Ablation - Ablation

Ablation nær elektroden i et flashrør . Den elektriske lysbue med høj energi tærer langsomt på glasset og efterlader et frostet udseende.

Ablation ( latin : ablatio  - fjernelse) er fjernelse eller ødelæggelse af noget fra et objekt ved fordampning , chipping, erosive processer eller på andre måder. Eksempler på ablative materialer er beskrevet nedenfor og omfatter rumfartøjsmateriale til opstigning og atmosfærisk genindtræden , is og sne i glaciologi , biologiske væv i medicin og passive brandsikringsmaterialer .

Kunstig intelligens

I kunstig intelligens (AI), især maskinlæring , er ablation fjernelse af en komponent i et AI -system. Udtrykket er analogt med biologi: fjernelse af komponenter i en organisme.

Biologi

Biologisk ablation er fjernelse af en biologisk struktur eller funktionalitet.

Genetisk ablation er et andet udtryk for gen -lyddæmpning , hvor genekspression afskaffes gennem ændring eller sletning af genetisk sekvensinformation . Ved celleablation ødelægges eller fjernes individuelle celler i en population eller kultur. Begge dele kan bruges som eksperimentelle værktøjer, som i tab af funktionsforsøg .

Elektro-ablation

Elektroablation er en proces, der fjerner materiale fra et metallisk emne for at reducere ruheden af ​​overfladen .

Elektroablation bryder igennem meget resistive oxidoverflader, såsom dem, der findes på Titanium og andre eksotiske metaller og legeringer uden at smelte det underliggende ikke-oxiderede metal eller legering. Dette tillader meget hurtig overfladebehandling

Processen er i stand til at levere overfladebehandling til en bred vifte af eksotiske og meget anvendte metaller og legeringer, herunder: titanium, rustfrit stål, niob, chrom -kobolt, Inconel , aluminium og en række bredt tilgængelige stål og legeringer.

Elektroablation er meget effektiv til at opnå høje niveauer af overfladebehandling i huller, dale og skjulte eller indvendige overflader på metalliske emner (dele).

Processen er især anvendelig på komponenter fremstillet ved additiv fremstillingsproces, såsom 3D-trykte metaller. Disse komponenter har en tendens til at blive produceret med ruhedsgrader langt over 5–20 mikron. Elektroablation kan bruges til hurtigt at reducere overfladeruheden til mindre end 0,8 mikron, hvilket gør det muligt at bruge efterprocessen til volumenproduktion af overfladebehandling.

Glaciologi

I glaciologi og meteorologi refererer ablation - det modsatte af akkumulering - til alle processer, der fjerner sne, is eller vand fra en gletscher eller snefelt. Ablation refererer til smeltning af sne eller is, der løber af gletscheren, fordampning , sublimering , kælvning eller erosiv fjernelse af sne ved vind. Lufttemperatur er typisk den dominerende kontrol af ablation, hvor nedbør udøver sekundær kontrol. I et tempereret klima i ablationssæsonen er ablationsraterne typisk i gennemsnit omkring 2 mm/t. Hvor solstråling er den dominerende årsag til sneablation (f.eks. Hvis lufttemperaturerne er lave under klar himmel), kan der udvikles karakteristiske ablationsteksturer som f.eks. Solskin og penitentes på snefladen.

Ablation kan enten referere til processerne, der fjerner is og sne eller til mængden af ​​is og sne, der er fjernet.

Affaldsdækkede gletsjere har også vist sig at have stor indflydelse på ablationsprocessen. Der er et tyndt snavslag, der kan placeres på toppen af ​​gletsjere, der intensiverer ablationsprocessen under isen. De snavsdækkede dele af en gletscher, der oplever ablation, er opdelt i tre kategorier, som omfatter isklipper, damme og affald. Disse tre sektioner giver forskere mulighed for at måle den varme, der fordøjes af det affaldsdækkede område og beregnes. Beregningerne er afhængige af arealet og netto absorberede varmemængder i forhold til hele de snavsdækkede zoner. Disse typer beregninger foretages til forskellige gletschere for at forstå og analysere fremtidige smeltemønstre.

