kusang paglabas.

Isaalang-alang sa ilang medium ang dalawang antas ng enerhiya 1 at 2 na may mga enerhiya at (< ).Предположим, что атом или молекула вещества находится первоначально в состоянии соответствующая уровню 2 .Поскольку < атом будет стремится перейти на уровень 1.Следовательно, из атома должна соответствующая разность энергий - .Когда эта энергия высвобождается в виде электромагнитной волны, процесс называется спонтанным излучением. При этом частота излучаемой волны опред-ся формулой (полученной Планком):

yun. kusang paglabas na nailalarawan sa pamamagitan ng paglabas ng isang photon na may enerhiya - kapag ang isang atom ay pumasa mula sa antas 2 hanggang 1. (Fig.)

Ang posibilidad ng kusang paglabas ay maaaring matukoy tulad ng sumusunod. Ipagpalagay natin na sa sandali ng oras t sa antas 2 mayroong mga atomo sa dami ng yunit. Transition rate ( /dt)spont. Ang mga atom na ito, bilang resulta ng kusang paglabas sa pinakamababang antas, ay malinaw na proporsyonal sa . Samakatuwid, maaari nating isulat ang:

( /dt)spont. =A(2)

Ang kadahilanan A ay kumakatawan sa posibilidad ng kusang paglabas at tinatawag na koepisyent. Einstein A. Ang halaga \u003d 1 \ A ay tinatawag na spontaneous lifetime. Ang numerical value ng A () ay depende sa partikular na transition na kasangkot sa radiation.

sapilitang pagpapalabas.

Ipagpalagay na ang atom nah. isang electromagnetic wave na may frequency na tinukoy ng expression (1) - \h (i.e., na may frequency na katumbas ng frequency ng isang kusang ibinubuga na wave) ay bumaba sa antas 2 at sa isang substance. Dahil ang mga frequency ng incident wave at radiation na nauugnay na may atomic transition ay pantay sa isa't isa , may hangganan ang posibilidad na ang incident wave ay magdudulot ng transition mula sa 2→1. Sa kasong ito, ang energy difference - ay ilalabas sa anyo ng electric wave, na magiging idinagdag sa insidente ng isa. Ito ang kababalaghan ng sapilitang paglipat.

Mayroong makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga proseso ng spontaneous at stimulated emission. Sa kaso ng kusang paglabas, ang isang atom ay nagpapalabas ng isang electromagnetic wave, ang yugto nito ay walang tiyak na koneksyon sa yugto ng alon na ibinubuga ng isa pang atom. Bukod dito, ang ibinubuga na alon ay maaaring magkaroon ng anumang direksyon ng pagpapalaganap. Sa kaso ng stimulated emission, dahil ang proseso ay pinasimulan ng input wave, ang radiation ng anumang atom ay idinagdag sa wave na ito sa parehong yugto. Tinutukoy din ng incident wave ang propagation direction ng emitted wave. Ang proseso ng stimulated emission ay maaaring ilarawan gamit ang equation:

( /dt)cont.= (3)

Kung saan (/dt)vyv.- ang bilis ng paglipat 2 → 1 dahil sa stimulated radiation, at. Tulad ng coe-t A na tinutukoy ng expression (2), mayroon din itong dimensyon (oras) ^-1. Gayunpaman, hindi tulad ng A, ito ay nakasalalay hindi lamang sa isang partikular na paglipat, kundi pati na rin sa intensity ng insidente ng electromagnetic wave.

kung saan ang F ay ang density ng photon flux sa incident wave, ay isang value na may sukat ng lugar (ang cross section ng stimulated emission) at depende sa mga katangian ng ibinigay na transition.

4. Pagsipsip. Mga koepisyent ng pagsipsip.

Ipagpalagay na ang atom sa una ay nasa antas 1. Kung ito ang pangunahing antas, kung gayon ang atom ay mananatili dito hanggang sa ito ay maapektuhan ng ilang panlabas na kaguluhan. Hayaang tumama ang electromagnetic wave sa substance na may frequency na tinutukoy ng expression : 2 - E 1 )/ h.

