Đề tài Sóng điện từ và một số ứng dụng

hiệu TPI có khả năng phát hiện tất cả các loại dụng cụ, mà từ trước đến nay không thể quan sát được bằng các loại máy quét hiện có. Thiết bị TPI cũng phát hiện được cả những đồ vật phi kim loại vùi dưới một lớp đất hoặc cát có độ sâu không lớn. Ứng dụng này mở ra hướng mới trong việc chế tạo máy dò mìn đa năng, xác định được cả các loại mìn có vỏ bằng vật liệu nhựa vốn không thể dò được bằng máy. Mặt khác, với tính năng đâm xuyên qua cả các lớp bê tông rất dày, tia T cũng cho phép “quay phim” thường xuyên hoạt động của các nhóm khủng bố đang cầm giữ con tin trong các khu nhà biệt lập, điều mà chưa có một công nghệ nào từ trước đến nay thực hiện được. Vấn đề là cần phải có một thiết bị để “đọc” hình ảnh sau khi cho tia T xuyên qua. “Để thu được thông tin về một loại vật liệu sau khi chiếu tia T qua, chúng tôi sử dụng các thiết bị thu đặc biệt, có cấu tạo tương tự như thiết bị phát bức xạ”- Ông 25 Patrick Mounaix, Giám đốc phụ trách nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Phân tử Quang học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), giải thích. Sau khi đối chiếu tính chất của bức xạ ban đầu với bức xạ thu được về sau, các chuyên gia sẽ xác định được cấu tạo của vật liệu phân tích. Chẳng hạn, sau khi quét một vật liệu bằng một chùm tia T và vật liệu này hấp thụ một bức xạ có tần số nào đó, trên quang phổ thu được sẽ xuất hiện một “lỗ hổng”. Đối chiếu với dữ liệu lưu trữ (gọi là dấu hiệu hoá học nhận biết), người ta sẽ suy ra bản chất của loại vật liệu đó. Nguyên tắc này hoàn toàn khác với việc sử dụng tia X, do hình ảnh chụp bằng X quang hiện rõ trên phim âm bản. Tuy nhiên, với thiết bị thu đặc biệt, người ta cũng tái hiện được hình dạng của các vật thể có chứa nước, chẳng hạn như cơ thể con người. Tia T có khả năng trở thành một lọai vũ khí mới rất mạnh trong cuộc chiến chống tội ác và cũng có thể chiếu xuyên qua thời tiết xấu, bụi bặm hoặc khói tốt hơn tia hồng ngọai hoặc các hệ thống dò tìm khác. 4.3.3.2 Trong y học Tia T có năng lượng thấp, cho nên có thể được dùng an tòan đối với người, không giống như tia X. Các nhà khoa học tin rằng do khả năng thâm nhập nông cạn vào cơ thể con người, tia T sẽ có thể đựơc dùng để scan lớp biểu bì hoặc, nhờ ống thông, scan ruột và các cơ phận khác để dò tìm những dấu hiệu của ung thư. Giáo sư Đại học Adelaide Derek Abbott nói:”Một trong những khám phá quan trọng gần đây là tia T cũng có khả năng dò tìm ung thư. Úc đang tham gia cuộc chạy đua khoa học to lớn trong việc nghiên cứu vấn đề này”. Vì vậy, tia T đang được sử dụng tại một số bệnh viện như là một công cụ chẩn đoán mới nhằm tìm kiếm những khối u. Các nhà khoa học tại Đại học Liverpool, Anh, hy vọng có thể tiêu diệt những tế bào ung thư da bằng việc chiếu bức xạ terahertz. Các công ty dược cũng sử dụng những giải pháp công nghệ cao, điều chỉnh hàm lượng thuốc mà không cần đặt tay vào đó. Kỹ thuật chụp ảnh Terahertz thậm chí còn đo được độ dày của lớp vỏ áo bọc ngoài một viên thuốc. 26 4.3.3.3 Một vài ứng dụng khác Các hãng sản xuất thuốc lá như Phillip Morris đang tìm kiếm những cách thức mới để sử dụng tia T trong việc kiểm soát chất lượng trong nhà máy. Với sự giúp đỡ của một hệ thống chụp ảnh tia T, do công ty Picometrix có trụ sở tại Michigan chế tạo, NASA có thể phát hiện ra những khiếm khuyết nhỏ của lớp xốp cách nhiệt trên các tàu con thoi. Ngoài ra, tia T còn có nhiều ứng dụng thiên văn quan trọng khác. Đài quan sát vũ trụ Herschel, một vệ tinh dự kiến được phóng vào năm 2008 là phiên bản terahertz của kính thiên văn Hubble. Tại Chile, người ta cũng đang xây dựng trung tâm ALMA, sẽ theo dõi bước sóng terahertz với hy vọng phát hiện các vật thể trong giai đoạn nguyên thủy của vũ trụ. Với những tính chất đặc biệt như vậy, tia T đang hấp dẫn giới nghiên cứu trên khắp thế giới. Các kỹ sư của trường Đại học Utah đã đạt được bước tiến ban đầu hướng tới chế tạo các máy tính siêu tốc hoạt động dựa vào ánh sáng viễn-hồng ngoại thay cho điện. Họ đã tạo ra được thiết bị tương đương các dây dẫn để mang và bẻ cong dạng ánh sáng này, còn được gọi là bức xạ terehertz.Cho tới nay, việc tạo ta tia T vẫn còn khó khăn, nhưng các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Harvard (Mỹ) mới đây đã có một sáng chế về tạo nguồn tia T ở nhiệt độ phòng. Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm quốc gia Argonne (Mỹ) đang phát triển một loại máy phát tia T di động. Các hệ thống nhận dạng thụ động độ phân giải thấp thu nhận được sự phát ra của tia T tự nhiên đã có trên thị trường: Cảnh sát ở Wayne County Sheriff (Detroit, Mỹ) đang thử nghiệm một loại máy quét tia T của Công ty ThruVision (Anh) tại các phiên toà xét xử tội phạm trong khu vực. Hình 4.2. Ảnh tia T cho thấy vết xước trên chắn bùn của xe hơi, mà các loại ảnh thông thường không nhìn thấy 27 Hình 4.3. Tia T được sử dụng để chụp ảnh một chiếc lá khi bị khử nước và sau khi bổ sung nước Hình 4.4. Công nghệ mới có thể "nhìn thấy" chất độc hại trong hành lý. 4.4 Infrared (Tia hồng ngoại) 4.4.1 Định nghĩa Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên "hồng ngoại" có nghĩa là "dưới mức đỏ", màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Tia hồng ngoại có thể được phân chia thành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 700 nanômét tới 1 milimét: cận hồng ngoại (nằm vượt quá khu vực màu đỏ trong quang phổ nhìn thấy được), hồng ngoại trung bình (có bước sóng từ 1,3 đến 3 micrô-mét) và nhiệt hồng ngoại (bước sóng từ 3 đến 30 micrô-mét). 4.4.2 Lịch sử Nhà Thiên văn học, Sir William Herschel đã khám phá ra tia hồng ngoại vào năm 1800. Ông đã tự chế tạo cho mình các kính thiên văn với ống kính và gương. 28 Ông biết rằng ánh nắng mặt trời có thể vẽ nên rất nhiều màu sắc bằng phổ của nó và cũng là nguồn phát nhiệt. Herschel muốn biết cụ thể màu nào phát sinh nhiệt trong chùm ánh sáng mặt trời. Ông ta đã làm thí nghiệm với lăng kính, bìa giấy và nhiệt kế với bóng sơn đen để đo lường nhiệt độ từ các màu sắc khác nhau. Herschel quan sát sự gia tăng nhiệt độ khi ông di chuyển nhiệt kế từ ánh sáng màu tím đến ánh sáng màu đỏ trong cầu vồng tạo ra bởi ánh sáng mặt trời qua lăng kính, ông đã phát hiện ra rằng, điểm nóng nhất thật sự nằm phía trên ánh sáng đỏ. Bức xạ phát nhiệt này không thể nhìn thấy được, ông đặt tên cho bức xạ không nhìn thấy được này là “tia nhiệt” (calorific ray) mà ngày nay chúng ta gọi nó là tia hồng ngoại. Hình 4.5. Nhà Thiên văn học Sir William Herschel 4.4.3 Tính chất  Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt (tia nhiệt).  Mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 0K đều bức xạ tia hồng ngoại: cơ thể người, bóng đèn dây tóc nóng sáng, Mặt trời, vật có nhiệt độ,…Độ dài sóng (tần số) bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.  Phần lớn vật liệu ngăn cản tia sáng thường thì cũng ngăn được tia hồng ngoại: gỗ, giấy, kim loại,…  Nhưng cũng có một số vật liệu ngăn được tia sáng thường nhưng không ngăn được tia hồng ngoại và ngược lại như: thủy tinh, GaAs,… 29  Ánh sáng thường không thể xuyên qua các lớp sương mù, khói, mây dày đặc nhưng tia hồng ngoại có thể.  Tia hồng ngoại đóng vai trò lớn trong hiệu ứng nhà kính. 4.4.4 Ứng dụng 4.4.4.1 Sử dụng tia hồng ngoại trong chế biến nông sản thực phẩm Tia hồng ngoại được phát hiện năm 1800 và sau này, những năm đầu của thập niên 1960 đã có rất nhiều nghiên cứu thành công về khả năng ứng dụng tia hồng ngoại vào lĩnh vực chế biến nông sản, thực phẩm. Nguồn hồng ngoại trong các thiết bị được phát ra với bước sóng 1,8–3,4 micron, và tia hồng ngoại được sử dụng trong việc chế biến nông sản, thực phẩm được xem như một thiết bị sấy khô nông sản vì dải biến thiên nhiệt độ trong thiết bị có thể từ 37oC – 2000oC. Nguồn năng lượng của tia hồng ngoại khi tiếp xúc với nông sản sẽ làm cho các phần tử rung động và dẫn đến sự tăng nhiệt độ bên trong sản phẩm một cách nhanh chóng cùng với sự gia tăng về áp suất hơi nước. Các hạt ngũ cốc, hạt đậu khi được chiếu tia hồng ngoại chỉ trong thời gian 50 giây, nhiệt độ bên trong hạt đã tăng lên 900oC hoặc với thời gian 90 giây, nhiệt độ đã tăng lên 1100oC. Tác dụng của tia hồng ngọai khi chiếu vào nông sản (đặc biệt là các loại hạt) sẽ tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mùi vị thơm hơn, tinh bột trong hạt sẽ được hồ hóa triệt để hơn, không có hiện tượng lại bột, và như vậy khả năng tiêu hóa thực phẩm sẽ tốt hơn. Ví dụ hạt lúa mì được chiếu tia hồng ngoại thì khả năng tiêu hóa là 90%, trong khi đó sự tiêu hóa của những hạt lúa mì không chiếu tia hồng ngoại chỉ đạt 30%. Tia hồng ngoại khi chiếu vào nông sản còn làm tăng hàm lượng axit amin tự do, đồng thời ức chế một số enzymer bất lợi và do đó làm tăng khả năng tiêu hóa đậu tương lên rất nhiều. Hoặc khi chiếu tia hồng ngoại vào những hạt ngũ cốc có chứa axit béo, sẽ làm giảm họat tính các enzym (men) oxy hóa chất béo và nó sẽ 30 hạn chế các quá trình oxy hóa chất béo khi bảo quản, hạt sẽ không bị ôi, khét và đắng. Mặt khác khi chế biến các sản phẩm thực phẩm ăn liền, tia hồng ngoại còn có tác dụng diệt khuẩn rất tốt mà không làm mất giá trị dinh dưỡng của nông sản thực phẩm. Một số sản phẩm thức ăn gia súc được chế biến sấy chín bằng tia hồng ngoại có tác dụng rất tốt đối với vật nuôi. Trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta sử dụng tia hồng ngoại trong nhiều lĩnh vực chế biến như xử lý các loại hạt làm thức ăn gia súc, thanh trùng sữa tươi (với thời gian rất ngắn 15 giây), gia nhiệt bề mặt các sản phẩm để tạo màu sắc đẹp hơn (ví dụ các loại bánh nướng), sấy khô các loại dược liệu, sấy khô các loại gia vị mà màu sắc ít biến đổi. Người ta còn dùng tia hồng ngoại để nướng bánh, sản xuất thực phẩm ăn nhanh và ngũ cốc dinh dưỡng (cereals) dùng trong điểm tâm. 4.4.4.2 Chữa bệnh bằng tia hồng ngọai là một ứng dụng khoa học của ánh sáng Tia sáng tập trung tại một vị trí đem lại các phản ứng vật lí như đốt, cháy,… cụ thể như sau: ánh sáng đi vào cơ thể mang theo năng lượng nhiệt, năng lượng này tạo ra do sự tập trung của nhiều tia sáng gọi là lượng tử. Lượng tử này phá hủy các tế bào và các mô bị tổn thương, chính vì thế nó rút ngắn lọai bỏ mầm bệnh giúp vết thương chóng lành. Ngoài ra, Tia hồng ngoại có thể giúp chẩn đoán bệnh nha chu: Các nha sĩ đã sử dụng hai dạng phổ hồng ngoại khác nhau: những phổ vùng hồng ngoại gần để đo tình trạng viêm ở những vị trí chuyên biệt trong miệng bệnh nhân, và phổ hồng ngoại giữa để xác định tình trạng chung của nhưng dấu chỉ sinh học khác nhau ở dịch nướu (GCF). 4.4.4.3 Phương diện thẩm mỹ Người ta đã sử dụng ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngọai, tuy nhiên điều trị bằng những ánh sáng này đã gây một ảnh hưởng mạnh mẽ trong việc điều trị sự nhuộm màu sắc tố da, bệnh lông tóc, và nhăn da. 31 4.4.4.4 Kính nhìn đêm (Đôi mắt thứ hai) Tập hợp, khuếch đại và chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành ảnh là cơ chế hoạt động của thiết bị nhìn đêm (kính nhìn đêm), giúp con người thấy rõ mọi vật trong bóng tối. Để biến ánh sáng hồng ngoại (mắt thường không nhìn thấy được) thành ảnh mà con người có thể nhìn thấy rõ, kính nhìn đêm sử dụng kỹ thuật tăng cường ảnh (image enhancement) hoặc kỹ thuật chụp ảnh nhiệt (thermal imaging). Hình 4.6. Kính nhìn đêm  Tăng cường ảnh: Với kỹ thuật tăng cường ảnh, kính nhìn đêm tập hợp những lượng nhỏ ánh sáng phát ra từ môi trường, như ánh sáng cận hồng ngoại, rồi phóng đại nó trong một quang phổ ánh sáng có thể nhìn thấy được. Ánh sáng cận hồng ngoại phát ra từ môi trường được một ống kính tập hợp và tập trung vào ống khuếch đại ảnh. Tiếp đó, một màn cảm quang âm cực (photocathode) cải biến ánh sáng này thành một luồng điện tử. Khi đi qua một tấm kính ảnh (plate) có các rãnh cực nhỏ, số lượng điện tử của luồng này sẽ được tăng lên gấp nhiều lần nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu. Mặt bên kia của kính có một màn hình được tráng phosphor để tập hợp các điện tử phát ra và chuyển chúng thành ánh sáng nhìn thấy được để tạo thành ảnh. Ảnh tạo ra luôn là đơn sắc và màu đó tùy thuộc vào loại phosphor được dùng để tráng màn hình. Kính tăng cường ảnh loại đơn giản gồm có 1 thấu kính thông thường, 1 ống phóng đại ảnh và 1 thấu kính mắt (ocular lens). 