Welche Art von Wunden würde eine gepulste Laserwaffe wirklich verursachen?

Laser und andere wärmebasierte Waffen in Science-Fiction werden oft falsch dargestellt, wie sie Schaden verursachen. Eine übliche Reaktion auf hitzebasierte Waffen wie Lichtschwerter, Lasergewehre und Plasmawaffen ist zu sagen, dass sie die Wunde selbst kauterisieren. Nach einem medizinischen Eingriff mit einem wärmebasierten Schneidwerkzeug kauterisierte das Werkzeug die Wunde jedoch nicht, es blutete stark bis zum Ende des Eingriffs, wo sie die Temperatur senkten und über einen längeren Zeitraum Wärme verwendeten, um die Wunde tatsächlich zu kauterisieren dasselbe Instrument. Nun, ein so kleines Werkzeug bedeutet nicht, dass eine Sci-Fi-Hitzewaffe nicht kauterisieren würde, aber es lässt Zweifel aufkommen, dass es kauterisieren wird, nur weil es auf Hitze basiert. Und alle Informationen, die ich zu diesem Thema fand, waren entweder eine Echokammer oder unklar, wie sie sich wirklich gegen menschliches Fleisch verhalten würden.

Die Waffe, mit der einer meiner Charaktere getroffen werden soll, wird durch einen gepulsten Schuss eine beträchtliche Menge Fleisch irgendwo auf ihrem Oberkörper verdampfen, und ich möchte sehen, welche Art von Wunde dies realistischerweise hinterlassen würde. Meine aktuelle Idee sieht so aus:

  • Der Laser verdampft die Haut und etwas Fleisch darunter und erzeugt im Wesentlichen eine Explosion.
  • das Fleisch, das nicht verdampft wird, wird verbrannt und verkohlt. Dieser Teil wird sich aufgrund der Hitze ausdehnen und den Bereich straffen, da er nur wenige Stellen hat, an die er gehen kann. Dies würde die Wunde verätzen, wäre da nicht das Wasser. Das Wasser im Inneren wird gekocht und erzeugt Risse und Risse im verbrannten Bereich, wenn es sich ausdehnt und entweicht. Eine weitere Bewegung wird wahrscheinlich den spröderen verkohlten Bereich brechen und mehr Risse und Risse verursachen.
  • jenseits des Verbrennungsabschnitts 3. Grades gibt es eine Verbrennung zweiten und ersten Grades, wenn die Hitze nachlässt.
  • Die Schockwelle der Explosion reißt und zerreißt den verbrannten Abschnitt, während er verbrannt wird. Die Schockwelle dringt tiefer ein und lässt Blutgefäße platzen, während sie jegliches Gewebe verletzt, auf das sie trifft. Das Blut, das sich nicht im Inneren sammeln kann, findet seinen Weg durch die Risse und Risse in den verbrannten Bereichen, wodurch die Wunde blutet.

Das ist jetzt meine Vermutung und ich habe nichts wirklich, was sie stützen könnte. Meine Frage ist also: Kann irgendjemand glaubhaft darlegen, was hier wirklich passieren würde?

Denken Sie daran, dass die meisten hitzebasierten Wunden in unserer heutigen Zeit keine Teile des Fleisches verdampfen und von längerer Exposition stammen.