Sa kasong ito, mayroong isang tiyak na posibilidad na ang atom ay mapupunta sa itaas na antas 2. Ang pagkakaiba sa enerhiya E 2 - E 1 , na kinakailangan para sa atom na gumawa ng paglipat, ay kinuha mula sa enerhiya ng insidente electromagnetic wave. Ito ang proseso ng pagsipsip. Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa (dN 2 / dt ) labasan = - W 21 N 2 posibilidad ng pagkuha W 12 ay tinutukoy ng equation: dN 1 / dt = - W 12 N 1 , saan N 1 ay ang bilang ng mga atom sa bawat yunit ng volume na kasalukuyang nasa antas 1. Bilang karagdagan, tulad ng sa expression W 21 = 21 F , maaari kang sumulat: W 12 = 12 F . Dito 12 ilang lugar (absorption cross section), na nakasalalay lamang sa isang partikular na paglipat. Ipagpalagay natin ngayon na ang bawat atom ay maaaring italaga ng isang epektibong cross section ng pagsipsip ng photon a sa diwa na kung ang isang photon ay pumasok sa cross section na ito, ito ay maa-absorb ng atom. Kung ang cross-sectional area ng isang electromagnetic wave sa isang medium ay tinutukoy ng S , pagkatapos ay ang bilang ng mga atomo ng daluyan na iluminado ng alon sa isang layer ng kapal dz katumbas N 1 Sdz at pagkatapos ay ang kabuuang absorption cross section ay magiging katumbas ng a N 1 Sdz . Samakatuwid, ang kamag-anak na pagbabago sa bilang ng mga photon ( dF / F ) sa isang layer ng kapal dz kapaligiran ay: dF / F = - a N 1 Sdz / S . Malinaw na = a , kaya ang dami ay maaaring bigyan ng kahulugan ng epektibong pagsipsip ng cross section. Ang pakikipag-ugnayan ng radiation sa bagay ay maaaring ilarawan nang iba sa pamamagitan ng pagtukoy sa koepisyent gamit ang expression: = ( N 1 – N 2 ). Kung ang N 1 > N 2 , kung gayon ang halaga ay tinatawag na koepisyent ng pagsipsip. Ang koepisyent ng pagsipsip ay matatagpuan bilang: (2 2 /3 n 0 c 0 h )( N 1 – N 2 ) 2 g t ( ) . Dahil ito ay nakasalalay sa mga populasyon ng dalawang antas, hindi ito ang pinakaangkop na parameter para sa paglalarawan ng pakikipag-ugnayan sa mga kaso kung saan nagbabago ang antas ng mga populasyon, tulad ng sa isang laser, halimbawa. Gayunpaman, ang bentahe ng parameter na ito ay maaari itong direktang masukat. Talaga, dF = - fdz . Samakatuwid, ang ratio ng density ng photon flux na dumaan sa medium hanggang sa lalim l , sa density ng insidente photon flux ay katumbas ng F ( l )/ F (0)= exp (- l ) . Ang mga pang-eksperimentong sukat ng ratio na ito gamit ang sapat na monochromatic radiation ay nagbibigay ng halaga para sa partikular na wavelength ng ilaw ng insidente. Ang kaukulang transisyon na cross section ay nakuha mula sa expression = ( N 1 – N 2 ) , kung alam ang mga hindi pag-aayos N 1 at N 2 . Ang device para sa pagsukat ng absorption coefficient ay tinatawag na absorption spectrophotometer.

Bouguer - Lambert - Batas ng Beer- isang pisikal na batas na tumutukoy sa attenuation ng isang parallel na monochromatic beam ng liwanag kapag ito ay dumarami sa isang absorbing medium.

Ang batas ay ipinahayag ng sumusunod na pormula:

kung saan ang I0 ay ang intensity ng papasok na sinag, l ay ang kapal ng materyal na layer kung saan dumadaan ang liwanag, ang kλ ay ang absorption coefficient (huwag malito sa walang dimension na absorption index κ, na nauugnay sa kλ ng formula kλ = 4πκ / λ, kung saan ang λ ay ang wavelength).

Ang index ng pagsipsip ay nagpapakilala sa mga katangian ng isang sangkap at nakasalalay sa haba ng daluyong λ ng hinihigop na liwanag. Ang pag-asa na ito ay tinatawag na spectrum ng pagsipsip ng sangkap.

Ang paglipat ng isang nasasabik na sistema (atom, molekula) mula sa itaas na antas ng enerhiya patungo sa mas mababang mga antas ay maaaring mangyari nang kusang-loob o sapilitan.

Ang kusang tinatawag na isang kusang (independent) na paglipat, dahil lamang sa mga salik na gumagana sa loob ng system at likas dito. Tinutukoy ng mga salik na ito ang average na oras ng paninirahan ng system sa nasasabik na estado; ayon sa kaugnayang Heisenberg (tingnan ang § 11),

Sa teorya, ang oras na ito ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga halaga sa loob ng:

ibig sabihin, ito ay nakasalalay sa mga katangian ng system - ang pagkalat ng mga halaga ng enerhiya ng nasasabik na estado (ang katangian ng system ay karaniwang kinukuha bilang ang average na halaga ng oras na ginugol sa mga nasasabik na estado, depende sa average Dapat ding isaalang-alang ang epekto sa sistema ng nakapalibot na espasyo ("pisikal na vacuum"), kung saan kahit na walang mga electromagnetic wave, mayroong, ayon sa quantum theory, isang pabagu-bagong field ("vacuum fluctuations ”); ang field na ito ay maaaring pasiglahin ang paglipat ng nasasabik na sistema sa mas mababang mga antas at dapat isama sa mga hindi maalis na salik na nagdudulot ng mga kusang paglipat.

Ang induced ay isang sapilitang (stimulated) na paglipat sa isang mas mababang estado na masigasig, sanhi ng ilang panlabas na impluwensya sa nasasabik na sistema: mga thermal collisions, pakikipag-ugnayan sa mga kalapit na particle, o isang electromagnetic wave na dumadaan sa system. Gayunpaman, ang isang mas makitid na kahulugan ay naitatag sa panitikan: ang isang sapilitan na paglipat ay tinatawag na isang paglipat na dulot lamang ng isang electromagnetic wave, bukod pa rito, ng parehong dalas na ibinubuga ng system sa panahon ng paglipat na ito (ang mga larangan ng iba pang mga frequency ay hindi magkakatugma sa ang mga natural na oscillations ng system,

samakatuwid ang kanilang stimulating effect ay magiging mahina). Dahil ang "carrier" ng electromagnetic field ay isang photon, ito ay sumusunod mula sa kahulugan na ito na may sapilitan radiation, isang panlabas na photon stimulates ang kapanganakan ng isang bagong photon ng parehong dalas (enerhiya).