Moræne (isrester) bevæges af naturlige processer, der muliggør bevægelse af materialer på gletscherlegemet. Det bemærkes, at hvis en gletsjers hældning er for høj, vil snavs fortsætte med at bevæge sig langs gletsjeren til et yderligere sted. Gletschernes størrelser og placeringer varierer rundt om i verden, så afhængigt af klimaet og den fysiske geografi kan sorterne af affald variere. Affaldets størrelse og størrelse afhænger af gletsjerens område og kan variere fra fragmenter i støvstørrelse til blokke så store som et hus.

Der har været mange eksperimenter for at demonstrere virkningen af ​​affald på overfladen af ​​gletsjere. Yoshiyuki Fujii, professor ved National Institute of Polar Research, designede et eksperiment, der viste, at ablationshastigheden blev fremskyndet under et tyndt snavslag og blev retarderet under et tykt i sammenligning med det på en naturlig sneoverflade. Denne videnskab er vigtig på grund af betydningen af ​​langsigtet tilgængelighed af vandressourcer og vurdere gletscherens reaktion på klimaændringer . Tilgængelighed af naturressourcer er et stort driv bag forskning udført med hensyn til ablationsprocessen og den samlede undersøgelse af gletsjere.

Laserablation

En Nd: YAG laser borer et hul gennem en blok af nitril . Det intense udbrud af infrarød stråling ablerer det stærkt absorberende gummi og frigiver et plasmaudbrud .

Laserablation påvirkes i høj grad af materialets beskaffenhed og dets evne til at absorbere energi, derfor bør ablationslaserens bølgelængde have en minimal absorptionsdybde. Selvom disse lasere kan have en gennemsnitlig lav effekt, kan de tilbyde spidsintensitet og fluens givet ved:

mens topeffekten er

Overfladeablation af hornhinden til flere former for øjenbrydningskirurgi er nu almindelig ved hjælp af et excimerlasersystem ( LASIK og LASEK ). Da hornhinden ikke vokser tilbage, bruges laser til at ombygge hornhindens brydningsegenskaber for at korrigere brydningsfejl , såsom astigmatisme , nærsynethed og hyperopi . Laserablation bruges også til at fjerne en del af livmodervæggen hos kvinder med menstruation og adenomyose -problemer i en proces kaldet endometrial ablation .

For nylig har forskere demonstreret en vellykket teknik til ablering af underjordiske tumorer med minimal termisk beskadigelse af omgivende sundt væv ved hjælp af en fokuseret laserstråle fra en ultrakort pulsdiodelaserkilde.

Marine overfladebelægninger

Antifouling -maling og andre beslægtede belægninger bruges rutinemæssigt til at forhindre ophobning af mikroorganismer og andre dyr, såsom fjeder til bundskrogets overflader på rekreative, kommercielle og militære søfartøjer. Ablative malinger anvendes ofte til dette formål for at forhindre fortynding eller deaktivering af antifouling -midlet. Over tid vil malingen langsomt dekomponere i vandet og udsætte friske antifouling -forbindelser på overfladen. Konstruktion af antifouling-midlerne og ablationshastigheden kan producere langvarig beskyttelse mod de skadelige virkninger af biofouling.

