В этой главе, как и в предыдущей, рассматриваются явления, связанные в основном с излучением и поглощением энергии атомами и молекулами. Такое устройство, как лазер, и такие явления, как магнитный резонанс, стали активно применяться в медицине в последнее время.
30.1. ЛАЗЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ
Несмотря на общую природу световых и радиоволн, многие годы оптика и радиоэлектроника развивались самостоятельно, независимо друг от друга. Казалось, что источники света - возбужденные частицы и генераторы радиоволн - имеют мало общего. Лишь с середины нашего столетия появились работы по созданию молекулярных усилителей и генераторов радиоволн, которые положили начало новой самостоятельной области физики - квантовой электронике.
Квантовая электроника изучает методы усиления и генерации электромагнитных колебаний с использованием вынужденного излучения квантовых систем (см. 29.1). Достижения в этой области знаний находят все большее применение в медицине.
Ознакомимся с некоторыми явлениями, лежащими в основе квантовой электроники.
При вынужденном (индуцированном) излучении число переходов, совершаемых в секунду, зависит от числа фотонов, попадающих в вещество за это же время, т.е. от интенсивности света. Кроме того, вынужденные переходы будут определяться заполненностью, или, как говорят, населенностью (заселенностью) соответствующих возбужденных энергетических состояний. Индуцированное излучение тождественно падающему во всех отношениях, в том числе и по фазе, поэтому можно говорить о когерентном усилении электромагнитной волны.
Для отдельной частицы равновероятны вынужденное поглощение, если частица находится в основном состоянии, и излучение, если частица возбуждена (см. рис. 29.1, б). Поэтому даже если число возбужденных частиц в веществе равно числу невозбужденных, усиления падающей электромагнитной волны не будет.