Ablazione - Ablation

Ablazione vicino all'elettrodo in un tubo flash . L'arco elettrico ad alta energia erode lentamente il vetro, lasciando un aspetto smerigliato.

Ablazione ( latino : ablatio  - rimozione) è la rimozione o la distruzione di qualcosa da un oggetto mediante vaporizzazione , scheggiatura, processi erosivi o con altri mezzi. Esempi di materiali ablativi sono descritti di seguito e includono materiale per veicoli spaziali per l'ascesa e il rientro atmosferico , ghiaccio e neve in glaciologia , tessuti biologici in medicina e materiali per la protezione passiva dal fuoco .

Intelligenza artificiale

Nell'intelligenza artificiale (AI), in particolare nell'apprendimento automatico , l' ablazione è la rimozione di un componente di un sistema di intelligenza artificiale. Il termine è per analogia con la biologia: rimozione di componenti di un organismo.

Biologia

L'ablazione biologica è la rimozione di una struttura o funzionalità biologica.

L'ablazione genetica è un altro termine per il silenziamento genico , in cui l'espressione genica viene abolita attraverso l'alterazione o la cancellazione delle informazioni sulla sequenza genetica . Nell'ablazione cellulare, le singole cellule di una popolazione o di una coltura vengono distrutte o rimosse. Entrambi possono essere usati come strumenti sperimentali, come negli esperimenti di perdita di funzione .

Elettro-ablazione

L'elettroablazione , è un processo che rimuove il materiale da un pezzo metallico per ridurre la rugosità superficiale .

L'elettroablazione rompe le superfici di ossido altamente resistive, come quelle che si trovano sul titanio e su altri metalli e leghe esotici senza fondere il metallo o la lega non ossidati sottostanti. Ciò consente una finitura superficiale molto rapida

Il processo è in grado di fornire finitura superficiale per un'ampia gamma di metalli e leghe esotici e ampiamente utilizzati, tra cui: titanio, acciaio inossidabile, niobio, cromo-cobalto, Inconel , alluminio e una gamma di acciai e leghe ampiamente disponibili.

L'elettroablazione è molto efficace per ottenere alti livelli di finitura superficiale in fori, avvallamenti e superfici nascoste o interne su pezzi metallici (parti).

Il processo è particolarmente applicabile ai componenti prodotti con un processo di produzione additiva, come i metalli stampati in 3D. Questi componenti tendono a essere prodotti con livelli di rugosità ben al di sopra di 5-20 micron. L'elettroablazione può essere utilizzata per ridurre rapidamente la rugosità superficiale a meno di 0,8 micron, consentendo l'utilizzo del post-processo per la finitura superficiale della produzione in serie.

glaciologia

In glaciologia e meteorologia , l'ablazione, l'opposto dell'accumulo, si riferisce a tutti i processi che rimuovono neve, ghiaccio o acqua da un ghiacciaio o da un nevaio. Ablazione si riferisce alla fusione di neve o ghiaccio che corre fuori dal ghiacciaio, l'evaporazione , la sublimazione , parto , o la rimozione di neve erosiva dal vento. La temperatura dell'aria è tipicamente il controllo dominante dell'ablazione, con le precipitazioni che esercitano un controllo secondario. In un clima temperato durante la stagione di ablazione, i tassi di ablazione in genere sono in media di circa 2 mm/h. Laddove la radiazione solare è la causa principale dell'ablazione della neve (p. es., se la temperatura dell'aria è bassa in condizioni di cielo sereno), sulla superficie della neve possono svilupparsi caratteristiche strutture di ablazione come suncups e penitentes .

L'ablazione può riferirsi sia ai processi di rimozione di ghiaccio e neve, sia alla quantità di ghiaccio e neve rimossa.

È stato anche dimostrato che i ghiacciai ricoperti di detriti hanno un forte impatto sul processo di ablazione. C'è un sottile strato di detriti che può essere localizzato sulla sommità dei ghiacciai che intensifica il processo di ablazione sotto il ghiaccio. Le parti ricoperte di detriti di un ghiacciaio che sta subendo l'ablazione sono suddivise in tre categorie che includono scogliere di ghiaccio, stagni e detriti. Queste tre sezioni consentono agli scienziati di misurare il calore digerito dall'area coperta di detriti e di calcolarlo. I calcoli dipendono dall'area e dalla quantità netta di calore assorbito rispetto alle intere zone coperte da detriti. Questi tipi di calcoli vengono eseguiti su vari ghiacciai per comprendere e analizzare i modelli futuri di scioglimento.

