Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları Konu Anlatımı
Merhaba arkadaşlar size bu yazımızda Fizik Konuları hakkında bilgi vereceğiz. Yazımızı okuyarak bilgi sahibi olabilirsiniz. Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları Nedir? sorusunun cevabı aşağıda sizleri bekliyor…
Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları
Görüntüleme Teknikleri
Manyetik Rezonans Görüntüleme Cihazı (MR Cihazı)
Manyetik rezonans (MR) canlıların iç yapısını görüntüleme ve iç hastalıklarındaki sorunları daha kolay bulmak için günümüzde kullanılan yöntemlerin başında gelmektedir. Hastaların bir kaç dakika hareketsiz kalmaktan başka rahatsızlık vermeyen bu cihazın bir diğer avantajı da X- ışınlarının kullanılmamasıdır. Genelde bu işlem MR olarak bilinir ama aslında nükleer manyetik rezonans görüntülemedir.
Cihaz vücudumuzdaki yumuşak dokuların görüntülerini elde etmek için hidrojen atomlarını tarar. Bu atomları bulmak için o taranacak bölgeye yüksek manyetik alan uygulanır. Manyetik alanların oluşturduğu radyo dalgalarını hidrojen atomlarını uyarır ve hidrojen atomları enerji salmaya başlar salınan enerji cihaz tarafından algılanıp görüntüye aktarılır.
MR cihazlarının kullanımı genellikle yumuşak doku görüntülenmesinde kullanılır: Beyin ve omurilik hastalıkları, kas iskelet sistemi, menisküs ve bel fıtığı gibi rahatsızlıklarda sıkça kullanılır. Bu cihazların bu güne dek canlı organizmalara zararı kanıtlanmamıştır ve buna gebelerde dahildir ama ilk üç ayda anne karnında organ gelişimi olduğu için MR önerilmez. Ayrıca kalıcı dövme sahipleri,kalp pili bulunan hastalar, metal protez, göz içinde yabancı cisim bulunan hastalara da MR önerilmez.
Tomografi Cihazı
Bilgisayarlı tomografi, X-ışınları ile vücudun incelenen bölgesinin kesitsel görüntüsünü oluşturan bir radyolojik yöntemdir. Yöntem olarak X ışını kullanıldığından radyasyon içermektedir. Bu nedenle hamilelerde kullanımından kaçınılmaktadır. Ancak günümüzde gelişmiş yeni cihaz ve teknolojilerle hasta güvenliği için radyasyon dozu mümkün olduğunca en aza indirgenerek görüntü elde edilmektedir.
BT kanamaya çok duyarlı bir incelemedir. Beyin kanaması şüphesi olan hastalarda birkaç saniyelik bir çekimle kanama olup olmadığı netleştirilebilir. Bu nedenle özellikle acil servislerde kanama şüphesi ile gelen hastalarda ve beyin ameliyatları sonrası erken dönem takiplerinde sıkça başvurulan kıymetli bir inceleme yöntemidir.
Günümüzdeki gelişmiş çok dedektörlü BT cihazları ile ince kesitler alınarak 3 boyutlu eklem görüntüleri oluşturulabilmektedir. Ayrıca BT Anjiografi yöntemi ile beyin, boyun, böbrek ve ekstremite damarları detaylı olarak değerlendirilebilmektedir. Kardiak Koroner BT Anjiografi ile sadece kol toplar damarından verilen kontrast madde ile kısa sürede kalp damarları görüntülenerek darlık ve tıkanıklık yönünden detaylı değerlendirme yapılabilmektedir. Ayrıca tomografi akciğerlerin görüntülenmesinde de röntgenden sonra en sık kullanılan değerli bir yöntemdir.