Medicin

I medicin er ablation det samme som fjernelse af en del af biologisk væv , normalt ved kirurgi . Overfladeablation af huden ( dermabrasion , også kaldet resurfacing, fordi den inducerer regenerering ) kan udføres af kemikalier (kemoablation), af lasere ( laserablation ), ved frysning ( kryoablation ) eller ved elektricitet ( fulguration ). Dens formål er at fjerne hudpletter, ældet hud , rynker og dermed forynge den. Surface ablation bruges også i otolaryngologi til flere former for kirurgi, såsom til snorken . Ablationsterapi ved hjælp af radiofrekvensbølger på hjertet bruges til at helbrede en række hjertearytmier såsom supraventrikulær takykardi , Wolff – Parkinson – White syndrom (WPW), ventrikulær takykardi og for nylig som behandling af atrieflimren . Udtrykket bruges ofte i forbindelse med laserablation , en proces, hvor en laser opløser et materiales molekylære bindinger . For en laser til at ablere væv skal effekttætheden eller fluensen være høj, ellers sker der termokoagulation, hvilket simpelthen er termisk fordampning af vævene.

Rotoablation er en type arteriel rensning, der består i at indsætte en lille, diamant-tipet, borelignende enhed i den berørte arterie for at fjerne fedtaflejringer eller plak. Proceduren bruges til behandling af koronar hjertesygdom for at genoprette blodgennemstrømningen.

Radiofrekvensablation (RFA) er en metode til fjernelse af afvigende væv inde fra kroppen via minimalt invasive procedurer.

Mikrobølgeablation (MWA) ligner RFA, men ved højere frekvenser af elektromagnetisk stråling.

Højintensitets fokuseret ultralyd (HIFU) ablation fjerner væv indefra kroppen invasivt.

Knoglemarvsablation er en proces, hvorved de humane knoglemarvsceller elimineres som forberedelse til en knoglemarvstransplantation . Dette udføres ved hjælp af højintensiv kemoterapi og total kropsbestråling . Som sådan har det intet at gøre med fordampningsteknikkerne beskrevet i resten af ​​denne artikel.

Ablation af hjernevæv bruges til behandling af visse neurologiske lidelser , især Parkinsons sygdom , og undertiden også til psykiatriske lidelser .

For nylig rapporterede nogle forskere om succesfulde resultater med genetisk ablation. Især genetisk ablation er potentielt en meget mere effektiv metode til fjernelse af uønskede celler, såsom tumorceller , fordi et stort antal dyr, der mangler specifikke celler, kan genereres. Genetisk ablerede linjer kan opretholdes i en længere periode og deles inden for forskningssamfundet. Forskere ved Columbia University rapporterer om rekonstituerede caspaser kombineret fra C. elegans og mennesker, som opretholder en høj grad af målspecificitet. De beskrevne genetiske ablationsteknikker kan vise sig nyttige i kampen mod kræft.

Passiv brandsikring

Brandstop og ildfast produkter kan være ablativ i naturen. Dette kan betyde endotermiske materialer eller blot materialer, der ofrer og bliver "brugt" over tid, mens de udsættes for ild , såsom silikoneprodukter . I betragtning af tilstrækkelig tid under ild- eller varmebetingelser forkolder disse produkter, smuldrer og forsvinder. Ideen er at lægge nok af dette materiale i brandens vej, så et niveau af brandmodstandsevne kan opretholdes, som det fremgår af en brandtest . Ablative materialer har normalt en stor koncentration af organisk stof, der reduceres ved ild til aske. I tilfælde af silicone, organisk gummi omgiver meget findelt silica støv (op til 380 m² kombinerede overfladeareal af alle støvpartikler per gram dette støv). Når det organiske gummi udsættes for ild, brænder det til aske og efterlader silica -støvet, som produktet startede med.