Isaalang-alang natin ang pinakamahalagang katangian ng kusang-loob at sapilitan na mga transition gamit ang isang simpleng idealized na halimbawa. Ipagpalagay natin na sa dami ng V na may mga dingding na salamin ay may magkaparehong mga sistema (mga atomo, molekula), kung saan, sa paunang takdang sandali ng oras, ang ilang bahagi ay inililipat sa isang nasasabik na estado na may enerhiya, ang kabuuang labis na enerhiya sa volume na ito. ay magiging katumbas ng. Para sa mga kusang paglipat, ang sumusunod ay katangian:

1) ang proseso ng paglipat ng mga nasasabik na sistema sa mga normal na estado (ibig sabihin, ang radiation ng labis na enerhiya ay pinalawig sa oras. Ang ilang mga sistema ay nasa isang nasasabik na estado sa maikling panahon; para sa iba, ang oras na ito ay mas mahaba. Samakatuwid, ang flux ( kapangyarihan) ng radiation ay magbabago sa paglipas ng panahon, aabot sa maximum sa ilang sandali at pagkatapos ay asymptotically bababa sa zero. Ang average na halaga ng radiation flux ay magiging katumbas ng

2) ang sandali ng oras kung kailan nagsisimula ang radiation ng isang system, at ang lokasyon ng system na ito ay ganap na hindi nauugnay sa sandali ng radiation at ang lokasyon ng isa pa, i.e. walang "consistency" (correlation) sa pagitan ng mga radiating system alinman. sa espasyo o sa oras. Ang mga kusang paglipat ay ganap na random na mga proseso, nakakalat sa oras, sa dami ng kapaligiran at sa lahat ng posibleng direksyon; Ang mga eroplano ng polarization at electromagnetic radiation mula sa iba't ibang mga sistema ay may probabilistikong pagkalat, kaya ang mga naglalabas mismo ay hindi pinagmumulan ng magkakaugnay na mga alon.

Upang makilala ang sapilitan na mga transition, ipagpalagay natin na ang isang photon na may enerhiya na eksaktong katumbas ng ay ipinapasok sa itinuturing na volume V sa sandali ng oras. May ilang posibilidad na ang photon na ito ay maa-absorb nito sa panahon ng isa sa mga banggaan sa hindi nasasabik na sistema; ang posibilidad na ito ay isasaalang-alang sa ibaba sa isang mas pangkalahatang kaso (kapag ang mga system na isinasaalang-alang ay nakikipag-ugnayan sa isang photon gas sa volume V). Ipagpalagay namin na ang photon ay hindi hinihigop, ay paulit-ulit na makikita mula sa mga dingding ng sisidlan, at sa mga banggaan sa mga nasasabik na sistema ay pinasisigla ang paglabas ng parehong mga photon, ibig sabihin, ay nagiging sanhi ng mga sapilitan na paglipat. Gayunpaman, ang bawat bagong photon na lumilitaw sa panahon ng mga transition na ito ay magpapasigla din sa mga sapilitan na mga transition. Dahil ang mga bilis ng photon ay mataas at ang mga dimensyon ng volume V ay maliit, aabutin ng napakaikling oras para sa lahat ng mga nasasabik na sistema na naroroon sa unang sandali ng oras na mapipilitang pumunta sa normal na estado. Samakatuwid, ang mga sapilitan na paglipat ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod:

1) ang oras na kinakailangan para sa pagpapalabas ng labis na enerhiya ay maaaring kontrolin at gawing napakaliit, kaya ang radiation flux ay maaaring maging napakalaki;

2) bilang karagdagan, ang photon na naging sanhi ng paglipat at ang photon ng parehong enerhiya (dalas) na lumitaw sa panahon ng paglipat na ito ay nasa parehong yugto, ay may parehong polariseysyon at direksyon ng paggalaw. Samakatuwid, ang mga electromagnetic wave na nabuo ng sapilitan na radiation ay magkakaugnay.

Gayunpaman, hindi lahat ng banggaan ng isang photon na may isang nasasabik na sistema ay humahantong sa paglipat nito sa normal na estado, ibig sabihin, ang posibilidad ng isang sapilitan na paglipat sa bawat "aksyon ng pakikipag-ugnayan" ng isang photon sa sistema ay hindi katumbas ng pagkakaisa. Tukuyin natin ang posibilidad na ito sa pamamagitan ng Ipagpalagay natin na sa isang naibigay na sandali ng oras ay may mga photon sa volume V at bawat isa sa kanila, sa karaniwan, ay maaaring magkaroon ng banggaan bawat yunit ng oras. Pagkatapos ay ang bilang ng mga sapilitan na paglipat sa bawat yunit ng oras, at samakatuwid ang bilang ng mga photon na lilitaw sa volume V ay magiging katumbas ng