32  Tạo ảnh nhiệt : Phức tạp hơn loại kính phóng đại ảnh, loại kính tạo ảnh nhiệt tập hợp và phóng đại ánh sáng hồng ngoại trong một vùng quang phổ điện từ thấp hơn nhiều, chẳng hạn như ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ những vật thể nóng. Ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ môi trường được tập hợp và tập trung vào mạng ăng-ten định pha (phased array) qua sự hỗ trợ của một thấu kính. Mạng này sẽ tạo ra một biểu đồ nhiệt theo mẫu của ánh sáng chiếu vào nó, rồi chuyển đổi ánh sáng thành một chuỗi xung động điện. Chuỗi xung động này được gửi đến một bộ phận xử lý tín hiệu có vai trò biến tín hiệu thu được thành dữ liệu ảnh để hiển thị. Phần lớn kính nhìn đêm loại này có khả năng tạo ra ảnh có tốc độ khung hình là 30 khung/giây và có thể phát hiện nhiệt độ từ -20oC đến 2.000oC. Theo các chuyên gia, kính nhìn đêm có phạm vi ứng dụng rất rộng, nhất là trong các lĩnh vực an ninh, quân sự, bảo vệ pháp luật và theo dõi - giám sát. 4.4.4.5 Nguồn năng lượng tương lai từ tia hồng ngoại Trong khi dùng các tấm biển hấp thụ ánh sáng mặt trời để chuyển chúng thành năng lượng, các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Idaho, Mỹ đã thí nghiệm một biện pháp thu thập mới: sử dụng tia hồng ngoại để thu được năng lượng năng suất cao chưa từng thấy. Nhóm các nhà khoa học do Michael Naughton (thuộc Trường Boston ở Chestnut Hill, bang Massachusetts, Mỹ) đứng đầu đã giới thiệu công trình nghiên cứu tại hội thảo quốc tế lần thứ 2 về đổi mới năng lượng do American Society of Mechanical Engineers tổ chức ngày 13/8 tại Jacksonville. Họ đã lắp đặt các thiết bị cảm ứng với độ dài của sóng hồng ngoại, dài hơn độ dài của ánh sáng nhìn bằng mắt thường (sóng này còn có thể đi xa hơn độ dài các tế bào quang điện hiện nay). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những tấm bảng dệt bằng hàng triệu ăng ten rất nhỏ, nhạy cảm với các quang tử IR của mặt trời và các nguồn khác. Đây là bước đầu tiên trong quá trình thu thập năng lượng với chi phí rẻ và cho sản lượng lớn. Các ăng ten có kích thước nano có thể thu hồng ngoại trung bình, như là hồng ngoại chiếu xuống trái đất, ngay cả lúc nửa đêm, sau khi đã hấp thụ năng lượng mặt trời suốt cả ngày. Trong khi đó, pin mặt trời đang được sử dụng hiện nay mới chỉ thu 33 được những ánh sáng mặt trời nhìn thấy được, và mất tác dụng vào ban đêm. Hơn nữa, sau khi được phát triển thêm, những ăng ten nano này còn có khả năng hấp thụ sức nóng dư thừa của các đồ vật vào ban đêm, và chuyển dạng năng lượng lãng phí này thành điện năng. Những bộ phận nhỏ này được chế dưới dạng lò so xoắn bằng vàng, vạch trên cột trụ, dưới có poly-êtilen (một chất liệu thường được sử dụng trong các túi nhựa dẻo). Dale Kotter, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết, trong số những loại sóng có tần số thấp của quang phổ điện từ được các nhà nghiên cứu khác đặt nhiều hi vọng như là vi sóng, sóng hồng ngoại được quan tâm hơn cả. Ông cũng cho biết thêm, một trong những lí do quyết định chọn tia hồng ngoại là do tính chất vật lý của các chất liệu sẽ thay đổi khi chúng bị sóng này tác động. Họ đã thí nghiệm phản ứng của nhiều chất liệu, trong đó có cả đồng, vàng và măng gan, khi đặt chúng dưới tác động của tia hồng ngoại, thông qua xử lí bằng tin học để xác định các loại có hình dạng cấu tạo và có kích thước ăng ten tốt nhất. Mô hình hoàn hảo gồm tất cả các tham số này, sẽ cho phép thu được năng suất lên đến 92% lượng tia hồng ngoại, điều mà những thiết bị thu năng lượng mặt trời thông thường không thể đạt tới. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra những nguyên mẫu đầu tiên được kiểm tra bằng tin học. Những chiếc ăng ten nano đã được cài theo cách thông thường bằng các đường vòng quanh vào một chiếc đĩa bằng silic, và chúng có khả năng hấp thụ đến 80% số lượng tia hồng ngoại được chiếu lên. Sau đó chúng được chuyển sang bước khắc lên phần cột trụ poly-êtilen tán mỏng và đã tiến gần đến bước thực hiện hấp thụ tia hồng ngoại. Tuy lúc này ăng ten vẫn còn trong quá trình kiểm tra, nhưng những kết quả đầu tiên cho thấy khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của chúng lên tới 50-60%, hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu đề ra. 4.4.4.6 Nỗ lực trở thành năng lượng gia dụng Tuy nhiên những kĩ thuật này cần được hoàn thiện thêm để có thể đưa loại năng lượng mới này vào sử dụng trong hộ gia đình. Việc chiếu các tia hồng ngoại 34 lên ăng ten nano tạo ra dòng thay thế có tần số dao động lên đến 30 terahéc, điều này đòi hỏi phải có thiết bị nắn điện nhằm biến dòng này thành dòng liên tiếp. Tuy vậy, hiện giờ chưa có thiết bị nắn điện nào có thể chịu được tần số này, thậm chí cũng chưa có thiết bị phân tách nào có thể sử dụng để khai thác năng lượng này. Và các nhà khoa học còn đang cố gắng giải quyết vấn đề này. Nếu như vấn đề này được giải quyết, chúng ta sẽ có những thiết bị thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, có năng suất cao hơn 20% so với năng lượng ánh sáng nhìn thấy bằng mắt thường. Các nhà khoa học đã phát triển và thực hiện lắp đặt các thiết bị phức tạp hơn, cho năng suất nhiều hơn, nhưng hiện chi phí cho những thiết bị này khá đắt nếu đưa vào sử dụng phổ biến. Để sản xuất được các thiết bị tương đối đơn giản bằng biện pháp cài lên các vật có giá rẻ, những ăng ten nano này cần phải chịu được nhiều tần số chiếu tia hồng ngoại khác nhau tùy theo kích cỡ và cấu tạo của chúng. Chúng có thể có lớp vỏ ngoài làm bằng các vật thông dụng khác nhau, như là máy tính xách tay hay là điện thoại di động, nhằm cung cấp cho chúng nguồn năng lượng liên tiếp và có giá rẻ hơn. Hình 4.7. Những ăng ten nano bằng vàng được cài thử nghiệm vào một con rệp bằng silic và hoạt động với tần số 30 terahezt 4.4.4.7 Chuông báo động dùng tia hồng ngoại Chiếc chuông xinh xắn và nhỏ gọn này hoàn toàn dùng tia hồng ngoại để dễ dàng nhận ra sự chuyển động và tiếng động bên ngoài. Có thể gắn nó lên tường nơi cửa ra vào, hay để trên bàn làm việc. Người dùng điều chỉnh mặt nạ (ở vỏ ngoài mắt 35 thần) để lựa chọn độ rộng của góc quan sát của mắt thần trong phạm vi lên tới 60 độ. Chuông tiêu thụ năng lượng (pin) ở mức thấp nhất, nhờ vào chức năng tự động ngắt chuông. Chuông có 3 giai điệu chuông êm dịu và 3 lựa chọn còi báo động. Nếu người sử dụng cài đặt