Как уменьшить влияние магнитного дутья при сварке плавлением: методы борьбы и уменьшения, причины

методы борьбы и уменьшения, причины

Во время сварки массивных металлических изделий, таких, как трубопроводы большого диаметра или крупногабаритные емкости зачастую возникает явление магнитного дутья. Магнитное поле большой массы металла взаимодействует с электродугой, вызывая ее отклонение. Отклонение может достигать значительных величин, затрудняя электросварку или делая ее вовсе невозможной. Инженерами и учеными разработано несколько способов борьбы с этим негативным явлением.

Магнитное дутье

Сущность и основные причины появления

Сильный электроток, протекающий по электродуге, создает собственное магнитное поле. Оно взаимодействует с постоянным полем массивной металлической конструкции. В результате этого взаимодействия возникает сила, направленная к центру поля. Если массовый провод подключен близко к месту работы, то эта сила действует вдоль столба и не вызывает ее смещения от вертикали. Однако чем дальше подключена масса, тем более проявляется поперечная составляющая этой силы. Под ее действием электродуга отклоняется в сторону подключения. Степень отклонения пропорциональна расстоянию от места подключения, намагниченности металлической конструкции и квадрату рабочего тока.

Эффект проявляется особенно сильно при высоких значениях сварочного тока и при сварке постоянным напряжением. При работе переменным током эффект дуться ослабляется изменением направления отклонения с частотой сварочного напряжения. Кроме того, возникающая электродвижущая сила наводит вихревые токи в поверхностных слоях металла, также стабилизирующие положение электродуги. Даже при больших значениях рабочего электротока, достигающих тысяч ампер, магнитное дутье проявляется незначительно.

Причины отклонения дуги

Особую трудность создает эффект при работе с угловыми и стыковыми швами. Для определения степени намагниченности конструкции применяют — индикатор магнитного дутья

Влияние полей на сварочную дугу

На эффект дутья оказывают влияние несколько факторов

• Положение подключения массового провода. При присоединении кабеля в непосредственной близости к месту сварки возникает только вертикальная составляющая усилия, не отклоняющая, а, наоборот, стабилизирующая положение электродуги. По мере увеличения расстояния места сварки до места подключения горизонтальная составляющая силы проявляет себя все больше. Она действует на гибкий проводник, которым является столб электродуги, и отклоняет его по направлению, противоположному месту подключения.
• Угол наклона сварочного электрода. При наклоне в сторону подключения отклонение возрастает. При наклоне в противоположную сторону смещение ослабевает.
• Ферромагнитные массы. Массивные металлические конструкции обладают сильным собственным постоянным полем. Столб смещается к этим массам. Особенно сильно это проявляется при выполнении угловых и стыковых швов
• Сила тока. Отклонение увеличивается пропорционально квадрату электротока.

Магнитное дутье сварного шва

В некоторых случаях эффект магнитного дутья в сварке удается компенсировать, комбинируя воздействие этих факторов так, что их влияние взаимно компенсируется.

Методы борьбы

Для снижения негативного воздействия эффекта магнитного дутья применяют следующие меры борьбы с ним:

• Ведут сварку переменным напряжением (если это допустимо по техническим условиям).
• Массовый провод присоединяют по возможности ближе к месту сварных работ.
• Тщательно заземляют заготовки.
• Место работ ограждают антимагнитными металлическими экранами. Это помогает снизить влияние ферромагнитных масс и излучаемых ими полей.

В некоторых случаях эти меры не дают желаемого результата. Тогда для устранения явления дутья применяют более сложный метод размагничивания, связанный с использованием дополнительного оборудования. На заготовки наматывают по 5-7 витков сварного кабеля сечением от 25 кв. мм. По нему несколько минут пропускают ток  200-300 ампер от сварочного выпрямителя.

Индикатор магнитного дутья

Компенсационный регулируемый магнит

Результат размагничивания проверяют индикатором намагниченности.

что это такое, причины появления, способы устранения

Сварщики, по долгу своей службы занимающиеся сваркой трубопроводов, отлично знают, сколько проблем может принести остаточное магнитное поле. Это явление оказывает прямое воздействие на рабочий процесс, отрицательно сказывается на качестве и эффективности сварки. Актуальна подобная проблема и для тех, кто работает не только с трубами, но и просто металлическими заготовками. О том, что такое магнитное дутье дуги и как с ним бороться, мы расскажем в нашей статье.

Магнитное дутье при сварке: что это?

Так что же такое происходит во время сварки, если металл намагничен. С самой заготовкой все нормально, чего никак не скажешь о дуге. Она ведет себя совсем нетипично. Таким образом, магнитное дутье — это явление, заключающееся в отклонении дуги от оси электрода. Конец ее при этом в процессе ручной сварки блуждает по заготовке, тем самым мешая получению качественного шва. Помимо этого, могут наблюдаться прожоги, непровары, излишне сильное разбрызгивание металла, образование пор и даже залипание электрода.

Магнитное дутье: причины возникновения

Чаще всего эффект намагниченности остается после проведения неразрушающего контроля с использованием магнитного дефектоскопа. Данная процедура помогает быстро обнаружить любые изъяны, такие как, например, слишком тонкие участки труб, неровности. Все это, бесспорно, необходимо и очень важно. Но остаются последствия, устранять которые приходится сварщику.