Tukuyin natin ang bilang ng mga nasasabik na sistema sa volume V bilang Ang bilang ng mga banggaan ng mga photon na may mga nasasabik na sistema ay magiging proporsyonal sa konsentrasyon ng mga naturang sistema, ibig sabihin, maaari itong ipahayag depende sa:

kung saan ang shind ay isinasaalang-alang ang lahat ng iba pang mga kadahilanan maliban sa bilang ng mga photon at ang bilang ng mga nasasabik na sistema

Ang pagtaas sa bilang ng mga photon sa volume V ay magaganap din dahil sa spontaneous emission. Ang posibilidad ng isang kusang paglipat ay ang kapalit ng average na oras ng paninirahan sa isang nasasabik na estado. Samakatuwid, ang bilang ng mga photon na lumilitaw sa bawat yunit ng oras dahil sa mga kusang paglipat ay magiging katumbas ng

Ang pagbaba sa bilang ng mga photon sa volume V ay magaganap bilang isang resulta ng kanilang pagsipsip ng mga hindi nasasabik na sistema (sa kasong ito, ang bilang ng mga nasasabik na sistema ay tataas). Dahil hindi lahat ng "aksyon ng pakikipag-ugnayan" ng isang photon na may isang sistema ay sinamahan ng pagsipsip, ang posibilidad ng pagsipsip ay dapat ipakilala.

Hanapin natin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga intensity ng mga proseso ng paglabas at pagsipsip ng mga photon, ibig sabihin, ang mga proseso ng paglipat ng mga system mula sa mas mataas na antas patungo sa mas mababang antas at vice versa:

Depende sa halaga sa isinasaalang-alang na volume, maaaring mangyari ang mga sumusunod na pagbabago;

1) kung pagkatapos ay sa dami na ito magkakaroon ng unti-unting pagbaba sa density ng photon gas, ibig sabihin, ang pagsipsip ng nagliliwanag na enerhiya. Ang isang kinakailangang kondisyon para dito ay isang mababang konsentrasyon ng mga nasasabik na sistema:

2) kung pagkatapos ay isang estado ng balanse ay itinatag sa system sa isang tiyak na konsentrasyon ng mga nasasabik na sistema at isang density ng nagliliwanag na enerhiya;

3) kung (na posible sa malalaking halaga, kung gayon sa dami na isinasaalang-alang ay magkakaroon ng pagtaas sa density ng photon gas (radiant energy).

Malinaw na ang pagbaba o pagtaas ng enerhiya ng radiation ay magaganap hindi lamang sa isang nakahiwalay na dami na may mga dingding na mapanimdim, kundi pati na rin sa kaso kapag ang daloy ng monochromatic radiant na enerhiya (ang daloy ng mga photon na may dalas ay kumakalat sa isang daluyan na naglalaman ng nasasabik na mga particle na may labis na enerhiya

Hanapin natin ang relatibong pagbabago sa bilang ng mga photon bawat photon at bawat system; gamit ang (2.86), (2.83), (2.84) at (2.85), nakukuha natin

Tandaan na sa estado ng equilibrium (na posible lamang sa isang positibong temperatura ayon sa formula (2.42) na ibinigay sa § 12, ang ratio ay katumbas ng

Ang partition function sa denominator sa kasong ito ay binubuo lamang ng dalawang termino, na tumutugma sa: 1) mga sistema sa normal na estado na may enerhiya at 2) nasasabik na mga sistema na may enerhiya Mula sa formula na ito ay sumusunod na sa isang walang katapusang malaking positibong temperatura Nangangahulugan ito na sa pamamagitan ng pagtaas ang temperatura imposibleng makamit ang isang estado kung saan ang bilang ng mga nasasabik na sistema ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga hindi nasasabik. ay mas malaki kaysa sa Mneexc, ibig sabihin, kinakailangan na ang bilang ng mga photon na lumilitaw sa panahon ng mga paglipat sa mas mababang antas ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga photon na nasisipsip sa parehong oras). Itinuro sa itaas na ang gayong estado ay hindi makakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura. Samakatuwid, upang makakuha ng isang daluyan na may kakayahang palakasin ang nagliliwanag na pagkilos ng bagay na dumadaan dito, kinakailangan na gumamit ng iba pang (hindi temperatura) na mga paraan ng paggulo ng mga atomo at molekula.

Maaari itong ipakita na maaaring magkaroon ng higit pa (ibig sabihin, N) lamang sa isang negatibong temperatura, ibig sabihin, sa isang di-equilibrium na estado ng medium na isinasaalang-alang. Kung, bilang karagdagan, ang di-equilibrium na estadong ito ay metastable (tingnan ang Bahagi II, § 3), kung gayon posible, sa tulong ng isang angkop na panlabas na impluwensya, na magdulot ng isang biglaang paglipat sa estado ng ekwilibriyo sa pamamagitan ng pagpapakawala ng labis na enerhiya sa isang napakaikling panahon. Ang ideyang ito ay sumasailalim sa pagpapatakbo ng mga laser.