chế độ chuông ở chế độ đón khách đến chơi nhà, đến liên hệ công việc ở công sở, chuông sẽ tự động phát ra giai điệu (nhạc) báo khách đến. Còn nếu cài đặt chuông ở chế độ báo động kẻ trộm vào nhà, chuông sẽ tự rú còi báo động, giúp chủ nhà phát hiện ra kẻ xâm nhập. 4.4.4.8 Thiết bị nhận dạng bằng tia hồng ngoại cho điện thoại di động Công ty điện tử Canon (Nhật Bản) đã tung ra thị trường một thiết bị có kích thước nhỏ gọn với tên gọi "Canon Security Pendant IP-1" dùng để nhận dạng thông tin dành cho điện thoại di động do Canon chế tạo. Sản phẩm này được thiết kế nhằm bảo vệ thông tin trong các máy điện thoại đã được hỗ trợ công cụ nhận dạng bằng tia hồng ngoại. Khi khởi động điện thoại, IP-1 sẽ tiến hành nhận dạng các dữ liệu về người chủ của máy điện thoại đó nhờ vào mã tia hồng ngoại, giúp khách hàng tránh được tình trạng rò rỉ thông tin cá nhân do bị tấn công hoặc bị mất điện thoại. Hình 4.8. Điện thoại di động được hỗ trợ công cụ nhận dạng bằng tia hồng ngoại 4.5 Visible light 4.5.1 Định nghĩa Ánh sáng nhìn thấy có tần số khoảng từ 300THz đến 3000THz, bước sóng 380 – 750 nanometer. 36 4.5.2 Ứng dụng Ứng dụng vô cùng quan trọng của ánh sáng nhìn thấy là giúp con người chúng ta nhìn thấy mọi vật và mọi vật có các màu sắc, hình dạng khác nhau. Ví dụ: Sữa bò có màu trắng: Sữa bao gồm 5% lactoza, 3,7% mỡ và 3,5% protein. Chất cazein giàu canxi là protein phổ biến nhất và sự kết hợp của cazein với một số chất béo tạo nên màu sắc cho món đồ uống ngon lành này.Màu trắng là màu tự nhiên của sữa, là kết quả của các bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được chiếu vào mắt. Cazein và một số chất béo phản chiếu dải bước sóng rộng nên khiến sữa có màu trắng. Ngoài ra còn có nhiều ứng dụng khác: 4.5.2.1 Đèn LED Điốt GaAsP với sự tái hợp trực tiếp và năng lượng lớn hơn 1,7eV cho ta ánh sáng nhìn thấy được. Với thể tích nhỏ, công suất thấp, đèn LED sử dụng trong mọi lĩnh vực quang báo. Tuổi thọ của LED cao hơn bóng đèn thông thường, khoảng 105 giờ (có thể sáng liên tục trong 10 năm). Trái với bóng đèn thông thường, đèn LED không hư ngay mà sau 105 giờ, đèn LED không hư ngay mà công suất phát quang của nó giảm đi một nửa. Ngoài công dụng chiếu sáng, đèn LED còn nhiều ứng dụng khác:  Phương diện thẩm mỹ: Các nhà khoa học Đức đã chứng minh ánh sáng nhìn thấy có cường độ mạnh của đèn phát sáng diode (LED) có thể ứng dụng để xóa nếp nhăn, làm trẻ hóa khuôn mặt. Phát hiện này mở ra một hướng làm đẹp khác trong chuyên khoa thẩm mỹ mà không cần dùng tới dao kéo hay thuốc chống nếp nhăn Botox có nhiều tác dụng phụ. Báo cáo nghiên cứu của nhóm khoa học có đoạn viết nếu ứng dụng liệu pháp thẩm mỹ bằng ánh sáng LED mỗi ngày trong vòng vài tuần thì sẽ cho ra kết quả “da trẻ lại và có thời gian đàn hồi kéo dài, số lượng nếp nhăn giảm đi, nước da trông mơn mởn hơn trước”. Ánh sáng LED làm mất đi những phân tử nước có liên quan đến quá trình cố định protein elastin rồi từ từ khôi phục lại chức năng đàn hồi của elastin. Nhờ vậy, nó làm giảm các nếp nhăn ở mặt. 37  LED thường được sử dụng trong các sản phẩm như điều khiển từ xa của tivi hay đèn giao thông…  Người ta đã chỉ ra rằng ánh sáng nhìn thấy được của LED có cường độ mạnh đã được ứng dụng trong y khoa cách đây hơn 40 năm để làm vết thương mau lành.Bác sĩ Whelan một bác sĩ dẫn đầu về thần kinh học tại trường Đại học dược Wisconsin, trình bày rằng: ánh sáng được phát ra từ Điốt phát sáng (LED) có thể tăng cường sức khỏe cho các tế bào gấp 5 lần hơn các thiết bị thông thường. Trong những năm gần đây, ánh sáng LED cũng được sử dụng để điều trị một số bệnh ung thư não.  Các đèn LED thế hệ kế tiếp có thể thay thế mạng WiFi? Các công nghệ hội tụ mới nhất đã vừa được các kỹ sư thuộc trường đại học Boston của Mỹ công bố. Từ nguồn trợ cấp nghiên cứu khoa học quốc gia, các nhà nghiên cứu đã phát minh ra mạng truyền thông dữ liệu vô tuyến hội tụ trong một bóng đèn thắp sáng bình thường. Các kỹ sư hi vọng sẽ sử dụng các bóng đèn LED nhẹ và có công suất thấp để thay thế mạng vô tuyến quang. Công nghệ vô tuyến hiện nay đã tạo ra một mạng dữ liệu vô tuyến song nó lại tiêu tốn nhiều nguồn và dễ bị tổn hại trước các tấn công từ bên ngoài. Các đèn LED mới này có thể truyền dữ liệu với thông qua các xung tốc độ cực nhanh của ánh sáng nhìn thấy được. Băng thông ban đầu được kỳ vọng là sẽ nằm trong dải từ 1-10Mbps. Bạn hãy tưởng tượng nếu máy tính, iPhone, TV, radio, bộ điều nhiệt tự động của bạn có thể thông tin với bạn khi bạn đang đi bộ trong phòng thông qua một chuyển mạch ánh sáng và không cần sử dụng bất cứ sợi cáp nào. Dường như là hơi hoang tưởng song điều này hoàn toàn có thể thực hiện đựoc với một mạng thông tin dựa trên đèn LED với công suất tiêu thụ thấp, độ tin cậy cao và không gây nhiễu điện từ. Cuối cùng thì hệ thống này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng. Mỗi bóng đèn LED có thể làm việc giống như một điểm truy cập vô tuyến (Wireless Access Point), cung cấp băng thông lớn hơn và giảm đáng kể tiêu thụ nguồn. Bởi vì mạng truyền thông quang dựa trên các đèn LED sử dụng các xung của ánh sáng thấy được, nên những người ngoài vùng phủ của mạng (bị che khuất bởi tường, sàn…) không thể truy nhập vào và do 38 đó sẽ tránh được sự tấn công của các hacker một cách rất đơn giản. Bạn có thể kết nối tới nhà hoặc mạng vô tuyến của cơ quan chỉ với một công tắc chuyển mạch ánh sáng. Dù mới chỉ là những kết quả nghiên cứu ban đầu song nó đã mở ra một hướng nghiên cứu mới đầy tiềm năng cho một mạng truyền dữ liệu đơn giản mà hiệu quả. Hình 4.9. Hình ảnh minh họa cho một mạng thông tin dữ liệu sử dụng các đèn LED thế hệ kế tiếp 4.5.2.2 Điều trị viêm mũi dị ứng bằng ánh sáng nhìn thấy Lâu nay, phương pháp chữa trị viêm mũi dị ứng phổ biến là dùng thuốc dưới dạng uống hay xịt. Gần đây, một liệu pháp mới không cần dùng thuốc là sử dụng quang học, nguyên lý này do Hãng Medisana (CHLB Đức) tìm ra. Dùng đèn diode hai cực phát ra ánh sáng đỏ có bước sóng 660 nanometre (nm) soi hốc mũi. Ánh sáng (nhìn thấy được bằng mắt thường) kích hoạt sự miễn dịch đã bị suy giảm ở hốc mũi, làm tăng độ miễn dịch và giảm sự kích thích màng nhầy của mũi. Với cơ chế tác động trên, máy Medinose-BNS