемещается естественными процессами, которые позволяют материалам на теле ледника двигаться вниз по склону. Следует отметить, что если уклон ледника слишком высок, то обломки продолжат движение вдоль ледника в другое место. Размеры и расположение ледников различаются по всему миру, поэтому в зависимости от климата и физической географии разновидности обломков могут различаться. Размер и величина обломков зависят от площади ледника и могут варьироваться от осколков размером с пыль до блоков размером с дом.[7]

Было проведено множество экспериментов, чтобы продемонстрировать влияние обломков на поверхность ледников. Ёсиюки Фуджи, профессор Национальный институт полярных исследований разработали эксперимент, который показал, что скорость абляции увеличивается под тонким слоем обломков и замедляется под толстым по сравнению с естественной снежной поверхностью.[8] Эта наука имеет важное значение из-за важности долгосрочной доступности водных ресурсов и оценки реакции ледников на изменение климата.[9] Доступность природных ресурсов - главный двигатель исследований, проводимых в отношении процесса абляции и общего изучения ледников.

Лазерная абляция

Основная статья: лазерная абляция
An Nd: YAG лазер просверливает отверстие в блоке нитрил. Интенсивный всплеск инфракрасного излучения разрушает сильно поглощающую резину, вызывая извержение плазма.

Лазерная абляция сильно зависит от природы материала и его способности поглощать энергию, поэтому длина волны абляционного лазера должна иметь минимальную глубину поглощения. Хотя эти лазеры могут усреднять малую мощность, они могут обеспечивать максимальную интенсивность и флюенс, определяемые:

а пиковая мощность

Поверхностная абляция роговица для нескольких типов глаз рефракционная хирургия сейчас распространено, используя эксимерный лазер система (ЛАСИК и ЛАСЕК ). Поскольку роговица не растет, лазер используется для ее ремоделирования. преломляющий свойства для исправления ошибки рефракции, Такие как астигматизм, миопия, и дальнозоркость. Лазерная абляция также используется для удаления части матка стена в женщинах с менструация и аденомиоз проблемы в процессе, называемом абляция эндометрия.

Недавно исследователи продемонстрировали успешную технику удаления подповерхностных опухолей с минимальным термическим повреждением окружающей здоровой ткани с помощью сфокусированного лазерного луча от источника диодного лазера с ультракороткими импульсами.[10]

Покрытия морской поверхности

Необрастающий краски и другие подобные покрытия обычно используются для предотвращения накопления микроорганизмы и другие животные, такие как ракушки для днища корпусов прогулочных, торговых и военных морских судов. Для этой цели часто используются абляционные краски, чтобы предотвратить разбавление или дезактивацию противообрастающего агента. Со временем краска медленно разлагается в воде, оставляя на поверхности свежие необрастающие составы. Разработка противообрастающих агентов и скорость абляции могут обеспечить долгосрочную защиту от пагубных последствий биообрастания.

Лекарство

В медицине абляция - это удаление части биологическая ткань, обычно хирургия. Поверхностная абляция кожа (дермабразия, также называемый шлифовкой, потому что он вызывает регенерация ) можно проводить химическими средствами (хемоабляция), лазерами (лазерная абляция ), замораживая (криоабляция ), либо электричеством (фульгурация ). Его цель - удаление кожных пятен, старая кожа, морщины, таким образом омолаживающий Это. Поверхностная абляция также используется в отоларингология для нескольких видов хирургии, например, для храп. Абляционная терапия с использованием радиочастотных волн на сердце используется для лечения различных сердечных аритмий, таких как суправентрикулярная тахикардия, Синдром Вольфа – Паркинсона – Уайта (WPW), вентрикулярная тахикардия, а в последнее время как лечение фибрилляции предсердий. Этот термин часто используется в контексте лазерная абляция, процесс, в котором лазер растворяет материал молекулярные связи. Для лазерной абляции тканей плотность мощности или флюенс должен быть высоким, иначе произойдет термокоагуляция, которая представляет собой просто термическое испарение тканей.

Ротоабляция - это тип очищения артерий, который заключается во введении крошечного сверла с ромбовидным наконечником в пораженную артерию для удаления жировых отложений или налета. Процедура применяется при лечении ишемическая болезнь сердца для восстановления кровотока.

Радиочастотная абляция (RFA) - это метод удаления аберрантной ткани изнутри тела с помощью минимально инвазивных процедур.

Микроволновая абляция (MWA) аналогичен RFA, но работает на более высоких частотах электромагнитного излучения.

Сфокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU) абляция удаляет ткань изнутри тела неинвазивно.

Костный мозг абляция - это процесс, при котором клетки костного мозга человека удаляются при подготовке к пересадка костного мозга. Это выполняется с использованием высокоинтенсивных химиотерапия и облучение всего тела. По сути, это не имеет ничего общего с методами испарения, описанными в оставшейся части этой статьи.

Абляция мозговой ткани используется для лечения некоторых неврологические расстройства, особенно болезнь Паркинсона, а иногда и для психические расстройства также.