Нередко намагниченность может быть следствием и таких явлений, как упругие механические напряжения в процессе производства и транспортировки. Оказывает свое влияние на металл и магнитное поле Земли. Аналогичное действие на трубопроводы производят и линии электропередач. Особенно актуальна такая проблема, если они находятся в непосредственной близости к объекту.

Борьба с магнитным дутьем

Уже понятно, что эффект магнитного дутья просто мешает специалистам работать. Теперь осталось только понять, как бороться с этой проблемой. Абсолютно полностью устранить магнитное поле невозможно, а вот сделать так, чтобы оно не оказывало воздействия на результат сварочных работ, можно. Сразу оговоримся, что существуют определенные общепринятые нормы. Обычно специалисты при работе с важными объектами ориентируются на стандарт СТО Газпром 2-2.2-136-2007. В инструкции очерчен максимально допустимый предел намагниченности, который установлен на показателе в 2 мТл или 20 Гс. В случае, если остаточная намагниченность переступает этот рубеж, специалисту стоит приступить к размагничиванию.

Всего же принято выделять три уровня намагниченности стуков трубопроводов: слабый до 20 Гс, средний — 20–100 Гс, высокий — свыше 100 Гс.

Конечно, истории известны случаи, когда сварщикам приходилось справляться с намагниченностью без дополнительных приспособлений, просто подстраиваясь под угол и силу отклонения дуги. Но получить шов достойного качества таким методом просто не получится. Поэтому мы предлагаем вашему вниманию три основных способа борьбы с намагниченностью:

• Импульсный. В его основе приложение нескольких импульсов магнитного поля к свариваемой поверхности. При этом направлены они должны быть в противоположную сторону относительно уже имеющегося поля. В результате этого общая намагниченность заметно снижается.
• Циклический. В данном случае размагничивание происходит благодаря приложению знакопеременного поля с амплитудой, которое постепенно уменьшается. При этом тут просматривается определенная закономерность. Чем будет больше проницаемость детали и ее толщина, тем ниже требуется частота поля.
• Компенсационный. Он считается самым простым и часто используемым. Суть метода в том, что к трубе прикладывают постоянное поле, которое обычно создают специальные магниты. Вектор его направлен навстречу намагниченности. Таким образом происходит компенсация, сварщик может спокойно выполнять свою работу. При этом по окончанию работ магниты убирают, тем самым отключая поле.

В нашем каталоге вы найдете все необходимое не только для размагничивания, но и для дальнейших работ. Мы предлагаем инверторы, комплектующие, аксессуары, расходные материалы, магниты для устранения магнитного дутья при сварке по отличным ценам и с быстрой доставкой. Заходите, выбирайте и заказывайте!

Как уменьшить влияние магнитного дутья при сварке плавлением

Главная » Статьи » Как уменьшить влияние магнитного дутья при сварке плавлением

Евгений Костенко — Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика

Рис. 16. Влияние места подвода тока к свариваемой детали и наклона электрода на отклонение дуги

Наличие вблизи сварочной дуги значительных ферромагнитных масс также нарушает симметричность магнитного поля дуги и вызывает отклонение дуги в сторону этих масс.

Магнитное дутье ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет процесс сварки. Для снижения влияния магнитного дутья на сварочную дугу необходимо применять специальные меры. К таким мерам относятся: сварка короткой дугой; подвод сварочного тока к точке, максимально близкой к дуге; наклон электрода в сторону действия магнитного дутья; размещение у места сварки дополнительных ферромагнитных масс.

Если невозможно избавиться от влияния магнитного дутья указанными способами, то следует заменить источник питания и производить сварку на переменном токе, при котором влияние магнитного дутья значительно меньше.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите факторы, влияющие на зажигание и устойчивое горение дуги. В каком соотношении находятся напряжение холостого хода источника питания и напряжение дуги?

2. Что выражает статическая вольт-амперная характеристика дуги?

3. Почему вольт-амперная характеристика дуги может быть падающей?

4. В чем различие падающей и жесткой вольт-амперной характеристик?

5. Какое первое важнейшее условие зажигания и горения дуги?

6. Объясните роль ионизации при зажигании и горении дуги.

7. Для чего в сварочную цепь включают дроссель (индуктивность)?

8. Для чего применяют осцилляторы?

9. Что такое магнитное дутье и как оно проявляется?

10. Каковы меры борьбы с магнитным дутьем?

При горении сварочной дуги происходит взаимодействие электрического и магнитного полей, в результате чего возникают электромагнитные силы, которые сжимают столб дуги (пинч-эффект). Эти силы направлены от наружной поверхности дуги к ее оси.

Под действием сжимающих электромагнитных сил и высокой температуры на конце электрода происходит плавление металла, образование и отрыв капли, которая переносится на изделие. В зависимости от размера и скорости образования капель различают капельный и струйный перенос. Размер капель зависит от плотности сварочного тока и напряжения дуги. При увеличении плотности сварочного тока происходит уменьшение размера капель жидкого металла, а число их увеличивается. При повышении напряжения дуги размер капель жидкого металла увеличивается, а число их уменьшается. Для уменьшения разбрызгивания металла при дуговой сварке плавящимся электродом сварку проводят с повышенной плотностью сварочного тока при относительно малых значениях напряжения дуги или применяют импульсный режим сварки.

