Абляция ( лат . ablatio — удаление) — удаление или разрушение чего-либо из объекта путем испарения , скалывания, эрозионных процессов или другими способами. Ниже описаны примеры абляционных материалов, включая материал космических аппаратов для подъема и входа в атмосферу , лед и снег в гляциологии , биологические ткани в медицине и материалы пассивной противопожарной защиты .
В искусственном интеллекте (ИИ), особенно в машинном обучении , абляция — это удаление компонента системы ИИ. [1] Термин взят по аналогии с биологией: удаление компонентов организма.
Биологическая абляция — это удаление биологической структуры или функциональности.
Генетическая абляция — это еще один термин для обозначения подавления генов , при котором экспрессия генов отменяется путем изменения или удаления информации о генетической последовательности . При абляции клеток отдельные клетки в популяции или культуре уничтожаются или удаляются. Оба могут использоваться в качестве экспериментальных инструментов, как в экспериментах по потере функции . [2]
В медицине абляция — это удаление части биологической ткани , обычно хирургическим путем . Поверхностная абляция кожи ( дермабразия , также называемая шлифовкой, потому что она вызывает регенерацию ) может быть выполнена химическими веществами (химиоабляция), лазерами ( лазерная абляция ), замораживанием ( криоабляция ) или электричеством ( фульгурация ). Ее цель — удалить пятна на коже, стареющую кожу , морщины , тем самым омолодив ее. Поверхностная абляция также используется в отоларингологии для нескольких видов хирургии, например, для лечения храпа . Радиочастотная абляция (РЧА) — это метод удаления аберрантной ткани из организма с помощью минимально инвазивных процедур, он используется для лечения различных сердечных аритмий, таких как наджелудочковая тахикардия , синдром Вольфа–Паркинсона–Уайта (WPW), желудочковая тахикардия , а в последнее время — для лечения фибрилляции предсердий . Этот термин часто используется в контексте лазерной абляции , процесса, при котором лазер растворяет молекулярные связи материала . Для того чтобы лазер мог удалить ткани, плотность мощности или флюенс должны быть высокими, в противном случае происходит термокоагуляция, которая представляет собой просто термическое испарение тканей.
Ротаблация — это тип артериальной очистки, который заключается во введении в пораженную артерию крошечного устройства, похожего на сверло, с алмазным наконечником, для удаления жировых отложений или бляшек. Процедура используется при лечении ишемической болезни сердца для восстановления кровотока.
Микроволновая абляция (МВА) похожа на РЧА, но использует более высокие частоты электромагнитного излучения.
Абляция с помощью высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука (HIFU) позволяет неинвазивно удалять ткани из организма.
Абляция костного мозга — это процесс, при котором клетки человеческого костного мозга удаляются в ходе подготовки к трансплантации костного мозга . Это выполняется с использованием высокоинтенсивной химиотерапии и тотального облучения тела . Таким образом, это не имеет ничего общего с методами испарения, описанными в остальной части этой статьи.
Абляция мозговой ткани используется для лечения некоторых неврологических расстройств , в частности болезни Паркинсона , а иногда и психических расстройств .
Недавно некоторые исследователи сообщили об успешных результатах генетической абляции. В частности, генетическая абляция потенциально является гораздо более эффективным методом удаления нежелательных клеток, таких как опухолевые клетки, поскольку может быть создано большое количество животных, лишенных определенных клеток. Генетически аблированные линии могут поддерживаться в течение длительного периода времени и совместно использоваться в исследовательском сообществе. Исследователи из Колумбийского университета сообщают о восстановленных каспазах, объединенных из C. elegans и человека, которые сохраняют высокую степень целевой специфичности. Описанные методы генетической абляции могут оказаться полезными в борьбе с раком. [3]
Электроабляция — это процесс удаления материала с металлической заготовки для уменьшения шероховатости поверхности .
Электроабляция разрушает высокорезистивные оксидные поверхности, такие как те, что находятся на титане и других экзотических металлах и сплавах, не расплавляя лежащий под ними неокисленный металл или сплав. Это позволяет очень быстро обрабатывать поверхность
Данный процесс позволяет выполнять отделку поверхности широкого спектра экзотических и широко используемых металлов и сплавов, включая: титан, нержавеющую сталь, ниобий, хром-кобальт, инконель , алюминий, а также ряд широко распространенных сталей и сплавов.
Электроабляция очень эффективна для достижения высокого уровня чистоты поверхности отверстий, впадин, а также скрытых или внутренних поверхностей металлических заготовок (деталей).
Этот процесс особенно применим к компонентам, произведенным методом аддитивного производства, таким как металлы, напечатанные на 3D-принтере. Эти компоненты, как правило, производятся с уровнем шероховатости, значительно превышающим 5–20 микрон. Электроабляцию можно использовать для быстрого снижения шероховатости поверхности до менее 0,8 микрон, что позволяет использовать постобработку для отделки поверхности в массовом производстве.