Ang estado ng kapaligiran, kung saan ang mga nasa itaas na antas ng enerhiya ay may malalaking fill factor kumpara sa mga mas mababa, ay tinatawag na inversion. Dahil sa ganitong estado ang daluyan ay hindi nagpapahina, gaya ng dati, ngunit pinahuhusay ang radiation na dumadaan dito, sa pormula para sa pagbabago ng intensity ng nagliliwanag na pagkilos ng bagay sa daluyan

ang koepisyent ay magiging isang negatibong halaga (kaya ang exponent ay isang positibong halaga). Dahil dito, ang isang medium sa isang inversion state ay tinatawag na isang medium na may negatibong absorption index. Ang posibilidad ng pagkuha ng naturang media, ang kanilang mga katangian at paggamit para sa pagpapalakas ng optical radiation ay itinatag at binuo ni V. A. Fabrikant at ng kanyang mga kasama (1939-1951).

Mga mutasyon (mula sa Latin na mutatio - pagbabago) ay isang pagbabago sa mga gene at chromosome, na ipinakita sa isang pagbabago sa mga katangian at katangian ng mga organismo. Inilarawan sila noong 1901 ng Dutch scientist na si De Vries. Inilatag din niya ang mga pundasyon para sa teorya ng mutasyon. Ang proseso ng pagbuo ng mga mutasyon sa oras at espasyo ay tinatawag mutagenesis . Mga sangkap na nagdudulot ng mutasyon sa mga selula mutagens.

Depende sa pinanggalingan, ang mga kusang at sapilitan na mutasyon ay nakikilala.

Generative at somatic mutations.

Maaaring mangyari ang mga mutasyon sa lahat ng yugto ng pag-unlad ng isang organismo at makakaapekto sa mga gene at chromosome kapwa sa mga selulang mikrobyo at sa mga selulang somatic. Samakatuwid, ang mga generative at somatic mutations ay nakikilala sa pamamagitan ng uri ng cell. generative mutations nangyayari sa mga selula ng mikrobyo at sa kasong ito ay ipinapasa sa mga susunod na henerasyon. Somatic mutations mangyari sa anumang iba pang mga somatic cells ng katawan; pinupukaw nila ang kanser, ginulo ang immune system, binabawasan ang pag-asa sa buhay. Ang mga somatic mutations ay hindi minana. Karamihan sa mga carcinogens ay nagdudulot ng mutation sa mga somatic cells.

Kusang at sapilitan na mga mutasyon.

Kusang-loob mutations (kusang pagbabago sa kabuuan ng mga gene ng isang organismo ng isang partikular na species) - yaong mga mutasyon na nangyayari sa mga organismo sa ilalim ng normal na natural na mga kondisyon nang walang maliwanag na dahilan; nangyayari ang mga ito bilang mga pagkakamali sa pagpaparami ng genetic na materyal, dahil ang reduplication ay hindi nangyayari nang may ganap na katumpakan. Sa loob ng mahabang panahon ay pinaniniwalaan na ang mga kusang mutasyon ay walang dahilan. Ngayon sila ay dumating sa konklusyon na ang mga ito ay resulta ng mga natural na proseso na nagaganap sa mga selula. Bumangon sila sa ilalim ng mga kondisyon ng natural na radioactive na background ng Earth sa anyo ng cosmic radiation, radioactive elements sa ibabaw ng Earth, radionuclides sa mga cell ng mga organismo. Maaaring mangyari ang kusang mutation anumang oras sa pag-unlad ng isang indibidwal at makakaapekto sa anumang chromosome o gene. Ang dalas ng paglitaw ng mga kusang mutasyon, halimbawa, 1:100000.

sapilitan Lumilitaw ang mga mutasyon bilang resulta ng pagkilos ng mga mutagen na nakakagambala sa mga prosesong nagaganap sa selula.

Kung ihahambing natin ang dalas ng kusang at sapilitan na mga mutasyon sa mga selula ng mga organismo na may at walang paggamot sa isang mutagen, malinaw na kung ang dalas ng mga mutation ay tumaas ng 100 beses bilang isang resulta ng pagkakalantad sa isang mutagen, kung gayon ang isang mutation ay magiging spontaneous. , ang iba ay sapilitan.

mga kadahilanan ng mutagenesis.

Depende sa lokasyon sa cell, mayroong genetic atchromosomal mutasyon . genetic, o punto, ang mga mutasyon ay binubuo sa pagbabago ng mga indibidwal na gene (pagkawala, pagpasok o pagpapalit ng isang pares ng mga nucleotide. Chromosomal mutations may ilang uri atmakakaapekto:

pagbabago sa istraktura ng mga chromosome (pangunahing muling pagsasaayos sa mga indibidwal na fragment ng DNA):

Mga pagtanggal (pagkawala ng bilang ng mga nucleotide);

Mga duplikasyon (pag-uulit ng mga fragment ng DNA, na nagreresulta sa pagpapahaba nito);

Inversions (pag-ikot ng isang seksyon ng chromosome sa pamamagitan ng 180 0);

Mga Pagsasalin (paglipat ng isang segment ng isang chromosome sa isang bagong posisyon sa isa o ibang chromosome).

Ang mga mutasyon na nakakaapekto sa istruktura ng mga chromosome ay tinatawag chromosomal rearrangements , o mga aberasyon.

pagbabago sa bilang ng mga chromosome:

Polyploidy (isang pagtaas sa maramihang hanay ng mga chromosome);

Haploidy (pagbawas ng buong hanay ng mga chromosome);

Aneuploidy (paglabag sa normal na bilang ng mga chromosome dahil sa pagdaragdag o pag-alis ng isa o higit pang mga chromosome).