При ручной сварке в виде капель переносится в сварочную ванну примерно 95 % электродного металла, остальное – это брызги и пары, значительная часть которых осаждается в разных местах на изделии.

Капельный перенос происходит при сварке штучными покрытыми электродами. В этом случ

Магнитное дутье при сварке

2.7.2. Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутье

Электрическая цепь электрод — дуга — изделие вместе с подво­дящими проводниками образует сварочный контур, магнитное поле которого может отклонять дугу в ту или иную сторону. Это явление называется магнитным дутьем. Разность плотностей маг­нитных силовых линий, сконцентрированных внутри и вне сва­рочного контура, образованного электродом и токопроводящей частью пластины, будет «выжимать» дугу наружу (рис. 2.36).

Меняя место подвода тока, а также изменяя угол наклона элек­трода к поверхности изделия, можно управлять отклонением дуги (рис. 2.37).

В установившемся положении отклоняющая сила собственного магнитного поля (пропорциональная квадрату тока) будет уравно­вешиваться противодействующими силами, вызванными «жестко­стью» столба дуги.

Для объяснения «магнитного распора» в сварочном контуре лучше всего воспользоваться понятием магнитного давления, ко­торое согласно формуле (2.95) тем больше, чем больше напряжен­ность Н. Движение «эластичного» проводника (дуги) будет происходить всегда только в сторону уменьшения плотности магнитных силовых линий H.

Наличие значительных ферромагнитных масс вблизи дуги мо­жет вызвать ее отклонения, относимые также к магнитному дутью. Можно считать, что в ферромагнитной массе благодаря ее высо­кой магнитной проницаемости (напри­мер, относительная магнитная прони­цаемость μ для железа примернов 104 раз выше, чем для воздуха) магнит­ные силовые линии контура «стремят­ся» сконцентрироваться. Вследствие этого магнитное давление со стороны ферромагнитной массы снижается и дуга отклоняется (рис. 2.38), причем часто в сторону сварного шва или от кромки в сторону основной массы изделия. При рассмотрении магнитного дутья следует учи­тывать, что металл в сварочной ванне и вблизи нее нагрет выше точки Кюри и практически теряет магнитные свойства.

Все сказанное выше о магнитном дутье относится в основном к дуге постоянного тока. При сварке дугой переменного тока в ме­талле изделия создается система замкнутых вихревых токов. Вих­ревые токи создают собственную переменную магнитодвижущую силу, сдвинутую почти на 180° по фазе по отношению к сва­рочному току. Результирующий магнитный поток сварочного кон­тура оказывается значительно меньшим, чем при сварке дугой по­стоянного тока.

При сварке под флюсом магнитное дутье обычно мало. Однако при сварке продольных швов труб вследствие значительной фер­ромагнитной массы и замкнутого контура трубы возникает попе­речное магнитное поле, «сдувающее» дугу вдоль трубы. Изменяя токоподвод или наклон электрода, можно устранить отрица­тельное влияние магнитного дутья.

2.7.3. Внешнее магнитное поле и дуга

Внешнее магнитное поле по отношению к оси столба дуги мо­жет быть продольным либо поперечным. Все промежуточные слу­чаи могут быть сведены к этим двум.

Продольное внешнее магнитное поле. Направление продоль­ного внешнего магнитного поля совпадает с направлением элек­трического поля, поэтому на дрейфовое движение заряженных частиц магнитное поле влиять не будет. Однако электроны и ионы обладают еще скоростью хаотического теплового движения и ско­ростью амбиполярной диффузии.

Магнитное поле с магнитной индукцией В¯ искривляет траек­торию заряженной частицы и заставляет ее двигаться с угловой скоростью так называемой циклотронной, или ларморовской, час­тотой, равной, например для электрона:

(2.96)

по спирали с ларморовским радиусом г (см. (2.89), (2.90)).

Для электрона ω = 1,7 • 1011 с-1 при В = 1 Тл. Он вращается по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля, и его ско­рость образует с вектором В¯ правовинтовую систему. Положи­тельный ион массой mi вращается в обратном направлении с час­тотой, выражаемой формулой (2.96), в которой нужно mе заме­нить на mi.

При движении по окружности путь l частиц между двумя со­ударениями в среднем такой же, как и при отсутствии магнитного поля. Но длина свободного пробега Λ измеряется по прямой, т. е. по хорде, стягивающей дугу окружности радиусом r. Значит, про­бег Λ уменьшается, что равносильно увеличению давления газа Δр. Отношение Δр/р пропорционально квадрату магнитной индук­ции поля В2 , но для обычных сварочных режимов оно невелико.

В обычных сварочных дугах при атмосферном давлении наи­большее влияние продольное внешнее магнитное поле оказывает на скорости диффузии ионов и электронов, которые направлены по радиусу от центра дуги к периферии, туда, где меньше их тем­пература и концентрация (рис. 2.39, а). В связи с тем, что скорости диффузии электронов и ионо

Новая модель проливает свет на основную физику магнитных островов, останавливающих реакции синтеза.