В гляциологии и метеорологии абляция — противоположность аккумуляции — относится ко всем процессам, которые удаляют снег, лед или воду с ледника или снежного поля. [4] Абляция относится к таянию снега или льда, стекающего с ледника, испарению , сублимации , отколу или эрозионному удалению снега ветром. Температура воздуха, как правило, является доминирующим фактором абляции, а осадки осуществляют вторичный контроль. В умеренном климате в сезон абляции скорость абляции обычно составляет около 2 мм/ч. [5] Там, где солнечная радиация является доминирующей причиной абляции снега (например, если температура воздуха низкая при ясном небе), на поверхности снега могут развиваться характерные текстуры абляции, такие как солнечные чаши и пенитентес . [6] Абляция может относиться к потере массы с верхней поверхности ледника или таянию и отколу под воздействием океана на поверхности конечной части ледника. [7]
Абляция может относиться либо к процессам удаления льда и снега, либо к количеству удаленного льда и снега.
Также было показано, что покрытые обломками ледники оказывают значительное влияние на процесс абляции. На вершине ледников может находиться тонкий слой обломков, который усиливает процесс абляции подо льдом. Покрытые обломками части ледника, которые подвергаются абляции, делятся на три категории, которые включают ледяные скалы, пруды и обломки. Эти три секции позволяют ученым измерить тепло, усвоенное покрытой обломками областью, и рассчитать его. Расчеты зависят от площади и чистого поглощенного количества тепла в отношении всех покрытых обломками зон. Эти типы расчетов проводятся для различных ледников, чтобы понять и проанализировать будущие закономерности таяния. [8]
Морена (ледниковый мусор) перемещается естественными процессами, которые обеспечивают движение материалов вниз по склону на теле ледника. Отмечено, что если склон ледника слишком высок, то обломки продолжат двигаться вдоль ледника в более отдаленное место. Размеры и местоположение 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 фрагментов размером с пыль до блоков размером с дом. [9]
Было проведено множество экспериментов, чтобы продемонстрировать влияние обломков на поверхность ледников. Ёсиюки Фудзи, профессор Национального института полярных исследований , разработал эксперимент, который показал, что скорость абляции ускоряется под тонким слоем обломков и замедляется под толстым по сравнению с естественной снежной поверхностью. [10] Эта наука имеет важное значение из-за важности долгосрочной доступности водных ресурсов и оценки реакции ледников на изменение климата . [11] Доступность природных ресурсов является основным стимулом для исследований, проводимых в отношении процесса абляции и общего изучения ледников.
Лазерная абляция в значительной степени зависит от природы материала и его способности поглощать энергию, поэтому длина волны абляционного лазера должна иметь минимальную глубину поглощения. Хотя эти лазеры могут усреднять низкую мощность, они могут предложить пиковую интенсивность и плотность потока, определяемые:
в то время как пиковая мощность составляет
Поверхностная абляция роговицы для нескольких типов рефракционной хирургии глаза в настоящее время является обычным явлением с использованием эксимерной лазерной системы ( LASIK и LASEK ). Поскольку роговица не отрастает заново, лазер используется для ремоделирования рефракционных свойств роговицы с целью исправления рефракционных ошибок , таких как астигматизм , близорукость и дальнозоркость . Лазерная абляция также используется для удаления части стенки матки у женщин с проблемами менструации и аденомиоза в процессе, называемом абляцией эндометрия .
Исследователи продемонстрировали успешную методику абляции подповерхностных опухолей с минимальным термическим повреждением окружающих здоровых тканей с помощью сфокусированного лазерного луча от источника диодного лазера с ультракороткими импульсами. [12]
Противообрастающие краски и другие родственные покрытия обычно используются для предотвращения накопления микроорганизмов и других животных, таких как ракушки , на нижних поверхностях корпуса прогулочных, коммерческих и военных морских судов. Абляционные краски часто используются для этой цели, чтобы предотвратить разбавление или дезактивацию противообрастающего средства. Со временем краска будет медленно разлагаться в воде, обнажая свежие противообрастающие соединения на поверхности. Разработка противообрастающих средств и скорости абляции может обеспечить долговременную защиту от пагубного воздействия биообрастания.
Противопожарные и огнезащитные продукты могут быть абляционными по своей природе. Это могут быть эндотермические материалы или просто материалы, которые являются жертвенными и становятся «расходуемыми» со временем при воздействии огня , такие как силиконовые противопожарные продукты. При достаточном времени воздействия огня или тепла эти продукты обугливаются, крошатся и исчезают. Идея состоит в том, чтобы поместить достаточное количество этого материала на пути огня, чтобы уровень огнестойкости мог поддерживаться, как показано в огневом испытании . Абляционные материалы обычно имеют большую концентрацию органического вещества [ необходима цитата ] , которое при пожаре превращается в пепел. В случае силикона органический каучук окружает очень мелкодисперсную кремниевую пыль (до 380 м 2 общей площади поверхности всех частиц пыли на грамм этой пыли [ необходима цитата ] ). Когда органический каучук подвергается воздействию огня, он сгорает до пепла и оставляет после себя кремниевую пыль, с которой начинался продукт.