Ang mga mutasyon na nakakaapekto sa bilang ng mga chromosome sa mga selula ng katawan ay tinatawag genomic . Genome ay ang kabuuan ng mga gene ng isang organismo ng isang partikular na species.

Ang mga proseso ng mutation ay nangyayari hindi lamang sa mga tao, kundi pati na rin sa mga hayop at halaman. Samakatuwid, isinasaalang-alang namin ang mga pangkalahatang pattern. Ang mga Chromosomal aberration ay matatagpuan sa mga halaman, hayop at tao. Nagdudulot sila ng mga problema sa kalusugan. Ang polyploidy ay mas karaniwan sa mga halaman, ngunit bihira sa mga hayop at tao (ang bilang ng mga chromosome ay maaaring tumaas ng 3, 4, 5 beses). Ang haploidy ay matatagpuan din pangunahin sa mga halaman (mga 800 species ng halaman ay may mga haploid), sa mga hayop ito ay napakabihirang, at ito ay hindi kilala sa mga tao. Ang aneuploidy ay karaniwan sa mga halaman, hayop, at tao. Ang mga pagtanggal ay ang pinakamadalas at mapanganib na anyo ng pagkasira ng chromosome para sa mga tao. Ang ilang mga pagdoble ay nakakapinsala at nakamamatay pa nga. Ang pag-uulit ng isang chromosome segment ay maaaring maliit, na nakakaapekto sa isang gene, o malaki, na nakakaapekto sa isang malaking bilang ng mga gene. Maaaring may mga hindi nakakapinsalang duplikasyon. Nagaganap ang mga pagsasalin bilang resulta ng pagkasira ng chromosome. Maaari silang magkaiba sa laki mula sa maliit hanggang sa malaki.

Maaaring hindi napapansin ang mga mutasyon kung makakaapekto ang mga ito sa mga maliliit na bahagi ng mga namamana na istruktura, ngunit maaari silang humantong sa mga malubhang karamdaman, hanggang sa pagkamatay ng organismo.

Ang nagresultang pinsala sa DNA ay hindi kinakailangang natanto sa isang mutation. Maaari silang mawala nang walang bakas, salamat sa epektibong sistema ng pagpapanumbalik ng pinsala sa genetic (pagkukumpuni) na umiiral sa cell. Ang pagpapakita ng mutant gene ay maaaring pigilan ng pagkilos ng isa pang gene. Sa kasong ito, ang mutant gene ay maaaring maipasa mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon at ipapakita lamang ang sarili nito kapag nagtagpo ang dalawang magkaparehong mutant gene sa germ cell. Ang ilang mga mutasyon ay lumilitaw lamang sa ilalim ng ilang mga kondisyon ng pagkakaroon. Halimbawa, sa isang tiyak na temperatura ng paglilinang ng mga mutant microorganism.

kanin. 1. a - kusang paglabas ng photon; b - stimulated emission; c - matunog na pagsipsip; Ang E1 at E2 ay ang mga antas ng enerhiya ng atom.

Isang atom sa isang nasasabik na estado a, maaari, pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, kusang, nang walang anumang panlabas na impluwensya, pumunta sa isang estado na may mas mababang enerhiya (sa aming kaso, sa pangunahing isa), na nagbibigay ng labis na enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation (nagpapalabas ng isang photon may enerhiya h = E 2 –E isa). Ang proseso ng paglabas ng isang photon ng isang nasasabik na atom (nasasabik na microsystem) nang walang anumang panlabas na impluwensya ay tinatawag kusang-loob(o kusang-loob) radiation. Kung mas malaki ang posibilidad ng mga kusang paglipat, mas maikli ang average na buhay ng isang atom sa isang nasasabik na estado. Dahil ang mga kusang paglipat ay hindi magkaugnay, ang kusang paglabas ay hindi magkakaugnay.

Noong 1916, si A. Einstein, upang ipaliwanag ang naobserbahang thermodynamic equilibrium sa pagitan ng matter at ng radiation na ibinubuga at hinihigop nito, ay nagpostulate na, bilang karagdagan sa absorption at spontaneous radiation, dapat mayroong isang pangatlo, qualitatively different type of interaction. Kung ang isang atom ay nasa isang nasasabik na estado 2 , kumikilos ang panlabas na radiation na may dalas na nakakatugon sa kondisyon hv= E 2 – E 1 , pagkatapos ay bumangon sapilitang (induced) transition sa ground state 1 na may paglabas ng isang photon ng parehong enerhiya hv= E 2 – E 1 (Larawan 309, c). Sa gayong paglipat, nangyayari ang radiation ng isang atom photon, opsyonal sa photon kung saan naganap ang paglipat. Ang radiation na nagreresulta mula sa naturang mga paglipat ay tinatawag stimulated (induced) radiation. Kaya, dalawang photon ang kasangkot sa proseso ng stimulated emission: ang pangunahing photon, na nagiging sanhi ng paglabas ng radiation ng excited atom, at ang pangalawang photon, na ibinubuga ng atom. Ito ay mahalaga na ang pangalawang photon hindi makikilala mula sa pangunahin, pagiging isang eksaktong kopya ng mga ito.