Магнитные острова, пузырьковые структуры, которые образуются в термоядерной плазме, могут расти и разрушать плазму и повредить пончикообразные токамаки, в которых проходят термоядерные реакции. Недавнее исследование, проведенное в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE), использовало крупномасштабное компьютерное моделирование для создания новой модели, которая может стать ключом к пониманию того, как острова взаимодействуют с окружающей плазмой по мере своего роста и приводят к сбои.

Выводы, которые опровергают давние предположения о структуре и влиянии магнитных островов, получены в результате моделирования, проведенного физиком Джэ Мин Квоном. Квон, во время годичного творческого отпуска в Корейском исследовательском центре сверхпроводящих токамаков (KSTAR), работал с физиками из PPPL, чтобы смоделировать подробные и неожиданные экспериментальные наблюдения, недавно сделанные на KSTAR.

Исследователи заинтриговали

«Эксперименты заинтриговали многих исследователей KSTAR, включая меня», — сказал Квон, первый автор новой теоретической статьи, выбранной в качестве выбора редактора в журнале « Physics of Plasmas ». «Я хотел понять физику наблюдаемого нами длительного удержания плазмы», — сказал он. «Предыдущие теоретические модели предполагали, что магнитные острова просто ухудшают удержание, а не поддерживают его. Однако в KSTAR у нас не было надлежащих числовых кодов, необходимых для выполнения таких исследований, или достаточных компьютерных ресурсов для их проведения.«

Ситуация заставила Квона задуматься о PPPL, где он на протяжении многих лет взаимодействовал с физиками, работающими над мощным числовым кодом XGC, разработанным лабораторией. «Поскольку я знал, что код имеет возможности, необходимые для изучения проблемы, я решил провести свой творческий отпуск в PPPL», — сказал он.

Квон прибыл в 2017 году и работал в тесном сотрудничестве с К.С.Чангом, главным физиком-исследователем PPPL и руководителем группы XGC, а также физиками PPPL Сеунг-Хо Ку и Робертом Хагером.Исследователи смоделировали магнитные острова, используя условия плазмы из экспериментов KSTAR. Структура островков оказалась заметно отличной от стандартных предположений, как и их влияние на поток плазмы, турбулентность и удержание плазмы во время термоядерных экспериментов.

Термоядерный синтез, сила, приводящая в движение солнце и звезды, представляет собой сплавление легких атомных элементов в форме плазмы — горячего заряженного состояния материи, состоящего из свободных электронов и ядер атомов, — которое генерирует огромное количество энергии.Ученые стремятся воспроизвести термоядерный синтез на Земле, чтобы получить практически неисчерпаемый источник энергии для выработки электричества.

Давно отсутствующее понимание

«До сих пор не было понимания того, как острова взаимодействуют с потоком плазмы и турбулентностью», — сказал Чанг. «Из-за отсутствия подробных расчетов взаимодействия островков со сложными движениями частиц и турбулентностью плазмы, оценка удержания плазмы вокруг островков и их роста была основана на простых моделях и недостаточно изучена.«

Моделирование показало, что профиль плазмы внутри островков не является постоянным, как считалось ранее, и имеет радиальную структуру. Результаты показали, что турбулентность может проникать в острова и что поток плазмы, пересекающий их, может сильно срезаться, так что он движется в противоположных направлениях. В результате удержание плазмы может поддерживаться во время роста островков.

Эти удивительные результаты противоречили прошлым моделям и соответствовали экспериментальным наблюдениям, сделанным на KSTAR.«Исследование демонстрирует мощь суперкомпьютеров для решения проблем, которые нельзя было бы изучить другим способом», — сказал Чанг. «Эти открытия могут заложить новую основу для понимания физики разрушения плазмы, которое является одним из самых опасных событий, с которыми может столкнуться реактор токамак».

Миллионы процессорных часов

Для вычисления новой модели потребовалось 6,2 миллиона процессорных часов на суперкомпьютере Cori в Национальном научном вычислительном центре энергетических исследований (NERSC), пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.Время обработки на настольном компьютере составляло тысячи лет. «Я хотел получить количественно точные результаты, которые можно было бы напрямую сравнить с данными KSTAR», — сказал Квон. «К счастью, я мог получить доступ к достаточному количеству ресурсов на NERSC для достижения этой цели за счет выделения, предоставленного программе XGC. Я благодарен за эту возможность».

В дальнейшем компьютер большего размера мог бы позволить коду XGC начинать со спонтанного образования магнитных островков и показать, как они растут в самосогласованном взаимодействии со сдвигающимся потоком плазмы и турбулентностью плазмы.Результаты могут помочь предотвратить катастрофические сбои в термоядерных реакторах.

---

Дрейфующие и прыгающие частицы могут поддерживать стабильность в термоядерной плазме.