do Hãng Medisana sáng chế đã được thử nghiệm trên bệnh nhân ở nhiều độ tuổi khác nhau, ở nhiều nước và không có phản ứng phụ kể cả với trẻ em và phụ nữ mang thai. 4.5.2.3 Cáp quang siêu nhỏ Các nhà khoa học vừa chế tạo được một loại cáp quang siêu nhỏ - mỏng hơn sợi tóc nhiều lần – có khả năng truyền tải ánh sáng nhìn thấy được. Phát minh này hứa hẹn sẽ mở màn cho một loạt những đột phá trong các lĩnh vực như năng lượng 39 mặt trời, công nghệ thông tin và y học. Trong hàng thập kỷ nay, cáp đồng trục vốn rất quen thuộc và nổi bật nhờ chất lượng truyền tải vô cùng hiệu quả. Loại cáp này gồm một dây lõi được bao xung quanh chất cách nhiệt và ngoài cùng là lớp vỏ kim loại. Cấu tạo đó khiến cáp có thể truyền tải các tín hiệu điện từ có bước sóng lớn hơn chính đường kính của dây. 4.5.2.4 Cáp đồng trục Các nhà nghiên cứu tạo ra một dây cáp đồng trục dùng để truyền tải ánh sáng có chứa sợi lõi các-bon, bao xung quanh lõi một lớp cách nhiệt và vỏ dây nhôm bên ngoài. Chiều rộng của dây cáp khoảng 300 nanometer, tức là nhỏ hơn vài trăm lần so với sợi tóc của người. Sợi dây ở lõi cáp sẽ chìa ra ở một đầu làm ăng ten dò ánh sáng. Các nhà khoa học lại buộc ánh sáng nhìn thấy phải đi qua sợi dây cáp có đường kính nhỏ bước sóng của nó. Họ đã chiếu ánh sáng xanh và đỏ qua sợi dây cáp, điều đó chứng tỏ nó hoàn toàn có thể truyền tải được quang phổ rộng của ánh sáng có thể nhìn thấy. “Đó không hoàn toàn là tốc độ của ánh sáng, có thể chỉ bằng 90% tốc độ của ánh sáng. Nhưng như thế đã nhanh hơn điện hàng nghìn lần rồi”, ông Naughton cho biết. Ông Naughton cho rằng, phát minh này hứa hẹn sẽ tạo ra nhiều tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ, ông khẳng định, “nó quan trọng vì nó thực sự hữu dụng”. Cũng theo ông Naughton, loại cáp siêu nhỏ cũng có thể dùng trong những loại pin sử dụng năng lượng mặt trời hiệu suất cao. Nó cũng rất thích hợp với loại sơ đồ điện “mini” và các thiết bị chuyển đổi bằng ánh sáng siêu nhỏ dùng trong lĩnh vực tin học quang (optical computing). Cáp siêu nhỏ còn mở rộng sang lĩnh vực y học như cấy ghép võng mạc cho những người mắc chứng thoái hoá ở mắt hoặc dò tìm các phân tử riêng lẻ là mầm bệnh trong cơ thể người. 40 Hình 4.10. Camera hồng ngoại 4.6 Ultra Violet ( Tia tử ngoại) 4.6.1 Định nghĩa Tia tử ngoại là bức xạ có bước sóng từ 10-8m đến 10-7 m và tần số từ 3000THz đến 3.1016Hz. 4.6.2 Lịch sử Hình 4.11. Johann Wilhelm Ritter Năm 1801, Johann Wilhelm Ritter nhờ vào các phản ứng hóa học đã khám phá ra một loại ánh sáng nằm ngoài vùng màu tím của quang phổ mặt trời. Ngày nay, tia này được gọi là tia tử ngoại. 41 4.6.3 Tính chất  Tác dụng mạnh lên phim ảnh, lảm ion hóa không khí và nhiều khí khác.  Kích thích sự phát quang của nhiều chất ( như kẽm sunfua, cađimi sunfua ), có thể gây ra một số phản ứng quang hóa và phản ứng hóa học.  Bị thủy tinh, nước,… hấp thụ rất mạnh. Tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18 .10-6 m đến 0,4 .10-6 m truyền qua được thạch anh.  Có một số tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nắm mốc…  Có thể gây ra hiện tượng quang điện. 4.6.4 Ứng dụng 4.6.4.1 Một số ứng dụng thường gặp Tia tử ngoại dùng để khử trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh ( còi xương ), để tìm vết nứt trên bề mặt kim loại… 4.6.4.2 Dùng tia tử ngoại điều trị trong ung thư Hình 4.12. Điều trị ung thư bằng tia tử ngoại Từ trước đến nay, các kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies) được xem là vũ khí hữu hiệu để tiêu diệt ung thư, nhưng điều gây trở ngại trong điều trị là chúng cũng có thể tấn công cả những tế bào lành mạnh. Liệu pháp sử dụng kháng thể có sự hỗ trợ của tia cực tím được đánh giá là có triển vọng nâng cao hiệu quả điều trị ung thư 42 Nhưng hiện nay, các nhà khoa học Anh cho biết họ đã có thể khắc phục tình trạng này bằng cách sử dụng ánh sáng tia cực tím (ultraviolet) để kiểm soát hoạt động của các loại thuốc có nguồn gốc từ kháng thể. Trong kỹ thuật mới này, các chuyên gia cho biết các kháng thể sẽ được bao bọc bằng một lớp dầu hữu cơ nhạy cảm với ánh sáng; lớp vỏ bọc này có tác dụng ức chế hoạt động của các kháng thể cho đến khi chúng được chiếu bằng tia cực tím. Nói cách khác, khi chiếu tia cực tím vào khối u, các kháng thể ở đó sẽ được “đánh thức” để tấn công tế bào ung thư. Do đó, liệu pháp này sẽ giúp tránh thương tổn cho tế bào lành, vì những kháng thể được bao bọc này chỉ hoạt động khi được kích hoạt bằng tia cực tím. Nhóm nghiên cứu cho rằng với liệu pháp này, bệnh nhân có thể được điều trị ngoại trú – tức là cứ đến bệnh viện để được tiêm các kháng thể đã được xử lý, rồi chờ không tới 1 tiếng đồng hồ để được chiếu tia cực tím trong vài phút. Liệu pháp mới này đã nhận được sự hoan nghênh của một số nhà y học. Bà Josephine Querido, chuyên gia thông tin khoa học của Viện Nghiên cứu Ung thư Anh, phát biểu: “Phát triển những phương thức tấn công tế bào ung thư mà không làm hại các mô lành là một điều tối quan trọng trong điều trị ung thư”. 4.6.4.3 Tiệt trùng diệt khuẩn bằng tia tử ngoại Nhiều bằng chứng khoa học cho thấy, các loại virus, vi khuẩn trong nguồn nước là thủ phạm chính gây ra 85% các bênh nhi khoa và 65% bênh tật của người lớn. Rất may là hầu hết các loại virus, vi khuẩn đều có thể dễ dàng bị tia cực tím (UV) tiêu diệt Quy trình: Cho nước chảy qua một ống kín trong đó có lắp đèn cực tím. Các tia UV được phóng vào dòng nước. Cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản. Nguyên lý diệt khuẩn của tia cực tím: 43 Hình 4.13. Một đoạn DNA của vi khuẩn trước khi bị chiếu tia cực tím. Hình 4.14. Đoạn gen đã bị phá hủy Tia cực tím ở một tần số nhất định có thể diệt 99,99% vi khuẩn nhưng không loại bỏ bất kỳ tạp chất gì có trong nước. Phương pháp này sử dụng điện và thường được ứng dụng ở công đoạn cuối cùng của hệ thống lọc nước. Khác với đun sôi, phương pháp này tiết kiệm điện và nhanh hơn nhiều. Đây là phưong pháp xử lý an toàn nếu kết hợp thêm với loại lọc than hoạt tính. 4.6.5 Tác hại 4.6.5.1 Tia tử ngoại làm tăng nguy cơ mắc ung thư da Trẻ em dưới 18 tuổi không nên tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời hoặc tắm nắng bằng các biện pháp khác nhau, bởi nó sẽ khiến cho nguy cơ mắc ung thư da tăng cao khi bước vào tuổi trưởng thành. Theo đó, việc tiếp xúc với tia tử ngoại (tia UV) từ ánh nắng mặt trời khi còn nhỏ là điều hoàn toàn không có lợi. Điều này còn nguy hiểm hơn nhiều khi sử dụng phương pháp tắm nắng nhân tạo. Những tia tử ngoại phát ra từ những thiết bị chiếu tia tử ngoại sẽ tác động vào cấu trúc DNA, gây đột biến hoặc tổn thương cho DNA và cuối cùng, khi những tổn thương này trở nên nghiêm trọng (quá trình này có thể diễn ra từ từ trong nhiều năm), nó sẽ khiến cho bệnh nhân mắc phải chứng ung thư da (lúc đó bệnh nhân đã ở tuổi trưởng thành). Ở độ tuổi trung bình khoảng 35 tuổi, nguy cơ mắc ung thư da ở những người từng tắm nắng khi trẻ có thể cao hơn 75% so với những người bình thường. 