PET (Pozitron Emisyon Tomografisi) Cihazı
Pozitron emisyon tomografi (PET), insan vücudundaki organlar ve metabolizmaların görüntülenmesini sağlayan bir radyoizotop görüntüleme tekniğidir. Görüntüleme ilkesi olarak pozitronun-elektron yok olma olayı sonucunda ortaya çıkan iki adet 511 KeV enerjili yok olma fotonun eş zamanlı deteksiyonu kullanılmaktadır. Uygulamada C-11, N-13, O-15, F-18 gibi pozitron yayınlayan radyoizotopların glikoz molekülü ile birleştirilmesi sonucu elde edilen radyofarmasötik (örneğin; F-18-FDG) hastaya kan yolu ile verilir. Vücuttaki anormal yapılarda biriken bu radyofarmasötikten elde edilen 511 KeV fotonları PET cihazında algılanarak bilgisayarda vücudun 3-boyutlu görüntüsü elde edilmektedir. Bu yazıda, PET’in temel çalışma ilkesi, PET sintilasyon kristalleri, PET radyoizotopları ve radyoterapi tedavi planlamada PET hakkında bilgiler verilecektir.
Ultrason Cihazı (USG)
Ultrason ya da ultrasonografi, tıpta yaygın olarak kullanılan görüntüleme yöntemlerinden biridir. Ultrasonun
insan vücudunun içinde olup bitenleri anlamaya yarayan diğer görüntüleme yöntemlerden en önemli farkı Xışınlarını kullanmaması yani radyasyon içermemesidir. Bunun yerine insan kulağının duyamayacağı frekansta
ses dalgalarından yararlanmasıdır.
Ultrason cihazı ses dalgalarının değişik yoğunlukta dokular içinde farklı hızlarda ilerlemesi ve yansıması prensibine dayanan bir sistem ile çalışır. Bu sistem aslında doğada bazı canlılar tarafından kullanılmaktadır. Yarasaların
uçarken, balinaların ise denizlerde yüzerken kullandıkları sistem de benzer bir prensibe dayanmaktadır. Öte yandan denizaltıların seyir sırasında ya da balıkçıların balık sürülerini ararken kullandıkları sonar cihazları da aynı mekanizma ile çalışırlar.
Yarı İletken Teknolojisi
Yarı İletken Maddeler
Elektrik akımını ileten maddelere iletken maddeler denir. İletken maddelerin atomlarının son yörüngelerinde (valans yörünge) serbestçe hareket edebilen elektronlar bulunur, bu elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır ve elektron sayıları 4’ten küçüktür.
» Elektriksel iletkenlik bakımından iletken maddeler ile yalıtkan maddeler arasında yer alır.
» Normal hâlde yalıtkandır.
» Isı, ışık ve manyetik alan gibi bir dış etki altında bırakıldığında ya da gerilim uygulandığında atomlarının son yörüngesindeki elektronlar serbest hâle geçerek iletkenlik özelliği kazanır.
» Dış etki ortadan kalkınca serbest kalan elektronlar tekrar atomlarına geri döner.
» Doğada kendiliğinden bulunabilse de bazıları laboratuvarda üretilebilir. Kristal yapıya sahiptir.
» İçlerine bazı özel maddeler katıldığında da iletkenlikleri artar. Örneğin saf silisyuma bor, galyum, fosfor ya da
arsenik katıldığında iletkenliği artar.
» Elektrik devre elemanlarının yapımında kullanılır.
P Tipi Yarı iletken
Saf silisyum atomu içerisine, 3 valans elektrona sahip (3-değerli) atomların belli bir oranda eklenmesi ile yeni bir kristal yapı oluşur. Bu yeni kristal yapıda delik (boşluk) sayısı artırılmış olur. 3 valans elektrona sahip atomlara örnek olarak; alüminyum (Al), Bor (B) ve Galyum (Ga) elementlerini verebiliriz. Örneğin; saf silisyum içerisine belli bir oranda bor katılırsa; bor elementinin 3 valans elektronu, silisyumun 3 valans elektronu ile ortak kovalent bağ oluşturur. Fakat silisyumun 1 valans elektronu ortak valans bağı oluşturamaz. Bu durumda 1 elektron noksanlığı meydana gelir. Buna “boşluk” veya “delik=hole” denir. Silisyuma eklenen katkı miktarı ile boşlukların sayısı kontrol edilebilir. Bu yöntemle elde edilen yeni malzemeye P tipi yarıiletken malzeme denir. Çünkü boşluklar pozitif yüklüdür. Dolayısı ile P-tipi malzemede çoğunluk akım taşıcıları boşluklardır.