---

Дополнительная информация: Джэ-Мин Квон и др., Исследование с помощью гирокинетического моделирования эффектов магнитных островков на неоклассическую физику и микронестабильности в реалистичной плазме KSTAR, Physics of Plasmas (2018).DOI: 10.1063 / 1.5027622 Предоставлено Принстонская лаборатория физики плазмы

Ссылка : Новая модель проливает свет на ключевую физику магнитных островов, останавливающих реакции синтеза (7 июня 2018 г.) получено 29 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2018-06-key-Physics-Magnetic-Islands-halt.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Уменьшение артефактов движения — Вопросы и ответы в МРТ

Вопросы и ответы в МРТ

• Дом
• Полный список вопросов
• … Магниты и сканеры
  • Основной электромагнетизм >
    • Что вызывает магнетизм?
    • Что такое Тесла?
    • Кем был Тесла?
    • Что такое гаусс?
    • Насколько силен 3.0T?
    • Что такое градиент?
    • Разве не градиентные катушки?
    • Что такое восприимчивость?
    • Как левитировать лягушку?
    • Что такое ферромагнетизм?
    • Суперпарамагнетизм?
  • Магниты — Часть I >
    • Типы магнитов?
    • Марки сканеров?
    • В какую сторону указывает поле?
    • Какой северный полюс?
    • Низкое v среднее v высокое поле?
    • Преимущества перед low-field?
    • Недостатки?
    • Что такое однородность?
    • Почему однородность?
    • Почему шимминг?
    • Пассивное регулирование?
    • Активное регулирование?
  • Магниты — Часть II >
    • Сверхпроводимость?
    • Вечное движение?
    • Как съехать?
    • Сверхпроводящий дизайн?
    • Room Temp supercon?
    • Использование жидкого гелия?
    • Что такое закалка?
    • Поле когда-нибудь отключалось?
    • Кнопка аварийной остановки?
  • Градиенты >
    • Градиентные катушки?
    • Как работают z-градиенты?
    • X- и Y- градиенты?
    • Открыть градиенты сканера?
    • Проблемы с вихревыми токами?
    • Активные экранированные градиенты?
    • Замешательство активного щита?
    • Что такое предварительный упор?
    • Градиентный нагрев?
    • Характеристики градиента?
    • Линейность градиента?
  • RF и катушки >
    • Много видов катушек?
    • Радиочастотные волны?
    • Частота фазы v?
    • Функция (-ы) РЧ-катушки?
    • РЧ-передающие катушки?
    • LP против CP (квадратурная)?
    • Мульти-передача RF?
    • Катушки только для приема?
    • Катушки массива?
    • Воздушные змеевики?
  • Планирование площадки >
    • Схема системы MR?
    • Что такое периферийные поля?
    • Зоны безопасности ACR?
    • Как уменьшить бахрому?
    • Магнитное экранирование?
    • Нужны вибрационные испытания?
    • Что это за шум?
    • Почему радиочастотное экранирование?
    • Провода / трубки через стену?
• … ЯМР-феномен
  • Вращение >
    • Что такое спин?
    • Почему I = ½, 1 и т. Д.?
    • Протон = ядро ​​= спин?
    • Предсказать ядерный спин (I)?
    • Магнитный дипольный момент?
    • Гиромагнитное отношение (γ)?
    • «Вращение» против «Состояние вращения»?
    • Расщепление энергии?
    • Упасть в самое низкое состояние?
    • Квантовая «реальность»?
  • Прецессия >
    • Почему прецессия?
    • Кем был Лармор?
    • Энергия прецессии?
    • Химический сдвиг?
    • Чистая намагниченность (M)?
    • Мгновенно появляется М?
    • Прецессирует ли M?
    • Прецессия = ЯМР?
  • Резонанс >
    • МРТ против МРТ против ЯМР?
    • Кто открыл ЯМР?
    • Как B1 подсказывает M?
    • Почему на ларморовской частоте?
    • Что такое угол поворота?
    • Прецессия вращения после 180 °?
    • Фазовая когерентность?
    • Высвобождение радиочастотной энергии?
    • Вращающаяся рамка?
    • Внерезонанс?
    • Адиабатическое возбуждение?
    • Адиабатические импульсы?
  • Релаксация — Физика >
    • Уравнения Блоха?
    • Что такое Т1?
    • Что такое Т2?
    • Скорость релаксации во времени?
    • Почему Т1> Т2?
    • Т2 против Т2 *?
    • Причины расслабления?
    • Диполь-дипольные взаимодействия?
    • Химический обмен?
    • Спин-спиновые взаимодействия?
    • Эффекты макромолекул?
    • Какие H производят сигнал?
    • «Невидимые» протоны?