44 4.6.5.2 Tia tử ngoại gây hại cho mắt  Tia UV gây tác hại cho mắt: Các tia chiếu vuông góc với giác mạc tất nhiên sẽ không gây hại cho nhãn cầu. Viêm giác mạc hay viêm kết giác mạc do phơi nắng là do mắt bị phơi nhiễm quá đáng với tia UV. Các đầu tận của thần kinh trên giác mạc bị tổn thương trước. Sau đó là lớp nội mô có thể bị biến đổi cấu trúc kiểu dị sản và lắng đọng các tinh thể.  Đục thể thủy tinh: Nếu do tia UV thường là dạng đục vỏ hay nhân trung tâm, thường thấy ở nữ nhiều hơn, có thể là do thói quen thích tắm nắng của chị em.  Võng mạc có thể bị tổn hại nếu tính lọc của giác mạc và thủy tinh thể không còn nguyên vẹn. Tỷ lệ thoái hóa hoàng điểm ở những người trên 70 tuổi ở nhóm đã lấy thủy tinh thể cao hơn hẳn nhóm còn thủy tinh thể khiến người ta nghi ngờ rằng tia UV có thể còn gây ra thoái hóa hoàng điểm. 4.7 X rays Hình 4.15. Hình ảnh X quang chụp tay ngươi đeo nhẫn, chụp bởi Rontgen 4.7.1 Định nghĩa Tia X hay quang tuyến X hay X quang là một sóng điện từ có bước sóng trong khoảng 10 nanômét đến 100 picômét (tức là tần số từ 30 PHz đến 3EHz). 45 4.7.2 Tính chất  Tia X có khả năng đâm xuyên. Có thể đi qua giấy, vải, gỗ và kim loại nhưng bị chì chặn lại. Tia X có bước sóng càng ngắn thì càng xuyên sâu.  Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí.  Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều nhất.  Tia X có thể gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại.  Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: hủy diệt tế bào, diệt vi khuẩn… 4.7.3 Ứng dụng 4.7.3.1 Một số ứng dụng thông dụng Tia X được sử dụng nhiều nhất để chiếu điện, chụp điện ( vì nó bị xương và các chỗ tổn thương bên trong cơ thể cản mạnh hơn da thịt ), để chẩn đoán bệnh hoặc tìm chỗ xương gãy, mảnh kim loại trong người…, để chữa bệnh ( ung thư ). Nó còn được dùng trong công nghiệp để kiểm tra chất lượng các vật đúc, tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong các vật bằng kim loại, để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn… 4.7.3.2 Dùng X-quang trong chế tạo động cơ Các kỹ sư của Ford Motor đã ứng dụng tia X năng lượng cao trong quá trình chế tạo và nghiên cứu động cơ, giúp nâng cao độ bền, giảm trọng lượng và tiết kiệm nhiên liệu. Tia X năng lượng cao giúp các kỹ sư thiết kế chi tiết của Ford thực hiện công việc nhanh chóng và hiệu quả hơn. Cùng có nguyên lý hoạt động cơ bản, nhưng tia X trong y tế sinh ra từ điện thế 150.000 V (đủ nhìn thấy vết nứt trên xương và xuyên qua tấm thép dày 6 mm), còn tia X mà các kỹ sư của Ford sử dụng sinh ra từ điện thế 9 triệu V, giúp họ phân tích các chi tiết có độ dày tới 500 mm, nghĩa là gấp 80 lần so với thông thường. 46 Hình 4.16. Động cơ khi chụp bằng tia X. Trên thực tế, điện thế 9 triệu V là kỳ công của một tổ chức cá nhân, không kể tới các phòng thí nghiệm quân sự. Nếu như các bác sĩ chụp tia X chỉ cần dùng tấm chì mỏng là đủ bảo vệ sức khoẻ thì các kỹ sư của Ford phải giấu mình sau bức tường xi-măng dày tới 2,4 mét. Tia X năng lượng cao trợ giúp các kỹ sư trong quá trình chế tạo những bộ phận của động cơ 3,5 lít V6 mới của Ford. Ảnh X quang giúp các kỹ sư tìm ra những điểm cục bộ có độ mềm không mong muốn trong khối máy nhôm đúc, chủ yếu do quá trình làm lạnh có tốc độ hạ nhiệt không ổn định. Thông tin về các điểm này sau đó được nghiên cứu và giải quyết nhằm nâng độ bền ở mức cao nhất có thể. Hơn nữa, những vùng không cần nhiều độ cứng được "bớt" lượng hợp kim đi để giảm trọng lượng động cơ, nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu tổng thể. Các kỹ sư phân lớp hình ảnh tia X thành mẫu giả định không gian 3 chiều trên máy tính và dùng phần mềm thử nhiệm độ bền, dòng lưu thể, độ ồn, độ rung, độ ráp của bất cứ bộ phận nào. Ví như, các kỹ sư tạo nên bộ góp không gian 3 chiều trên máy tính, sau đó kiểm tra và ghi nhận lưu lượng khí. Dựa trên các số liệu ghi được, họ hiệu chỉnh các thông số để có tốc độ khí tối ưu nhằm nâng cao tính năng động cơ. 47 Hình 4.17. Động cơ 3,5 lít, V6 mới của Ford. Sau tất cả các giai đoạn định hình, kiểm tra, những thông số tối ưu nhất được tập hợp lại và đưa sang bộ phận sản xuất. Những cải tiến công nghệ này giúp các kỹ sư chế tạo những động cơ bền hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn. 4.7.3.3 X-ray crystallography (Tinh thể học tia X) Tinh thể học tia X (X-ray crystallography) được ứng dụng nhiều trong sinh học để xác định cấu trúc của các đại phân tử như protein, DNA hay RNA. Và các phân tử này phải được chuyển về dạng tinh thể. Lí do sử dụng tia X là vì ta không thể nhìn thấy chi tiết một vật nhỏ hơn nửa bước sóng đang sử dụng. Mà kích thước nguyên tử quá nhỏ, nên phải dùng tia X vì có bước sóng đủ ngắn để thấy được chi tiết nguyên tử. Tuy nhiên, năng lượng sóng thì tỉ lệ nghịch với bước sóng, nghĩa là bước sóng càng ngắn thì năng lượng càng cao, càng dễ phá hỏng mẫu phân tử sinh học. Đó là lí do mà phải chuyển về dạng tinh thể để giảm sự phá hoại của tia X. Tia X khi chiếu vào tinh thể sẽ tương tác với các electron hóa tri (valence electron) của các nguyên tử thành phần được phân bố trong không gian. Các electron này sẽ tán xạ (scatter) tia X ra các hướng, tùy vào sự sắp xếp trong không gian của nguyên tử. [Cái này cũng giống như dùng một đèn pin lớn chiếu vào một cây đèn chùm (chandelier) mà ta không được phép nhìn thấy. Dù không biết cây đèn chùm hình dáng thể nào, nhưng dựa vào bóng phản chiếu (các pattern) ta cũng có thể dự đoán