Protoplanetarisk diskablation

Protoplanetære diske er roterende cirkelformede diske af tæt gas og støv, der omgiver unge, nydannede stjerner. Kort efter stjernedannelse har stjerner ofte rester af omgivende materiale, der stadig er gravitationsmæssigt bundet til dem, og danner primitive diske, der kredser rundt om stjernens ækvator - ikke så forskelligt fra Saturners ringe . Dette sker, fordi faldet i protostellarmaterialets radius under dannelsen øger vinkelmomentet , hvilket betyder, at dette resterende materiale bliver pisket ind i en fladt, cirkelformet skive omkring stjernen. Denne cirkelformede disk kan i sidste ende modnes til det, der omtales som en protoplanetarisk disk: en disk af gas, støv, is og andre materialer, hvorfra planetariske systemer kan dannes. I disse diske begynder banemateriale at samle sig i diskens koldere midterplan fra støvkorn og is, der hænger sammen. Disse små tilvækster vokser fra småsten til sten til tidlige babyplaneter, kaldet planetesimaler , derefter protoplaneter og til sidst fulde planeter .

Da det menes, at massive stjerner kan spille en rolle i aktivt at udløse stjernedannelse (ved at indføre gravitationsstabilitet blandt andre faktorer), er det sandsynligt, at unge, mindre stjerner med diske kan leve relativt tæt på ældre, mere massive stjerner. Dette er allerede blevet bekræftet gennem observationer for at være tilfældet i visse klynger , f.eks. I Trapezium -klyngen . Da massive stjerner har en tendens til at kollapse gennem supernovaer i slutningen af ​​deres liv, undersøger forskningen nu, hvilken rolle chokbølgen ved en sådan eksplosion, og den resulterende supernova -rest (SNR), ville spille, hvis den fandt sted i en protoplanetærs brandlinje disk. Ifølge beregningsmodellerede simuleringer ville en SNR, der rammer en protoplanetarisk disk, resultere i betydelig ablation af disken, og denne ablation ville fjerne en betydelig mængde protoplanetært materiale fra disken - men ikke nødvendigvis ødelægge disken helt. Dette er et vigtigt punkt, fordi en disk, der overlever en sådan interaktion med tilstrækkeligt materiale tilovers for at danne et planetsystem, kan arve en ændret diskkemi fra SNR, hvilket kan have virkninger på de planetsystemer, der senere dannes.

Rumfart

I rumfartøjsdesign bruges ablation til både at afkøle og beskytte mekaniske dele og/eller nyttelast, der ellers ville blive beskadiget af ekstremt høje temperaturer. To hovedapplikationer er varmeskjolde til rumfartøjer, der kommer ind i en planetarisk atmosfære fra rummet og køler raketmotorens dyser . Eksempler inkluderer Apollo Command Module, der beskyttede astronauter mod varmen fra atmosfærisk genindtræden og Kestrel anden etape raketmotor designet til eksklusiv brug i et miljø med rumvakuum, da ingen varmekonvektion er mulig.

I en grundlæggende forstand er ablativt materiale designet, så i stedet for at varme overføres til rumfartøjets struktur, er det kun den ydre overflade af materialet, der bærer størstedelen af ​​varmeeffekten. Den ydre overflade charer og brænder væk - men ganske langsomt, og kun gradvist udsætter nyt frisk beskyttelsesmateriale nedenunder. Varmen føres væk fra rumfartøjet af de gasser, der genereres af den ablative proces, og trænger aldrig ind i overfladematerialet, så de metalliske og andre følsomme strukturer, de beskytter, forbliver ved en sikker temperatur. Når overfladen brænder og spredes ud i rummet, mens det resterende faste materiale fortsætter med at isolere håndværket fra løbende varme og overophedede gasser. Tykkelsen af ​​det ablative lag er beregnet til at være tilstrækkelig til at overleve varmen, det vil støde på under sin mission.

Der er en hel gren af rumfartsforskning, der involverer søgning efter nye brandsikringsmaterialer for at opnå den bedste ablative ydelse; denne funktion er afgørende for at beskytte rumfartøjets beboere og nyttelast mod ellers overdreven varmebelastning. Den samme teknologi bruges i nogle passive brandsikringsapplikationer , i nogle tilfælde af de samme leverandører, der tilbyder forskellige versioner af disse brandsikringsprodukter , nogle til luftfart og nogle til strukturel brandsikring .

Se også

Referencer

eksterne links