Недавно некоторые исследователи сообщили об успешных результатах генетической абляции. В частности, генетическая абляция потенциально является гораздо более эффективным методом удаления нежелательных клеток, таких как опухоль клеток, потому что может появиться большое количество животных, лишенных определенных клеток. Генетически удаленные линии можно поддерживать в течение длительного периода времени и делиться ими с исследовательским сообществом. Исследователи из Колумбийского университета сообщают о восстановленных каспасы в сочетании с C. elegans и люди, которые поддерживают высокую степень целевой специфичности. Описанные методы генетической абляции могут оказаться полезными в борьбе с раком.[11]

Пассивная противопожарная защита

Пожаротушение и огнезащита продукты могут иметь абляционный характер. Это может означать эндотермический материалы или просто материалы, которые приносят в жертву и со временем «расходуются» под воздействием Огонь, Такие как силикон Противопожарные продукты. Если выдержать достаточно времени в условиях огня или жары, эти продукты обугливаются, крошатся и исчезают. Идея состоит в том, чтобы поместить на огонь достаточно материала, чтобы уровень рейтинг огнестойкости можно поддерживать, как показано в огневое испытание. Абляционные материалы обычно содержат большое количество органических веществ.[нужна цитата ] огнем превращается в пепел. В случае силикона органический резинка окружает очень мелко разделенный кремнезем пыль (до 380 м² общей площади всех частиц пыли на грамм этой пыли[нужна цитата ]). Когда органический каучук подвергается воздействию огня, он сгорает до пепла и оставляет после себя кремнеземную пыль, с которой был создан продукт.

Абляция протопланетного диска

Протопланетные диски вращаются околозвездные диски окружающего плотного газа и пыли молодой, новообразованный звезды. Вскоре после звездообразование, звезды часто имеют остатки окружающего материала, который все еще гравитационно связан с ними, образуя примитивные диски, которые вращаются вокруг экватора звезды - не слишком сильно отличается от кольца Сатурна. Это происходит потому, что уменьшение протозвездный радиус материала при формировании увеличивается угловой момент, что означает, что этот оставшийся материал попадает в сплющенный околозвездный диск вокруг звезды. Этот околозвездный диск может в конечном итоге превратиться в так называемый протопланетный диск: диск из газа, пыли, льда и других материалов, из которых планетные системы может образоваться. В этих дисках вращающееся вещество начинает срастаться в более холодной средней плоскости диска из-за слипшихся частиц пыли и льда. Эти маленькие насыпи превращаются из гальки в камни и превращаются в ранние детские планеты, называемые планетезимали, тогда протопланеты, и, наконец, полный планеты.[12]

Считается, что массивные звезды может играть роль в активном запуске звездообразования (помимо других факторов, внося гравитационную нестабильность),[13] вполне вероятно, что молодые звезды меньшего размера с дисками могут жить относительно близко к более старым и массивным звездам. Это уже было подтверждено наблюдения иметь место в определенных кластеры, например в Кластер трапеции.[14] Поскольку массивные звезды имеют тенденцию схлопываться сверхновые в конце их жизни, сейчас проводятся исследования, изучающие роль ударная волна такого взрыва, и в результате остаток сверхновой (SNR), будет воспроизводиться, если это произойдет на линии огня протопланетного диска. Согласно компьютерно смоделированным симуляциям, SNR, ударяющий по протопланетному диску, приведет к значительной абляции диска, и эта абляция приведет к удалению значительного количества протопланетного материала с диска - но не обязательно полностью разрушит диск.[15] Это важный момент, потому что диск, который переживает такое взаимодействие с остатками материала, достаточного для образования планетной системы, может унаследовать измененный дисковая химия от отношения сигнал / шум, которое может повлиять на планетные системы, которые образуются позже.

Космический полет

Основная статья: вход в атмосферу § Аблатив

В космический корабль В конструкции, абляция используется как для охлаждения, так и для защиты механических частей и / или полезных нагрузок, которые в противном случае были бы повреждены чрезвычайно высокими температурами. Два основных приложения: тепловые экраны для космического корабля, входящего в планетарная атмосфера из космоса и охлаждения сопла ракетных двигателей. Примеры включают Командный модуль Аполлона что защищало космонавтов от высокая температура из вход в атмосферу и Пустельга вторая стадия ракетный двигатель предназначен для исключительного использования в среде космический вакуум поскольку нет тепловая конвекция возможно.

В основном абляционный материал разработан таким образом, что вместо передачи тепла структуре космического корабля только внешняя поверхность материала несет большую часть теплового эффекта. Внешняя поверхность обугливается и выгорает - но довольно медленно, только постепенно обнажая новый свежий защитный материал под ней. Тепло уносится от космического корабля газами, образующимися в процессе абляции, и никогда не проникает в материал поверхности, поэтому металлические и другие чувствительные конструкции, которые они защищают, остаются при безопасной температуре. По мере того как поверхность горит и рассеивается в космосе, оставшийся твердый материал продолжает изолировать аппарат от продолжающегося тепла и перегретых газов. Толщина абляционного слоя рассчитана таким образом, чтобы его было достаточно, чтобы выдержать тепло, с которым он столкнется при выполнении своей миссии.