    • Передача намагничивания?
    • Бо влияет на T1 и T2?
    • Как предсказать T1 и T2?
  • Релаксация — Клиническая >
    • Т1 яркий? — жир
    • Т1 яркий? — другие масла
    • Т1 яркий? — холестерин
    • Т1 яркий? — кальцификаты
    • Т1 яркий? — меконий
    • Т1 яркий? — меланин
    • Т1 яркий? — белок / муцин
    • Т1 яркий? — миелин
    • Магический угол?
    • МТ изображения / контраст?
• … Импульсные последовательности
  • MR сигналы >
    • Происхождение сигнала MR?
    • Распад свободной индукции?
    • Градиентное эхо?
    • TR и TE?
    • Спиновое эхо?
    • 90 ° -90 ° Hahn Echo?
    • Стимулированное эхо?
    • STE для визуализации?
    • 4 или более ВЧ-импульсов?
    • Частичные углы поворота?
    • Как сигнал выше?
    • Оптимальный угол поворота?
  • Спин-эхо >
    • SE против Multi-SE против FSE?
    • Контрастность изображения: TR / TE?
    • Противоположные эффекты ↑ T1 ↑ T2?
    • Значение веса?
    • Подходит ли SE для T2?
    • Влияние 180 ° на Mz?
    • Направление импульса 180 °?
  • Инверсия Recovery >
    • Что такое ИК?
    • Зачем использовать ИК?
    • Фазочувствительный ИК?
    • Почему не ПСИР всегда?
    • Выбор ИК-параметров?
    • TI обнулить ткань?
    • РАЗМЕШИВАТЬ?
    • T1-FLAIR
    • T2-FLAIR?
    • IR-подготовленные последовательности?
    • Двойной ИК?
  • Градиентное эхо >
    • GRE против SE?
    • Мульти-эхо GRE?
    • Типы последовательностей GRE?
    • Коммерческие сокращения?
    • Порча — что и как?
    • Испорченные параметры GRE?
    • Избалован только T1W?
    • Что такое SSFP?
    • GRASS / FISP: как?
    • GRASS / FISP: параметры?
    • GRASS против MPGR?
    • PSIF против FISP?
    • Истинный FISP / FIESTA?
    • ФИЕСТА против ФИЕСТА-С?
    • ДЕСС?
    • MERGE / MEDIC?
    • GRASE?
    • MP-RAGE v MR2RAGE?
  • Восприятие восприимчивости >
    • Что такое восприимчивость (χ)?
    • Что не так с GRE?
    • Создание образа ПО?
    • Фаза крови v Ca ++?
    • Количественная восприимчивость?
  • Распространение: базовое >
    • Что такое диффузия?
    • Изо- / анизотропная диффузия?
    • «Видимое» распространение?
    • Делаете образ DW?
    • Что такое b-значение?
    • b0 против b50?
    • Трассировка против карты АЦП?
    • Смена направления свет / темнота?
    • Т2 «просвечивает»?
    • Экспоненциальный АЦП?
    • Т2 «затемнение»?
    • DWI яркие причины?
  • Распространение: Продвинутый >
    • Тензор диффузии?
    • DTI (тензорная визуализация)?
    • DWI всего тела?
    • Считываемый сегментированный DWI?
    • Малый угол обзора DWI?
    • IVIM?
    • Диффузионный эксцесс?
  • Жировая визуализация >
    • Свойства жира и воды?
    • Химический сдвиг F-W?
    • В фазе / не в фазе?
    • Лучший способ?
    • Метод Диксона?
    • «Жирно-насыщенные» бобовые?
    • Водное возбуждение?
    • РАЗМЕШИВАТЬ?
    • ДУХ?
    • SPAIR v SPIR?
    • SPIR / SPAIR v STIR?
• … Создание изображения
  • От сигналов к изображениям >
    • Частота фазы v?
    • Угловая частота (ω)?
    • Сигнальные волнистые линии?
    • Реальный v Мнимый?
    • Преобразование Фурье (FT)?
    • Что такое 2D- и 3D-FT?
    • Кто изобрел МРТ?
    • Как найти сигналы?
  • Частотное кодирование >
    • Частотное кодирование?
    • Пропускная способность приемника?
    • Узкая полоса пропускания?
    • Срез-селективное возбуждение?
    • Лепестки градиента СС?
    • Перекрестный разговор?
    • Частоту все кодировать?
    • Смешивание ломтиков?
    • Одновременные срезы?
  • Фазовое кодирование >
    • Градиент фазового кодирования?
    • Один шаг PE?
    • Что такое фазовое кодирование?
    • ЧП и ИП вместе?
    • 2DFT реконструкция?
    • Выбираете направление PE / FE?
  • Выполнение МРТ-сканирования >
    • Какие шаги?
    • Автоматическое предварительное сканирование?
    • Обычная регулировка?
    • Настройка / согласование катушек?
    • Центральная частота?
    • Коэффициент усиления передатчика?
    • Усиление приемника?
    • Пустые циклы?
    • Где мои данные?
    • Квалификация MR Tech?
• … K-space и Rapid Imaging
  • K-пространство (базовый) >
    • Что такое k-пространство?