sự sắp xếp của các mảnh thủy tinh trên cây đèn chùm] Một màn hình 48 sẽ ở phía sau để lưu lại ví trí tán xạ và cường độ của tia X bị tán xạ. Sau khi có các dữ liệu này rồi, người ta sẽ dùng các công thức tính toán phức tạp để xác định vị trí các electron bao quanh các nguyên tử và từ đó suy ra vị trí các nguyên tử. Các mẫu nhiễu xạ thu được sẽ có mối quan hệ với vật phát tán các sóng chiếu tới nó thông qua một phép toán biển đổi gọi là biến đổi Fourier (Fourier transform). Nếu mật độ các electron (electron density) bao quanh mỗi nguyên tử là một hàm toán học, thì mẫu nhiễu xạ tia X thu được tương ứng là biến đối Fourier của hàm đó. Với tính chất có thể biến đổi ngược của phép biến đổi Fourier, ta có thể dùng máy tính để xây dựng lại hình ảnh mật độ electron dựa vào ảnh mẫu nhiễu xạ. PDB (Protein Data Bank) lưu trữ cấu trúc protein và các phân tử sinh học khác miễn phí sử dụng. Để hiển thị cấu trúc 3D của chúng, ta dùng phần mềm RasMol hay Pymol. 4.7.4 Tác hại 4.7.4.1 Tác hại của tia X liều lượng thấp Theo các nhà khoa học Đức, liều lượng tia X thấp có thể gây tổn thương lâu hơn liều lượng cao. Kết quả nghiên cứu của họ sẽ được các phòng thí nghiệm khác kiểm chứng và sau đó được lặp lại ở động vật sống trước khi bác sĩ có thể đưa ra chỉ dẫn về tác động của tia X liều thấp đối với con người. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Markus Lobrich thuộc ĐH Sarrlandes đứng đầu đã cho các tế bào nằm trong đĩa cấy của người tiếp xúc với nhiều mức tia X khác nhau trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy tổn thương do liều bức xạ thấp kéo dài lâu hơn từ vài ngày tới vài tuần so với tổn thương do mức bức xạ mạnh hơn gây ra. Bức xạ ion hoá giống như bức xạ do tia X và các sản phẩm phân rã hạt nhân tạo ra có thể gây bệnh máu trắng và các dạng ung thư khác. Bức xạ có thể gây đứt gãy ở ADN. Trước đây, giới khoa học cho rằng cơ thể có khả năng sửa chữa những đứt gãy này ở cùng tốc độ. 49 Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của Lobrich phát hiện điều đó không đúng. Theo họ, cơ thể không nhận ra mức tổn thương thấp hơn và do đó không tiến hành công việc sửa chữa. Khi những tế bào bị tổn thương đó phân chia và nhân lên, tổn thương không được sửa chữa cũng nhân theo. Họ cho biết đã phát triển một phương pháp xét nghiệm mà sẽ giúp bác sĩ tìm kiếm tổn thương di truyền ở những người tiếp xúc với tia X ở liều lượng thấp chẳng hạn như bệnh nhân ung thư đang được điều trị bằng xạ trị và những nhân viên y tế vận hành thiết bị tia X. 4.7.4.2 Tác hại của chụp X – quang Tia X rất độc hại, nếu chụp X – quang không được tiến hành trong điều kiện an toàn, phòng chụp, thiết bị chụp không đạt tiêu chuẩn an toàn do Bộ y tế và tổ chức y tế thế giới đề ra, cùng với việc đội ngũ bác sỹ chụp X – quang không được trang bị đầy đủ kiến thức thì quả là điều nguy hiểm đối với người bệnh. Ngoài nguyên nhân từ phòng chụp X - quang không đạt chuẩn, bệnh nhân nhiễm xạ còn từ sự lạm dụng của bác sĩ. Theo một khảo sát của Cục kiểm soát và an toàn bức xạ hạt nhân, hiện nay có đến 55% phòng chụp X - quang ở Việt Nam không bảo đảm che chắn, 70% không đủ tiêu chuẩn kích thước, nhiều phòng chụp có mức chiếu xạ vượt 2 – 5 lần giới hạn cho phép. Hậu quả của điều này thường rơi trực tiếp lên bệnh nhân. Thậm chí chất bài tiết của những người vừa chụp X – quang cũng gây tác hại rất lớn đối với những người xung quanh. Gần đây, tại trung tâm y tế dự phòng Hà Nội, người ta đã phát hiện ra những hiện tượng lạ xung quang khu vực chụp X – quang của bệnh viện như cây xanh thiếu tươi tốt, động vật chết không rõ nguyên nhân…Và các cơ quan chức năng đã khẳng định nguyên nhân của những hiện tượng trên là do phòng chụp X – quang của trung tâm y tế không đạt tiêu chuẩn an toàn, gây tác động xấu lớn đến môi trường xung quanh. 50 Ước tính mỗi năm cả nước có khoảng 2.500 người bị ung thư do nhiễm xạ, thủ phạm chính không ai khác là các phòng chụp X - quang không đạt chuẩn. Theo các chuyên gia y học, tổn thương khi bị nhiễm xạ biểu hiện ở nhiều cơ quan và đa dạng như mô limpho và tuỷ xương (ngừng hoạt động), niêm mạc ruột (tiêu chảy, sụt cân), máu (nhiễm độc), da (ban đỏ, viêm da, sạm da), giảm sức đề kháng cơ thể, vô sinh, ung thư… Đặc biệt, phụ nữ đang mang thai chụp X – quang là điều hết sức nguy hiểm đối với thai nhi. Có một điều hầu hết các bà mẹ đều không hay biết hoặc không được tư vấn: đó là việc siêu âm thai nhi và chụp X – quang trong quá trình mang thai hầu hết sẽ bị ảnh hưởng bức xạ. Đây là kết luận của Viện Hàn Lâm Y học Quốc gia Pháp và cơ quan thực phẩm và dược phẩm của Pháp (AFSSAPS). Cơ quan này đã khuyến cáo các bà mẹ nên hết sức thận trọng đối với việc siêu âm thai ngoài mục đích chuẩn đoán bệnh, do bức xạ phát ra từ những chiếc máy được sử dụng có thể gây hại cho thai nhi. Việc khám thai bằng phương pháp siêu âm có vẻ không có tác động về mặt sinh học, nhưng thực ra lại ảnh hưởng lớn đến thai nhi, gây nguy cơ bào thai bị nứt đốt sống hay sinh ra những quái thai như không có não, bị thoái vị não, não lòi ra ngoài sọ… Vì vậy, trong thực tế, có nhiều bà mẹ khi mang thai do thiếu hiểu biết đã đi chụp X – quang vì những nguyên nhân khác nhau cuối cùng đều gây tác hại nguy hiểm đến thai nhi và dẫn đến việc phải bỏ thai vì nguy cơ đứa bé sinh ra không bình thường rất cao. 4.8 Gamma rays 4.8.1 Định nghĩa Tia gamma là một loại bức xạ không nhìn thấy có bước sóng vào khoảng 10-14 m đến 10-10 m. Sự khác nhau giữa bức xạ gamma và bức xạ Rơghen (tia X) là ở nguồn gốc: bức xạ gamma phát ra từ trong hạt nhân nguyên tử, còn tia X sinh ra ở ngoài nhân. Tốc độ lan truyền của tia gamma bằng tốc độ ánh sáng. Năng lượng của 51 nó phụ thuộc vào tần số hoặc độ dài của bước sóng. Bức xạ gamma có năng lượng lớn nhất so với tia X, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại … 4.8.2 Ứng dụng 4.8.2.1 Dao gamma Là phương tiện phẫu thuật bằng bức xạ gamma tập trung, định vị ba chiều, cho phép xác định chính xác và điều trị các khối u nằm sâu trong não hoặc các khối dị dạng động tĩnh mạch có đường kính nhỏ hơn 5 cm chỉ bằng một lần phẫu thuật trong điều kiện gây tê cục bộ. Nguyên lý hoạt động của GAMMA KNIFE khá đơn giản. Sau khi xác