Есть целая ветка космический полет исследования, связанные с поиском новых огнезащита материалы для достижения наилучших абляционных характеристик; эта функция имеет решающее значение для защиты пассажиров и полезной нагрузки космического корабля от чрезмерной тепловой нагрузки.[16] Та же технология используется в некоторых пассивная противопожарная защита приложений, в некоторых случаях от одних и тех же поставщиков, которые предлагают разные версии этих огнезащита продукты, некоторые для авиакосмической и некоторые для структурных противопожарная защита.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ньюэлл, Аллен (1975). Д. Радж Редди (ред.). Учебник по системам распознавания речи. В распознавании речи: приглашенные доклады, представленные на симпозиуме IEEE 1974 г. Нью-Йорк: Академ. п.43.
  2. ^ Определение клеточной абляции, Измените биологические науки.
  3. ^ Патерсон, В. С. Б. 1999. Физика ледников. Тарритаун, Нью-Йорк, Пергамон.
  4. ^ "Глоссарий по метеорологии". Архивировано из оригинал на 2011-09-17. Получено 2010-07-05.
  5. ^ Беттертон, М. Д. (26 апреля 2001 г.). «Теория структурообразования снежников на основе penitentes, suncups и конусов грязи». Физический обзор E. Американское физическое общество (APS). 63 (5): 056129. arXiv:физика / 0007099. Дои:10.1103 / Physreve.63.056129. ISSN  1063-651X. PMID  11414983.
  6. ^ Сакаи, Акико и др. «Роль надледниковых водоемов в процессе абляции покрытого мусором ледника в Гималаях Непала». ПУБЛИКАЦИЯ IAHS (2000): 119-132.
  7. ^ Пол Франк; Хуггель, Кристиан; Кэб, Андреас (2004). «Объединение данных спутниковых мультиспектральных изображений и цифровой модели рельефа для картирования ледников, покрытых обломками». Дистанционное зондирование окружающей среды. Elsevier BV. 89 (4): 510–518. Дои:10.1016 / j.rse.2003.11.007. ISSN  0034-4257.
  8. ^ Фудзи, Ёсиюки (1977). «Полевой эксперимент по абляции ледников под слоем обломков». Журнал Японского общества снега и льда. Японское общество снега и льда. 39 (Специальный): 20–21. Дои:10.5331 / seppyo.39.special_20. ISSN  0373-1006.
  9. ^ Каястха, Риджан Бхакта и др. «Практический прогноз таяния льда под разной толщиной обломочного покрова на леднике Кхумбу, Непал, с использованием положительного коэффициента градусо-сутки». ПУБЛИКАЦИЯ IAHS 7182 (2000).
  10. ^ Юсеф Саджади, Амир; Митра, Кунал; Грейс, Майкл (2011). «Абляция подповерхностных опухолей ультракоротким импульсным лазером». Оптика и лазеры в технике. Elsevier BV. 49 (3): 451–456. Дои:10.1016 / j.optlaseng.2010.11.020. ISSN  0143-8166.
  11. ^ Chelur, Dattananda S .; Чалфи, Мартин (февраль 2007 г.). «Целевое уничтожение клеток восстановленными каспазами». Труды Национальной академии наук. 104 (7): 2283–8. Bibcode:2007PNAS..104.2283C. Дои:10.1073 / pnas.0610877104. ЧВК  1892955. PMID  17283333. Получено 2007-03-08.
  12. ^ Шиэн, Патрик (октябрь 2020 г.). «Раннее начало формирования планет, наблюдаемое в зарождающейся звездной системе». Природа. 586 (7828): 205–206. Дои:10.1038 / d41586-020-02748-w. PMID  33029003.
  13. ^ Ли, Сюй-Тай; Чен, В. П. (10 марта 2007 г.). "Вызванное звездообразование массивными звездами". Астрофизический журнал. 657 (2): 884. Дои:10.1086/510893. ISSN  0004-637X. S2CID  18844691.
  14. ^ МакКогриан, Марк Дж .; О'делл, К. Роберт (май 1996 г.). "Прямое изображение околозвездных дисков в туманности Ориона". Астрономический журнал. 111: 1977. Bibcode:1996AJ .... 111.1977M. Дои:10.1086/117934.
  15. ^ Close, J. L .; Питтард, Дж. М. (июль 2017 г.). «Гидродинамическая абляция протопланетных дисков с помощью сверхновых». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 469 (1): 1117–1130. arXiv:1704.06308. Дои:10.1093 / мнрас / stx897. ISSN  0035-8711. S2CID  119262203.
  16. ^ Паркер, Джон и С. Майкл Хоган, «Методы оценки абляционных материалов в аэродинамической трубе», Исследовательский центр Эймса НАСА, техническая публикация, август 1965 г.

внешняя ссылка