Haben Sie selbst recherchiert? Ich bin mir ziemlich sicher, dass es Seiten gibt, die den Mechanismus laserinduzierter Wunden in ziemlich detaillierten Details beschreiben.
Ich dachte, der „Puls“ hätte mehr mit Dingen zu tun, wie die Mechanik der Lasererzeugung, die einer kontinuierlichen Verwendung nicht standhalten kann (sie benötigen eine Abkühlphase) oder die Anwendung „verlangsamt“ werden muss, da eine kontinuierliche Verwendung dies ebenfalls verursachen würde viel Schaden (medizinische Anwendungen). Ich kann mir nichts anderes vorstellen, als SciFi zu denken, dass ein Pulslaser besser ist als ein kontinuierlicher Laser, es sei denn, er hatte die gleichen mechanischen Einschränkungen (die Mechanik überhitzt wie die Optik aufgrund von Verunreinigungen).
@L.Dutch Ich habe mich gelegentlich umgesehen und keine wirkliche Erklärung gefunden, welche Art von Wunden Laser oder andere hitzebasierte Waffen verursachen würden. Bestenfalls habe ich, einschließlich auf dieser Seite, Leute gefunden, die wiederholten, dass es Wunden kauterisiert, ohne dies zu untermauern. Ich glaube, es gab einen YouTuber (Kyle Hill oder so? Musst du nachsehen), der auch sagte, dass es nicht wirklich kauterisieren würde. Aber ich kann mich nicht erinnern, ob er wirkliche Beweise dafür hatte. Wie bereits erwähnt, habe ich mir aktuelle hitzebedingte Verletzungen angesehen, aber nichts Konkretes gefunden. Nebenbei: Wer ist Monica und wofür muss sie wieder eingesetzt werden?
Aber um den Kommentar von @L.Dutch-ReinstateMonica zu untermauern, lesen Sie dieses Kapitel von Princeton Univ. und diese Worldbuilding-Frage . (Wer ist Monica? ... ist das schon so lange her? Monica Ciello war eine der angesehensten Personen im SE-Universum, Moderatorin auf einer Reihe von Websites und bemerkenswert besonnen. Im Grunde fragte sie, wie man das neue Wir von SE implementiert -toleriere-jeden-Programm [einschließlich der Verwendung von Vorzugspronomen] und wurde sofort dafür gefeuert. Führte zu einer Klage. Schlechtes Juju.)
@JBH in Atomic Rockets erwähnen sie einige der Eigenschaften einer funktionierenden Laserwaffe, wie die Verwendung von Hunderten bis Tausenden kleinerer Impulse, um den Schaden zu maximieren. Ich würde es jedoch vorziehen, die Waffe mit einem einzigen starken Energieimpuls, der den Schaden verursacht, näher an Sci-Fi-Arbeiten zu halten, als mit einem Laserimpuls, der sich im Grunde in Ihre Rüstung und Ihren Körper gräbt. Das würde auch den Wissenstransfer beispielsweise zwischen Laser- und Plasmawaffen erleichtern.
Mein technischer Hintergrund sagt, dass Hülsenfrüchte immer der Bequemlichkeit dienen, niemals um etwas zu maximieren. Gelieferte Energie ist gelieferte Energie. (Es ist nicht so, dass der Schaden eine kinetische Komponente hat, z. B. wenn Sie nur 1 kg Masse haben, mit der Sie arbeiten können, damit Sie sie immer wieder verwenden.) Ich nehme an, es könnte den Schaden gegen eine Wanne mit Wasser maximieren (dem Dampf Zeit geben). klar vor dem nächsten Impuls), aber die verbrannte Haut wird nicht einfach abfallen.
Ich habe ein bisschen mehr gejagt ( dieses coole Dokument gefunden , das Ihnen nicht wirklich hilft) und festgestellt, dass der Grund, warum Sie nichts finden, darin besteht, dass Laser eine schreckliche Lösung gegen Menschen sind. Der Energiebedarf, die Tragbarkeit usw. sind so gewaltig, dass niemand, der bei klarem Verstand ist, (heute) versuchen würde, einen Kampflaser für einen Lakaien zu konstruieren. Sie werden verwendet, um Maschinen zum Absturz zu bringen. Ich hoffe, ich liege falsch, aber ich vermute, "logische Annahmen" sind das Beste, was Sie bekommen werden.
Schließlich, wie viele Impulse pro Sekunde? Wie lange dauert die gepulste "Explosion"? Wie viel Energie wird pro Impuls geliefert? Welche Wellenlänge hat der Laser? Was ist die Fokusentfernung für den Strahl? Befindet sich das Ziel in der Fokusentfernung oder näher/weiter entfernt (was einen Effizienzverlust bedeutet)? Welchen Durchmesser hat der Strahl? Flüssigkeiten und Fettgewebe verdampfen/sieden, während Haut und Muskeln brennen. (Die "Explosion" sind die Flüssigkeiten, das Gewebe erzeugt nur karbonisiertes Pulver). Treffen wir eine dicke Person (viel Explosion) oder eine magere Person (nur verbranntes Fleisch)?
@JBH vielen Dank, dass Sie sich bereits viel Mühe gegeben haben. Ja, da hitzebasierte Waffen dieser Art nicht gegen Menschen nützlich sind, ist es sehr schwierig, solide Beweise dafür zu finden, was passieren würde, weshalb alle Informationen zu diesem Thema normalerweise auf "es ätzt" hinauslaufen. Aus diesem Grund stelle ich die Frage in der Hoffnung, ein Analogon zu finden, unabhängig davon, ob es sich um ein tatsächliches Plasma, ein elektrisches Ereignis oder jemanden handelt, der seinen Kopf falsch im LHC hängt (was passiert ist, aber für diese Frage nicht relevant ist) usw.
Der fragliche Laser würde einen einzigen Impuls verwenden, so dass er nicht nur für meine Geschichte, sondern auch für Plasma- und Laserwaffen, die häufig in der Fiktion zu finden sind, einfacher zu verwenden ist. Ich würde davon ausgehen, dass in dem Moment, in dem der Laser stark genug ist, um eine signifikante Verdampfung zu erzeugen (z. B. ein paar Finger im Wert von verdampftem Fleisch), jede größere Explosion die gleiche Wirkung auf den Körper haben würde, jedoch vergrößert. Das würde bedeuten, dass der tatsächliche Energiegehalt danach für die Beantwortung der genauen Art der Wunde irrelevant ist. Ich werde herausfinden, wie groß ich die Wunde später haben möchte.