định được điểm cần phẫu thuật, dựa vào chụp cắt lớp mô phỏng định vị khối u, sẽ dùng chính tia GAMMA (Nhiều tia xuất phát từ các vị trí khác nhau xung quanh hộp sọ cùng chiếu một lúc và các tia này sẽ hội tụ vào đúng vị trí u đã được định vị). Vì vậy điểm tập trung các tia này có cùng độ lớn sẽ phá huỷ và tiêu diệt khối u mà vùng não xung quanh hầu như không bị tổn thương. Đó là ưu điểm nổi bật so với mổ mở. Gọi là phẫu thuật bằng Dao Gamma, có nghĩa là ở đây giống như phẫu thuật cắt bỏ nhưng không phải dùng dao kéo thông thường mà dùng chùm tia Gamma rất mảnh có năng lượng cao đưa vào để tiêu diệt khối u trong não. Dao Gamma quay (có duy nhất ở bệnh viện Bạch Mai ở thời điểm hiện tại) có ưu điểm hơn nhiều so với dao Gamma cổ điển Leksell khác vì các chùm tia phát ra từ nguồn xạ, sẽ thay đổi liên tục do các nguồn và các lỗ quay. Do vậy nó đạt được hiệu quả điều trị cao nhất với mô bệnh mà liều chiếu cho mô lành lại rất thấp. Gamma Knife là để điều trị các u não, tổn thương dị dạng mạch máu não có kích thước nhỏ, nằm ở vị trí sâu, khó với tới một cách an toàn bằng lưỡi dao mổ thông thường. Khi tổn thương nằm sâu, nếu mổ hở như thông thường, phẫu thuật viên có thể làm tổn thương vùng não lành, gây biến chứng cho bệnh nhân sau đó như rối loạn thần kinh, tâm thần, liệt nửa người hoặc liệt các vùng thần kinh. Thậm 52 chí nếu đụng chạm đến những trung khu thần kinh quan trọng, bệnh nhân còn có thể tử vong ngay trên bàn mổ. Gamma Knife đặc biệt có giá trị cao đối với những trường hợp u ác tính di căn lên não. Khi di căn đến những cơ quan trong cơ thể, u ác tính thường tạo ra nhiều khối u khác nhau và gây chèn ép. Đối với những cơ quan thông thường, u ác tính thường không tạo ra hậu quả tức thời, nhưng đối với não lại gây ra tăng áp lực trong sọ, đe dọa tức khắc đến tính mạng bệnh nhân. Khi can thiệp bằng dao gamma, hiện tượng chèn ép được giải quyết, phù não giảm nhanh chóng, kéo dài sự sống cho bệnh nhân. 4.8.2.2 Tia gamma khử mùi khó chịu trong đậu Hà Lan Hình 4.18. Đậu Hà Lan là món ăn bổ, nhưng hay gây ợ chua. Người sành ăn đậu Hà Lan sắp tới sẽ không phải phàn nàn về các chứng đầy hơi, ợ chua... do một loại axit yếu dưới lớp vỏ của loại hạt này gây ra trong ruột. Một nhóm khoa học Ấn Độ tuyên bố mới tìm ra phương pháp dùng tia gamma để khử axit này. Nhóm khoa học của Jammala Machaiah và Mrinal Pednekar, tại Trung tâm Nguyên tử Bhabha (Ấn Độ), đã dùng tia gamma yếu khử gần hết các thành tố axit oligosacharide dưới vỏ đậu Hà Lan. Bình thường, khi tiêu hóa, các vi khuẩn trong ruột ăn thứ axit này, gây chứng đầy hơi, ợ chua rất khó chịu. Theo ông Machaiah, đậu Hà Lan sau khi được xử lý bằng tia gamma không hề bị nhiễm xạ, và không gây hại gì cho sức khỏe. Tuy nhiên, một số nhà khoa học 53 châu Âu kịch liệt phản đối phương pháp này, vì họ cho rằng tia gamma có thể tạo ra các thành tố gây ung thư trong thực vật. 4.8.2.3 .Kính viễn vọng tia gamma (GLAST)  Tại sao gọi là Glast? Đó là tên viết tắt của Gamma-ray Large Area Space Telescope(kính viễn vọng Không gian tia Gamma Diện tích rộng).Nhưng Nasa cũng mở cuộc thi tìm một tên nào mới hay hơn cho phi thuyền không gian này .  Nhiệm vụ của Glast: Glast sẽ rọi ánh sáng vào một số những hoạt động mãnh liệt nhất trong vũ trụ, làm thoát ra năng lượng khổng lồ dưới dạng các tia Gamma. Nó có thể quét bầu trời với những vụ nổ vũ trụ khối lượng lớn,những lỗ đen khổng lồ quăng vật chất qua không gian,và những ngôi sao trung hòa điện tử với từ trường cực mạnh. Thời gian hoạt động của Glast là 5 năm,nhưng cũng có thể kéo dài tới 10 năm.  Glast còn làm gì khác? Glast cũng tìm hiều những vụ nổ vũ trụ bí mật được gọi là nổ tung tia gamma (gamma-ray bursts-GRBs). Những sự kiện này phóng ra năng lượng trong 1 giây bằng với một ngôi sao như Mặt Trời phóng ra trong cuộc đời từ 5-10 tỉ năm. Dave Thompson,nhà khoa học trong dự án trung tâm Bay Không gian Goaddard của Nasa, nói: Chúng ta chỉ mới gãi ở bề mặt về hiện tượng của những tia gamma. Chúng ta có nhiều điều cần biết chúng vận hành ra sao và quan trọng hơn những vật thể và hiện tượng này đã ảnh hưởng thế nào đến vũ trụ. Đây là nơi Glast sẽ tới. Glast cũng có nhiệm vụ cùng tìm hiểu nền vật lí mới, nhằm rọi chiếu sáng vào bản chất của vật thể tối chiếm khoảng 22% vũ trụ.  Nguyên tắc hoạt động của Glast? 54 Glast là một bước tiến so với những kính viễn vọng dùng tia gamma trước đây và sẽ bao trùm một loại tia sáng không thể tin nổi với giới hạn năng lượng cao nhờ quang phổ điện từ. Tiến sĩ Steven Ritz, nhà khoa học cầm đầu về Glast, cho biết: nếu Glast là một cây đàn dương cầm, nó có tới khoảng 23 bát âm. Với khả năng lớn đến vậy, đều quan trọng nhất đối với chúng ta là kinh ngạc.  Glast sẽ hoạt động ra sao? Dụng cụ chính trên phi thuyền không gian là Kính viễn Vọng Diện tích rộng (Large Area Telescope-Lat). Những tia gamma mang theo nhiều năng lượng sẽ bị bắt giữ theo các quy ước ,nên kính viễn vọng không có thấu kính hay gương phản chiếu. Thay vào đó Glast sử dụng nhiều lớp lá kim loại để bắt giữ bức xạ năng lượng từ ngoài không gian. Một khi Glast lên tới quỹ đạo, phi thuyền sẽ được kiểm tra lại đến tuần lễ thứ ba sau khi phóng đi, các dụng cụ của phi thuyền bắt đầu bắt sóng và kiểm tra kích cỡ. Hình 4.19. Hình ảnh của Glast 55 Hình 4.20. Hình ảnh của Glast Hình 4.21. Hình ảnh của Glast. 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Hữu Chí (2003), Điện động lực học, nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 2. Phạm Văn Đổng, Hoàng Lan (2002), Giáo trình điện động lực học và thuyết tương đối 3. Phan Thanh Vân (2007), Giáo trình vô tuyến điện tử, Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh 4. 5. bang-song-radio.htm 6. radio.htm 7. suc-khoe-nhu-the-nao.htm 8. 9. 100248.html#pid100248 10. 11. 12. 13. 14. 15. khoe/65092740/217/ 57 16. kho/20016817/188/ 17. 18. 19. co/10934026/350/ 20. 21. =3213 22. bang-song-radio.php 23. 24. D=11 25. 26. 27. 50634E40334CD&idx=7&q=b%C6%B0%E1%BB%9Bc+s%C3%B3ng+s%C3%B 3ng+radio&p=1&title=C%C4%83ng+da%2C+l%C3%A0m+tan+m%E1%BB%A1 +b%E1%BA%B1ng+%3Cb%3Es%C3%B3ng%3C%2Fb%3E+t%E1%BA%A7n+s %E1%BB%91+%3Cb%3Eradio%3C%2Fb%3E&url=http%3A%2F%2Fwww.sggp. org.vn%2Fyhoc%2F2006%2F7%2F55394%2F 28.