La morena (detrito glaciale) viene spostata da processi naturali che consentono il movimento verso il basso dei materiali sul corpo del ghiacciaio. Si noti che se la pendenza di un ghiacciaio è troppo alta, i detriti continueranno a spostarsi lungo il ghiacciaio in un'altra posizione. Le dimensioni e la posizione dei ghiacciai variano in tutto il mondo, quindi a seconda del clima e della geografia fisica le varietà di detriti possono variare. La dimensione e la grandezza dei detriti dipendono dall'area del ghiacciaio e possono variare da frammenti di polvere a blocchi grandi quanto una casa.

Sono stati fatti molti esperimenti per dimostrare l'effetto dei detriti sulla superficie dei ghiacciai. Yoshiyuki Fujii, un professore del National Institute of Polar Research, ha progettato un esperimento che ha mostrato che la velocità di ablazione è stata accelerata sotto uno strato di detriti sottile ed è stata ritardata sotto uno spesso rispetto a quella di una superficie di neve naturale. Questa scienza è significativa per l'importanza della disponibilità a lungo termine delle risorse idriche e per valutare la risposta dei ghiacciai ai cambiamenti climatici . La disponibilità delle risorse naturali è una spinta importante dietro la ricerca condotta per quanto riguarda il processo di ablazione e lo studio generale dei ghiacciai.

Ablazione laser

Un laser Nd:YAG pratica un foro attraverso un blocco di nitrile . L'intensa esplosione di radiazioni infrarosse elimina la gomma altamente assorbente, rilasciando un'eruzione di plasma .

L'ablazione laser è fortemente influenzata dalla natura del materiale e dalla sua capacità di assorbire energia, quindi la lunghezza d'onda del laser di ablazione dovrebbe avere una profondità di assorbimento minima. Sebbene questi laser possano mediare una bassa potenza, possono offrire intensità e fluenza di picco date da:

mentre la potenza di picco è

L'ablazione superficiale della cornea per diversi tipi di chirurgia refrattiva oculare è ormai comune, utilizzando un sistema laser ad eccimeri ( LASIK e LASEK ). Poiché la cornea non ricresce, il laser viene utilizzato per rimodellare le proprietà rifrattive della cornea per correggere gli errori di rifrazione , come l' astigmatismo , la miopia e l' ipermetropia . L'ablazione laser viene anche utilizzata per rimuovere parte della parete uterina nelle donne con problemi di mestruazioni e adenomiosi in un processo chiamato ablazione endometriale .

Recentemente, i ricercatori hanno dimostrato una tecnica di successo per l'ablazione dei tumori del sottosuolo con un danno termico minimo al tessuto sano circostante, utilizzando un raggio laser focalizzato da una sorgente laser a diodi a impulsi ultracorti.

Rivestimenti per superfici marine

Vernici antivegetative e altri rivestimenti correlati vengono abitualmente utilizzati per prevenire l'accumulo di microrganismi e altri animali, come i cirripedi per le superfici inferiori dello scafo di imbarcazioni da diporto, commerciali e militari. A tale scopo vengono spesso utilizzate vernici ablative per prevenire la diluizione o la disattivazione dell'agente antivegetativo. Nel tempo, la vernice si decomporrà lentamente nell'acqua, esponendo nuovi composti antivegetativi sulla superficie. L'ingegnerizzazione degli agenti antivegetativi e della velocità di ablazione può produrre una protezione di lunga durata dagli effetti deleteri del biofouling.