    • Части k-пространства?
    • Что означает «к»?
    • Пространственные частоты?
    • Локации в k-пространстве?
    • Данные для k-пространства?
    • Почему сигнал ↔ k-space?
    • Спин-деформация изображения?
    • Большое пятно посередине?
    • Траектории в K-пространстве?
    • Радиальный отбор проб?
  • K-space (Продвинутый) >
    • К-пространственная сетка?
    • Отрицательные частоты?
    • Поле зрения (FOV)
    • Прямоугольное поле зрения?
    • Частичный Фурье?
    • Фазовая симметрия?
    • Читать симметрию?
    • Почему бы не использовать оба?
    • ZIP?
  • Быстрая визуализация (FSE и EPI) >
    • Что такое FSE / TSE?
    • Параметры FSE?
    • Яркий жир?
    • Другие отличия FSE?
    • Двойное эхо FSE?
    • Управляемое равновесие?
    • Уменьшенный угол поворота FSE?
    • Гиперэхо?
    • КОСМОС / КУБ / ПЕЙЗАЖ?
    • Эхо-планарное изображение?
    • HASTE / SS-FSE?
  • Параллельная визуализация (PI) >
    • Что такое ИП?
    • Чем отличается PI?
    • Катушки PI и последовательности?
    • Зачем и когда использовать?
    • Два типа ИП?
    • СМЫСЛ / АКТИВ?
    • GRAPPA / ARC?
    • КАЙПИРИНЬЯ?
    • Шум в PI?
    • Артефакты в PI?
• … Контрастные вещества и кровь
  • Контрастные вещества: физика >
    • Почему гадолиний?
    • Парамагнитная релаксация?
    • Что такое расслабление?
    • Почему Б-г сокращает Т1?
    • Влияет ли Б-г на ​​Т2?
    • Gd и напряженность поля?
    • Лучшая последовательность импульсов T1?
    • Тройная доза и МТ?
    • Динамическая визуализация CE?
    • Гадолиний на КТ?
  • Контрастные вещества: клинические >
    • Так много агентов Б-га!
    • Важные свойства?
    • Ионный v неионный?
    • Внутрисуставной / текальный Gd?
    • Б-г агенты печени (Эовист)?
    • Агенты Mn (Тесласкан)?
    • Феридекс и печеночные агенты?
    • Возбудители лимфатических узлов?
    • Ферумокситол?
    • Бассейн крови (Аблавар)?
    • Контрастные вещества кишечника?
  • Контрастные вещества: безопасность >
    • Безопасность гадолиния?
    • Аллергические реакции?
    • Почечная токсичность?
    • Что такое NSF?
    • NSF агентом?
    • Осознанное согласие для Б-га?
    • Б-г протокол?
    • Безопасен ли Б-г для младенцев?
    • Сниженная доза для младенцев?
    • Б-г в грудном молоке?
    • Б-г во время беременности?
    • Накопление Б-га?
    • Болезнь отложений Gd?
  • Кровь: парамагнетизм >
    • Обзор гематомы?
    • Типы гемоглобина?
    • Сверхострый / Oxy-Hb?
    • Острый / Deoxy-Hb?
    • Подострый / Met-Hb?
    • Дезокси-Hb против Met-Hb?
    • Внеклеточный met-Hb?
    • Хронические гематомы?
    • Гемихромы?
    • Ферритин / Гемосидерин?
    • Субарахноидальная кровь?
• … Сердечно-сосудистые заболевания и МРА
  • Эффекты потока в МРТ >
    • Определение потока?
    • Ожидаемые скорости?
    • Ламинарный v турбулентный?
    • Прогнозирование MR потока?
    • Эффекты времени пролета?
    • Эффекты фазы вращения?
    • Поток пуст?
    • Почему GRE ↑ сигнал потока?
    • Медленный поток v тромб?
    • Перефазировка четного эха?
    • Компенсация потока?
    • Смещение регистрации потока?
  • МР-ангиография — I >
    • Методы MRA?
    • Темная кровь против яркой?
    • Time-of-Flight (TOF) MRA?
    • 2D против 3D MRA?
    • Параметры MRA?
    • Передача намагничивания?
    • Угол поворота с наклоном?
    • МОЦА?
    • MRA с подавлением жира?
    • TOF MRA Артефакты?
    • Фазовый контраст МРА?
    • Что такое VENC?
    • Измерение расхода?
    • Насколько точно?
  • МР-ангиография — II >
    • Закрытый 3D FSE MRA?
    • Параметры 3D FSE MRA?
    • SSFP MRA?
    • SSFP с усиленным притоком?
    • MRA с ASL?
    • Другие методы МРА?
    • МРА с усилением контраста?
    • Время болюсного введения?
    • Посмотреть заказ в MRA?
    • Погоня за болюсом?
    • Уловки или твист?
    • Артефакты CE-MRA?
  • Сердечный I — Введение / Анатомия >
    • Кардиологические протоколы?
    • Подготовка пациента?
    • Проблемы с ЭКГ?
    • Магнит меняет ЭКГ?
    • Срабатывание стробирования v?
    • Параметры стробирования?
    • Сердечные навигаторы?
    • Темная кровь / Двойной ИК?