Elektronlar ise P tipi malzemede azınlık akım taşıyıcılarıdır. P-tipi malzemede bir kaç adet serbest elektronda oluşmuştur. Bunlar ısı ile oluşan boşluk çifti esnasında meydana gelmiştir. Bu serbest elektronlar, silisyuma yapılan katkı esnasında oluşturulamazlar. Elektronlar P-tipi malzemede azınlık akım taşıyıcılarıdır.
N Tipi Yarı İletken
Saf silisyuma arsenik ilave edildiğinde arseniğin bir elektronu açıkta kalır. Bu durumda oluşan katkılı kristal yapı içerisinde serbest elektron açığa çıkar. Böylece negatiflik özelliği kazanan bu katkılı kristale N tipi yarı
iletken adı verilir. Eğer N tipi yarı iletkene bir pil bağlanırsa serbest hâldeki elektronlar elektriksel kuvvetin etkisiyle pilin (+) ucuna doğru akar . Böylelikle yarı iletkende elektron akışı sağlanarak akım oluşması sağlanır. Pilin
uçları ters çevrildiğinde ise elektronlar bir öncekine göre ters yönde akar. P tipi ve N tipi yarı iletkenler elektronik devre elemanı yapımında tek başına değil, çeşitli şekillerde bir araya getirilerek kullanılır.
Süper İletkenler
Bir metalin elektriksel direncinin sıfıra düşmesi olarak tanımlanır.
Bilim insanları süper iletken tel halkalarda akımlar oluşturmuş ve oluşan manyetik alanlar gözlemlenmiştir. Gözlemleri sonucunda süper iletken telden geçen akım değerlerinde hiçbir azalma bulunmamıştır. Süper iletkenlerin gerçekten hiç dirençleri olmadığı fark edilmiştir. Bir maddenin süper iletken özelliğe sahip olabilmesi kritik sıcaklık ve kritik manyetik alana bağlıdır.
Nanoteknoloji
Nanoteknoloji, kuantum fiziğinin gündelik yaşamımızda işlevsellik kazandığı bir alandır. Bu alanda uzunluk atomik boyutlarda (10–9 m) ifade edilir. 1-100 nanometrelik bir aralıkta nanoölçek adı verilen seviyeye yaklaştıkça maddelerin farklı özellikleri ortaya çıkmaktadır. Nanoölçekte, maddelerin momentumları ve enerjileri sürekli olarak değil, kesikli olarak tarif edilmektedir. Benzer olarak optik, elektronik, manyetik ve kimyasal davranışlar klasik fizikle değil, kuantum fiziğiyle tanımlanmaktadır. Maddeyi nanometre (nm) seviyesinde işleyip, ortaya çıkan özelliklerini kullanarak nanoölçekte cihazlar ve malzemeler yapmak mümkündür.
Nanobilim, maddenin nanometre (10–9 m) ölçülerinde meydana gelen kuantumsal özelliklerini ve davranışlarını inceleyen bir bilim dalıdır. Nanoteknoloji ise nanometre ölçekteki kuantumsal davranışları uygulanabilir hâle getiren teknolojinin adıdır. Nanobilim ve uygulama alanı olan nanoteknoloji farklı disiplinleri bir arada bulundurur.
Nanobilimin temelleri şunlardır:
» Nanobilim, fizik, kimya, biyoloji, mühendislik, gibi farklı bilimleri bir arada bulundurur. Bu durum, farklı alanlarda uzmanlaşmış bilim insanlarının ortak çalışmalarda bulunması gerektiğini ifade eder.
» Maddelerin nanoölçekteki yapılarını ve bu yapıların kuantumsal davranışlarını
inceler.
» Nanobilim eski bilgi birikimlerimize ve eski teknolojilere yeni bakış açısı getirir.
» Farklı bilim dallarındaki teorilerin ve kuralların nanoölçekte kullanılması nanobilimin ve nanoteknolojinin temelini oluşturur.
12. Sınıf Fizik Konuları için Tıklayınız
12. Sınıfta Yer Alan Diğer Ders ve Konuları için Tıklayınız