Medicinale

In medicina, l'ablazione equivale alla rimozione di una parte di tessuto biologico , solitamente chirurgica . L'ablazione superficiale della pelle ( dermoabrasione , detta anche resurfacing perché induce la rigenerazione ) può essere effettuata mediante sostanze chimiche (chemioablazione), mediante laser ( ablazione laser ), mediante congelamento ( crioablazione ), oppure mediante elettricità ( folgurazione ). Il suo scopo è rimuovere macchie cutanee , pelle invecchiata , rughe , ringiovanendo così. L'ablazione superficiale è impiegata anche in otorinolaringoiatria per diversi tipi di chirurgia, come per il russare . La terapia di ablazione che utilizza onde a radiofrequenza sul cuore viene utilizzata per curare una varietà di aritmie cardiache come la tachicardia sopraventricolare , la sindrome di Wolff-Parkinson-White (WPW), la tachicardia ventricolare e, più recentemente, come gestione della fibrillazione atriale . Il termine è spesso usato nel contesto dell'ablazione laser , un processo in cui un laser dissolve i legami molecolari di un materiale . Affinché un laser abla i tessuti, la densità di potenza o fluenza deve essere elevata, altrimenti si verifica la termocoagulazione, che è semplicemente la vaporizzazione termica dei tessuti.

La rotoablazione è un tipo di pulizia arteriosa che consiste nell'inserire nell'arteria interessata un minuscolo dispositivo simile a un trapano con punta di diamante per rimuovere depositi di grasso o placca. La procedura viene utilizzata nel trattamento della malattia coronarica per ripristinare il flusso sanguigno.

L'ablazione con radiofrequenza (RFA) è un metodo per rimuovere il tessuto aberrante dall'interno del corpo tramite procedure minimamente invasive.

L'ablazione a microonde (MWA) è simile all'RFA ma a frequenze più elevate di radiazione elettromagnetica.

L' ablazione con ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) rimuove il tessuto dall'interno del corpo in modo non invasivo.

L' ablazione del midollo osseo è un processo mediante il quale le cellule del midollo osseo umano vengono eliminate in preparazione per un trapianto di midollo osseo . Questo viene eseguito utilizzando la chemioterapia ad alta intensità e l'irradiazione corporea totale . In quanto tale, non ha nulla a che fare con le tecniche di vaporizzazione descritte nel resto di questo articolo.

L'ablazione del tessuto cerebrale viene utilizzata per il trattamento di alcuni disturbi neurologici , in particolare il morbo di Parkinson , e talvolta anche per i disturbi psichiatrici .

Recentemente, alcuni ricercatori hanno riportato risultati positivi con l'ablazione genetica. In particolare, l'ablazione genetica è potenzialmente un metodo molto più efficiente per rimuovere le cellule indesiderate, come le cellule tumorali , perché potrebbe essere generato un gran numero di animali privi di cellule specifiche. Le linee geneticamente ablate possono essere mantenute per un periodo di tempo prolungato e condivise all'interno della comunità di ricerca. I ricercatori della Columbia University riferiscono di caspasi ricostituite combinate da C. elegans e umani, che mantengono un alto grado di specificità del bersaglio. Le tecniche di ablazione genetica descritte potrebbero rivelarsi utili nella lotta contro il cancro.

Protezione passiva dal fuoco

I prodotti tagliafuoco e ignifughi possono essere di natura ablativa. Questo può significare materiali endotermici , o semplicemente materiali che sono sacrificali e si "spendono" nel tempo se esposti al fuoco , come i prodotti antifuoco in silicone . Dato un tempo sufficiente in condizioni di fuoco o calore, questi prodotti si carbonizzano, si sbriciolano e scompaiono. L'idea è di mettere abbastanza di questo materiale sulla via del fuoco da poter mantenere un livello di resistenza al fuoco , come dimostrato in un test antincendio . I materiali ablativi di solito hanno una grande concentrazione di materia organica che viene ridotta in cenere dal fuoco. Nel caso del silicone, la gomma organica circonda la polvere di silice molto finemente suddivisa (fino a 380 m² di superficie combinata di tutte le particelle di polvere per grammo di questa polvere). Quando la gomma organica viene esposta al fuoco, si trasforma in cenere e lascia dietro di sé la polvere di silice con cui il prodotto è partito.