Как работают лазеры? | Кто изобрел лазер?

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 24 сентября 2020 г.

Лазеры — это удивительные мощные световые лучи Достаточно, чтобы взлететь на несколько миль в небо или разрезать куски металла. Хотя они кажутся недавними изобретениями, на самом деле они с нами более полувека: теория была разработана в 1958 году; первое Практический лазер был построен в 1960 году. В то время лазеры были захватывающие примеры передовой науки: секретный агент 007, Джеймс Бонд был почти разрезан пополам лазерным лучом в 1964 году. Пленка Goldfinger .Но кроме злодеев Бонда, никто еще не знал, что делать с лазерами; как известно, их описывали как «решение, ищущее проблему». Сегодня у всех нас дома есть лазеры (в проигрывателях компакт-дисков и DVD), в офисах (в лазерные принтеры), и в магазинах, где мы делаем покупки (в сканеры штрих-кода). Наша одежда вырезана лазером, мы поправляем зрение их, и мы отправляем и получаем электронные письма через Интернет с сигналами что лазеры стреляют по волоконно-оптическим кабелям. Осознаем ли мы это или нет, все мы пользуемся лазерами весь день, но сколько из нас на самом деле понять, что они такое или как работают?

Основная идея лазера проста.Это трубка, которая концентрирует свет снова и снова, пока он появляется действительно мощным лучом. Но как именно это происходит? Что происходит внутри лазера? Рассмотрим подробнее!

Фото: Научный эксперимент по проверке юстировки оптического оборудования. с использованием лазерных лучей, проведенных в Центре наземных боевых действий ВМС США (NSWC). Фото Грега Войтко любезно предоставлено ВМС США.

Что такое лазер?

Лазеры — это больше, чем просто мощные фонари.Различия между обычным светом и лазерным светом похожа на разницу между рябь в ванне и огромные волны на море. Вы, наверное, заметили, что если двигать руками вперед и назад в в ванне можно делать довольно сильные волны. Если вы продолжаете двигать руками в ногу с создаваемыми волнами, волны становятся все больше и больше. Представьте, что вы делаете это несколько миллионов раз в открытом океане. Вскоре у вас над головой вздымаются горные волны! Лазер делает нечто подобное со световыми волнами.Он начинается со слабого света и продолжает добавлять все больше и больше энергии, поэтому световые волны становятся все более концентрированными.

Фото: Лазерные лучи гораздо легче следовать точным траекториям, чем обычные световые лучи. как в этом эксперименте по разработке более совершенных солнечных элементов. Изображение Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL. (Министерство энергетики / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Если вы хоть раз видели лазер в научной лаборатории, вы заметили сразу два очень важных отличия:

• Если фонарик излучает «белый» свет (смесь всех цвета, созданные световыми волнами всех разных частот), лазер делает то, что называется монохроматическим светом (одного, очень точная частота и цвет — часто ярко-красный, зеленый или невидимый «цвет», такой как инфракрасный или ультрафиолетовый).
• Где луч фонарика распространяется через линзу на короткий и довольно нечеткий конус, лазер излучает гораздо более плотный и узкий луч на гораздо более большее расстояние (мы говорим, что это коллимированный ).

Есть третье важное отличие, которого вы не заметите:

• Где все световые волны в луче фонарика перемешаны (с гребнями одних лучей, смешанных с впадинами других), волны в лазере свет точно в ногу: гребень каждой волны выровнен с гребень каждой второй волны.Мы говорим, что лазерный свет когерентный . Думайте о луче фонарика как о толпе пассажиров, толкаясь и толкаясь, пробиваясь по перрон железнодорожного вокзала; для сравнения, лазерный луч похож на парад солдат, идущих точно в ногу.

Эти три вещи делают лазеры точными, мощными и невероятно полезными пучками энергии.

Как работают лазеры

Прежде чем вы сможете понять, как работает лазер, вам нужно знать, как атом может излучать свет.Если вы не знаете, как это происходит, взгляните на коробку как атомы делают свет в нашей вводной статье о свете.

Лазер — это фактически машина, которая заставляет миллиарды атомов откачивать триллионы фотоны (световые частицы) одновременно, поэтому они выстраиваются в линию, образуя действительно концентрированный световой луч.

Что нужно для изготовления лазера?

Нам понадобятся две основные части:

1. Нагрузка атомов (твердого тела, жидкости или газа) с электронами в них, которые мы можем стимулировать.Это известная как среда или, иногда, среда усиления или «усиление» (поскольку усиление — это другое слово для обозначения усиления).
2. Что-то, чем можно стимулировать атомы, например вспышка. трубка (как ксеноновая лампа-вспышка в фотоаппарате) или другой лазер.

Типичный красный лазер должен содержать длинный кристалл из рубина (среда, показанная на рисунке ниже красной полосой) с обернутой вокруг него импульсной лампой (желтые зигзагообразные линии). Фотовспышка немного похожа на флуоресцентную полосу, только обвивается вокруг кристалла рубина и время от времени вспыхивает, как лампа-вспышка фотоаппарата.

Как импульсная лампа и кристалл создают лазерный луч?

1. Источник высокого напряжения заставляет лампу мигать.
2. Каждый раз, когда трубка вспыхивает, она «закачивает» энергию в кристалл рубина. Вспышки, которые он заставляет, вводят энергию в кристалл в виде фотоны.
3. Атомы в кристалле рубина (большие зеленые капли) впитывают эту энергию в процессе, называемом поглощением. Атомы поглощают энергию, когда их электроны переходят на более высокий энергетический уровень.Через несколько миллисекунд электроны возвращаются на свой исходный уровень энергии (основное состояние), испуская фотон света. (маленькие синие капли). Это называется спонтанным излучением.
4. Фотоны, испускаемые атомами, увеличиваются и опускаются внутри кристалла рубина, перемещаясь со скоростью света.
5. Время от времени один из этих фотонов стимулирует уже возбужденный атом.