7 Paano gumagana ang laser

Laser isang aparato na nagko-convert ng enerhiya ng bomba (ilaw, elektrikal, thermal, kemikal, atbp.) sa enerhiya ng magkakaugnay, monochromatic, polarized at makitid na direksyon ng radiation flux.

Ang pisikal na batayan ng laser operation ay ang quantum mechanical phenomenon ng stimulated (induced) radiation. Ang laser beam ay maaaring tuloy-tuloy, na may pare-pareho ang amplitude, o pulsed, na umaabot sa napakataas na peak powers. Sa ilang mga scheme, ang gumaganang elemento ng laser ay ginagamit bilang isang optical amplifier para sa radiation mula sa ibang pinagmulan. Mayroong isang malaking bilang ng mga uri ng mga laser na gumagamit ng lahat ng pinagsama-samang estado ng bagay bilang isang gumaganang daluyan.

Ang pisikal na batayan ng pagpapatakbo ng laser ay ang phenomenon ng stimulated (induced) radiation. Ang kakanyahan ng kababalaghan ay ang isang nasasabik na atom ay nakapagpapalabas ng isang photon sa ilalim ng impluwensya ng isa pang photon nang walang pagsipsip nito, kung ang enerhiya ng huli ay katumbas ng pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga antas ng atom bago at pagkatapos ng radiation. Sa kasong ito, ang emitted photon ay magkakaugnay sa photon na nagdulot ng radiation (ito ang "eksaktong kopya" nito). Ito ay kung paano pinalakas ang ilaw. Ang phenomenon na ito ay naiiba sa kusang paglabas, kung saan ang mga ibinubuga na photon ay may random na direksyon ng propagation, polarization at phase. Ang posibilidad na ang isang random na photon ay magsasanhi ng sapilitan na paglabas ng isang excited na atom ay eksaktong katumbas ng posibilidad ng pagsipsip ng photon na ito ng isang atom sa isang hindi nasasabik na estado. Samakatuwid, upang palakasin ang liwanag, kinakailangan na mayroong mas maraming nasasabik na mga atomo sa daluyan kaysa sa mga hindi nasasabik (ang tinatawag na pagbaligtad ng populasyon). Sa estado ng thermodynamic equilibrium, ang kundisyong ito ay hindi nasiyahan, samakatuwid, iba't ibang mga sistema ang ginagamit para sa pumping ng laser active medium ( sa mata, elektrikal, kemikal at iba pa.).

Ang pangunahing pinagmumulan ng henerasyon ay ang proseso ng kusang paglabas, samakatuwid, upang matiyak ang pagpapatuloy ng mga henerasyon ng photon, kinakailangan na magkaroon ng positibong feedback, dahil sa kung saan ang mga ibinubuga na photon ay nagdudulot ng mga kasunod na pagkilos ng stimulated emission. Upang gawin ito, ang laser active medium ay inilalagay sa isang optical resonator. Sa pinakasimpleng kaso, binubuo ito ng dalawang salamin, ang isa ay translucent - ang laser beam ay bahagyang lumalabas sa resonator sa pamamagitan nito. Sumasalamin mula sa mga salamin, ang radiation beam ay paulit-ulit na dumadaan sa resonator, na nagiging sanhi ng mga sapilitan na paglipat sa loob nito. Ang radiation ay maaaring maging tuluy-tuloy o pulsed. Kasabay nito, gamit ang iba't ibang device (umiikot prisma, Mga cell ng Kerr atbp.) upang mabilis na i-off at i-on ang feedback at sa gayon ay bawasan ang panahon ng pulso, posible na lumikha ng mga kondisyon para sa pagbuo ng radiation ng napakataas na kapangyarihan (ang tinatawag na higanteng impulses). Ang mode na ito ng operasyon ng laser ay tinatawag na modulated mode. salik ng kalidad.

Ang radiation na nabuo ng laser ay monochromatic (single o discrete set mga wavelength), dahil ang posibilidad ng paglabas ng isang photon ng isang tiyak na haba ng daluyong ay mas malaki kaysa sa isang malapit na matatagpuan na linya ng parang multo na nauugnay sa pagpapalawak ng linya ng parang multo, at, nang naaayon, ang posibilidad ng sapilitan na mga paglipat sa dalas na ito ay mayroon ding maximum. Samakatuwid, unti-unti sa proseso ng pagbuo, ang mga photon ng isang naibigay na wavelength ay mangingibabaw sa lahat ng iba pang mga photon. Bilang karagdagan, dahil sa espesyal na pag-aayos ng mga salamin, tanging ang mga photon na nagpapalaganap sa isang direksyon na kahanay sa optical axis ng resonator sa isang maliit na distansya mula dito ay naka-imbak sa laser beam, ang natitirang mga photon ay mabilis na umalis sa dami ng resonator. . Kaya, ang laser beam ay may napakaliit na anggulo ng divergence ] . Sa wakas, ang laser beam ay may mahigpit na tinukoy na polariseysyon. Upang gawin ito, ang iba't ibang mga polaroid ay ipinakilala sa resonator, halimbawa, maaari silang maging mga flat glass plate na naka-install sa isang anggulo ng Brewster sa direksyon ng pagpapalaganap ng laser beam.