Ablazione del disco protoplanetario

I dischi protoplanetari sono dischi circumstellari rotanti di gas e polvere densi che circondano giovani stelle appena formate . Poco dopo la formazione stellare , le stelle hanno spesso materiale circostante residuo che è ancora legato a loro gravitazionalmente, formando dischi primitivi che orbitano attorno all'equatore della stella, non troppo dissimile dagli anelli di Saturno . Ciò si verifica perché la diminuzione del raggio del materiale protostellare durante la formazione aumenta il momento angolare , il che significa che questo materiale rimanente viene sferrato in un disco circumstellare appiattito attorno alla stella. Questo disco circumstellare potrebbe eventualmente maturare in quello che viene definito disco protoplanetario: un disco di gas, polvere, ghiaccio e altri materiali da cui possono formarsi sistemi planetari . In questi dischi, la materia orbitante inizia ad accumularsi nel piano medio più freddo del disco da granelli di polvere e ghiaccio che si attaccano insieme. Questi piccoli accrescimenti crescono dai sassi alle rocce fino ai primi pianeti, chiamati planetesimi , poi protopianeti e, infine, pianeti interi .

Poiché si ritiene che le stelle massicce possano svolgere un ruolo nell'attivare attivamente la formazione stellare (introducendo instabilità gravitazionali tra gli altri fattori), è plausibile che stelle giovani e più piccole con dischi possano vivere relativamente vicino a stelle più vecchie e più massicce. Ciò è già stato confermato da osservazioni che si verificano in alcuni cluster , ad esempio nel cluster Trapezium . Poiché le stelle massicce tendono a collassare attraverso le supernovae alla fine della loro vita, la ricerca sta ora studiando quale ruolo giocherebbero l' onda d' urto di tale esplosione e il risultante residuo di supernova (SNR) se si verificasse nella linea di fuoco di un protoplanetario. disco. Secondo simulazioni modellate computazionalmente, un SNR che colpisce un disco protoplanetario comporterebbe un'ablazione significativa del disco e questa ablazione eliminerebbe una quantità significativa di materiale protoplanetario dal disco, ma non necessariamente distruggerebbe completamente il disco. Questo è un punto importante perché un disco che sopravvive a tale interazione con materiale residuo sufficiente per formare un sistema planetario può ereditare una chimica del disco alterata dall'SNR, che potrebbe avere effetti sui sistemi planetari che si formeranno in seguito.

Volo spaziale

Nella progettazione di veicoli spaziali , l'ablazione viene utilizzata sia per raffreddare che per proteggere parti meccaniche e/o carichi utili che altrimenti verrebbero danneggiati da temperature estremamente elevate. Due applicazioni principali sono gli scudi termici per veicoli spaziali che entrano nell'atmosfera planetaria dallo spazio e il raffreddamento degli ugelli dei motori a razzo . Gli esempi includono il modulo di comando Apollo che proteggeva gli astronauti dal calore del rientro atmosferico e il motore a razzo del secondo stadio Kestrel progettato per l'uso esclusivo in un ambiente di vuoto spaziale poiché non è possibile la convezione del calore .

Fondamentalmente, il materiale ablativo è progettato in modo tale che invece di trasmettere calore nella struttura del veicolo spaziale, solo la superficie esterna del materiale sopporta la maggior parte dell'effetto di riscaldamento. La superficie esterna carbonizza e brucia, ma abbastanza lentamente, esponendo solo gradualmente nuovo materiale protettivo fresco sottostante. Il calore viene portato via dal veicolo spaziale dai gas generati dal processo ablativo e non penetra mai nel materiale superficiale, quindi le strutture metalliche e altre sensibili che proteggono, rimangono a una temperatura sicura. Mentre la superficie brucia e si disperde nello spazio, mentre il materiale solido rimanente continua a isolare l'imbarcazione dal calore in corso e dai gas surriscaldati. Lo spessore dello strato ablativo è calcolato per essere sufficiente per sopravvivere al calore che incontrerà durante la sua missione.

Esiste un intero ramo della ricerca spaziale che coinvolge la ricerca di nuovi materiali ignifughi per ottenere le migliori prestazioni ablative; questa funzione è fondamentale per proteggere gli occupanti del veicolo spaziale e il carico utile da un carico di calore altrimenti eccessivo. La stessa tecnologia viene utilizzata in alcune applicazioni di protezione antincendio passiva , in alcuni casi dagli stessi fornitori, che offrono versioni diverse di questi prodotti ignifughi , alcune per l'aerospaziale e altre per la protezione antincendio strutturale .

Guarda anche

Riferimenti

link esterno