Протопланетные диски — это вращающиеся околозвездные диски из плотного газа и пыли, окружающие молодые, недавно образовавшиеся звезды. Вскоре после звездообразования у звезд часто остается окружающий материал, который все еще гравитационно связан с ними, образуя примитивные диски, которые вращаются вокруг экватора звезды — не слишком отличаясь от колец Сатурна . Это происходит из-за того, что уменьшение радиуса протозвездного материала во время формирования увеличивает угловой момент , что означает, что этот оставшийся материал сжимается в сплющенный околозвездный диск вокруг звезды. Этот околозвездный диск может в конечном итоге созреть в то, что называется протопланетным диском: диск из газа, пыли, льда и других материалов, из которых могут образовываться планетные системы . В этих дисках вращающееся вещество начинает аккрецировать в более холодной средней плоскости диска из слипшихся частиц пыли и льда. Эти небольшие образования вырастают из гальки, камней, ранних планет-младенцев, называемых планетезималями , затем протопланетами и, в конечном итоге, полноценными планетами . [13]
Поскольку считается, что массивные звезды могут играть роль в активном запуске звездообразования (путем введения гравитационной нестабильности среди других факторов), [14] вполне вероятно, что молодые, меньшие звезды с дисками могут жить относительно близко к более старым, более массивным звездам. Это уже было подтверждено наблюдениями в некоторых скоплениях , например, в скоплении Трапеции . [15] Поскольку массивные звезды имеют тенденцию к коллапсу через сверхновые в конце своей жизни, исследования в настоящее время изучают, какую роль ударная волна такого взрыва и полученный остаток сверхновой (ОСН) будут играть, если это произойдет на линии огня протопланетного диска. Согласно компьютерно-моделированным симуляциям, ОСН, ударяющий протопланетный диск, приведет к значительной абляции диска, и эта абляция удалит значительное количество протопланетного материала с диска, но не обязательно уничтожит диск полностью. [16] Это важный момент, поскольку диск, переживший такое взаимодействие и сохранивший достаточно материала для формирования планетной системы, может унаследовать измененную химию диска от остатка сверхновой, что может оказать влияние на планетные системы, которые сформируются позже.
В конструкции космических аппаратов абляция используется как для охлаждения, так и для защиты механических деталей и/или полезных грузов, которые в противном случае были бы повреждены чрезвычайно высокими температурами. Два основных применения — тепловые экраны для космических аппаратов, входящих в атмосферу планеты из космоса, и охлаждение сопел ракетных двигателей . Примерами служат командный модуль Apollo , который защищал астронавтов от жары при входе в атмосферу , и ракетный двигатель второй ступени Kestrel, разработанный для использования исключительно в условиях космического вакуума, поскольку конвекция тепла невозможна.
В базовом смысле абляционный материал спроектирован таким образом, что вместо того, чтобы тепло передавалось в структуру космического корабля, только внешняя поверхность материала несет большую часть теплового эффекта. Внешняя поверхность обугливается и сгорает, но довольно медленно, лишь постепенно обнажая новый свежий защитный материал под ней. Тепло уносится от космического корабля газами, образующимися в процессе абляции, и никогда не проникает в поверхностный материал, поэтому металлические и другие чувствительные конструкции, которые они защищают, остаются при безопасной температуре. По мере того, как поверхность сгорает и рассеивается в космосе, оставшийся твердый материал продолжает изолировать корабль от постоянного тепла и перегретых газов. Толщина абляционного слоя рассчитывается как достаточная, чтобы выдержать тепло, с которым он столкнется во время своей миссии.
Существует целая отрасль исследований в области космических полетов , включающая поиск новых огнезащитных материалов для достижения наилучших абляционных характеристик; эта функция имеет решающее значение для защиты пассажиров и полезной нагрузки космического корабля от чрезмерной тепловой нагрузки. [17] Та же технология используется в некоторых приложениях пассивной противопожарной защиты , в некоторых случаях теми же поставщиками, которые предлагают различные версии этих огнезащитных продуктов, некоторые для аэрокосмической отрасли, а некоторые для структурной противопожарной защиты .
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\text{Интенсивность}}(\mathrm {Вт} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{средняя мощность}}(\mathrm {Вт} )}{{\text{площадь фокусного пятна}}(\mathrm {см} ^{2})}}\\[5pt]{\text{Пиковая интенсивность}}(\mathrm {Вт} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{пиковая мощность}}(\mathrm {Вт} )}{{\text{площадь фокусного пятна}}(\mathrm {см} ^{2})}}\\[5pt]{\text{Плотность потока энергии}}(\mathrm {Дж} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{энергия лазерного импульса}}(\mathrm {J} )}{{\text{площадь фокусного пятна}}(\mathrm {см} ^{2})}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3b7e4c62ec211d7bd57810456b26a49d5f470cb4)