Ang mga atom at molekula ay nasa ilang partikular na estado ng enerhiya, nasa ilang partikular na antas ng enerhiya. Upang mabago ng isang nakahiwalay na atom ang estado ng enerhiya nito, dapat itong sumipsip ng photon (makakuha ng enerhiya) at pumunta sa mas mataas na antas ng enerhiya, o maglabas ng photon at pumunta sa mas mababang estado ng enerhiya.

Kung ang isang atom ay nasa isang nasasabik na estado, kung gayon mayroong isang tiyak na posibilidad na pagkatapos ng ilang oras ay mapupunta ito sa isang mas mababang estado at maglalabas ng isang photon. Ang posibilidad na ito ay may dalawang bahagi - isang pare-pareho at isang "variable".

Kung walang electromagnetic field sa rehiyon kung saan matatagpuan ang nasasabik na atom, kung gayon ang proseso ng paglipat ng atom sa mas mababang estado, na sinamahan ng paglabas ng isang photon at nailalarawan ng isang pare-parehong bahagi ng posibilidad ng paglipat, ay tinatawag na kusang paglabas.

Ang kusang paglabas ay hindi magkakaugnay dahil ang iba't ibang mga atomo ay naglalabas nang hiwalay sa isa't isa. Kung ang isang panlabas na electromagnetic field ay kumikilos sa isang atom na may dalas na katumbas ng dalas ng ibinubuga na photon, kung gayon ang proseso ng kusang paglipat ng atom sa mas mababang estado ng enerhiya ay nagpapatuloy tulad ng dati, habang ang yugto ng radiation na ibinubuga ng atom ay nagpapatuloy. hindi nakasalalay sa yugto ng panlabas na larangan.

Gayunpaman, ang pagkakaroon ng isang panlabas na electromagnetic field na may dalas na katumbas ng dalas ng ibinubuga na photon ay nag-uudyok sa mga atomo na maglabas ng radiation, pinatataas ang posibilidad ng paglipat ng atom sa isang mas mababang estado ng enerhiya. Sa kasong ito, ang radiation ng atom ay may parehong dalas, direksyon ng pagpapalaganap, at polariseysyon bilang pagpilit ng panlabas na radiation. Ang radiation ng mga atom ay nasa isang hiwalay na estado ng phase na may panlabas na larangan, iyon ay, ito ay magkakaugnay. Ang ganitong proseso ng radiation ay tinatawag na sapilitan (o sapilitang) at nailalarawan sa pamamagitan ng isang "variable" na bahagi ng posibilidad (ito ay mas malaki, mas malaki ang density ng enerhiya ng panlabas na electromagnetic field). Dahil ang enerhiya ng electromagnetic field ay ginugol sa pagpapasigla ng paglipat, ang enerhiya ng panlabas na patlang ay tumataas sa dami ng enerhiya ng mga ibinubuga na photon. Ang mga prosesong ito ay patuloy na nagaganap sa paligid natin, dahil ang mga light wave ay laging nakikipag-ugnayan sa bagay.

Gayunpaman, nagaganap din ang mga baligtad na proseso. Ang mga atom ay sumisipsip ng mga photon at nasasabik, at ang enerhiya ng electromagnetic field ay nababawasan ng enerhiya ng mga na-absorb na photon. Sa kalikasan, mayroong isang balanse sa pagitan ng mga proseso ng paglabas at pagsipsip, samakatuwid, sa karaniwan, sa kalikasan sa paligid natin, walang proseso ng pagpapalakas ng electromagnetic field.

Magkaroon tayo ng two-level system.

Skema ng paglipat sa isang dalawang antas na sistema

N2 ay ang bilang ng mga atom sa bawat yunit ng dami sa estadong nasasabik 2. N1- sa isang hindi nasasabik na estado 1.

dN2 = - A21 N2 dt,

ang bilang ng mga atom sa bawat dami ng yunit na umalis sa estado 2. A21 ay ang posibilidad ng isang kusang paglipat ng isang indibidwal na atom mula sa estado 2 patungo sa estado 1. Pagkatapos ng pagsasama, nakuha namin

N2 = N20eA21t,

saan N20 ay ang bilang ng mga atom sa estado 2 sa isang pagkakataon t = 0. Spontaneous emission intensity ic ay katumbas ng

Ic = (hμ21 dN2) / dt = hμ21 A21 N2 = hμ21 A21 N20 e – A21t,

Ang intensity ng spontaneous emission ay bumababa nang husto.

Ang bilang ng mga atom na umaalis sa estado 2 sa oras mula t dati t+dt, katumbas A21 N2dt, iyon ay, ito ang bilang ng mga atom na nabuhay noong panahong iyon t sa estado 2. Kaya ang average na buhay τ isang atom sa estado 2 ay

τ = (1 / N20) 21 N2 tdt = A21 e-A21t

dt = (1 / A21)τ = 1 / A21

Ic = hμ21 A21 N20 e – A21t = (hμ21 N20 / τ) e

Ang posibilidad ng isang sapilitan na paglipat W21 Ang 2 – 1 ay proporsyonal sa spectral energy density ng electromagnetic field ρν sa dalas ng paglipat, iyon ay

W21 = B21

B21 ay ang Einstein coefficient ng stimulated emission.

Ang posibilidad ng paglipat 1- 2

W12 = B12 ρv,

ρν = (8πhμ321 / c3) (1 / e -1) Ang formula ni Planck.