Antworten (1)

Laserlicht hat die Besonderheit, dass es aus Photonen besteht, die alle die gleiche Frequenz und Phase haben. Dies führt zu einer ziemlich intensiven Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie.

Für eine genauere Antwort müsste man das zu bestrahlende Substrat, die Wellenlänge des Lasers, seinen Arbeitszyklus, die Wiederholrate und die Leistungseinstellungen kennen. Für sehr hohe Impulsenergien müssen dann auch nichtlineare Effekte berücksichtigt werden, die beginnen, signifikant zu werden.

Um auf einer generischen Ebene zu bleiben: Sobald Photonen von der oberflächlichen Schicht des Ziels absorbiert werden, erzeugen sie einen lokalen Energieüberschuss. Dieser lokale Exzess kann einige interessante Konsequenzen haben, von denen Sie einige bereits in Ihrer Frage skizziert haben:

  • es kann die oberflächlichen Schichten in Plasma umwandeln, was zur sogenannten Laserablation führt (wahrscheinlicher bei UV- und höheren Lasern, bei denen jedes Photon Elektronen leicht von den äußeren Schalen abstreifen kann).
  • Es kann die lokale Temperatur erhöhen (wahrscheinlicher mit IR-Lasern) und niedrigsiedende Materialien wie Wasser verdampfen. Die plötzliche Ausdehnung des Wassers kann dann Stoßwellen in das Material hinein erzeugen, die Oberflächenschichten wegsprengen und/oder die tieferen Schichten „hämmern“.

Die Laser-Augenchirurgie verwendet das obige Prinzip: Durch das Erzeugen von Stoßwellen in das flüssige Medium des Auges wird die Netzhaut wieder an ihren Platz "gehämmert", oder Stoßwellen in der Hornhaut können sie von einigen Schichten ablösen, um ihr Profil zu ändern.

Wie lang die Wirkung ist, hängt von der Kombination aus Pulsenergie und Expositionsdauer ab. Für den chirurgischen Einsatz wird die Wirkung natürlich auf das gewünschte Ergebnis zugeschnitten, während die Kollateralschäden minimiert werden.

Bei zufälliger/schädlicher Exposition ändert sich die Situation. Zum Beispiel habe ich in meinen Studienjahren versehentlich meinen Unterarm in den Strahlengang eines Nd-YAG-Lasers gelegt, Nanosekunden-Impulse von jeweils einigen Nanojoule abgefeuert und Impulse im Wert von wenigen Sekunden eingefangen: Es fühlte sich an, als würde ich von einer Wespe gestochen, plus der Geruch von verbranntem Haar, während derselbe Laser, der auf ein Kupferziel traf, sich anhörte, als würde jemand einen Hammer darauf verwenden. Dann habe ich das Filmmaterial einer Hähnchenbrust gesehen, die einem Infrarotlaser ausgesetzt wurde, der wenige Kilowatt Leistung abfeuerte: viel Rauch und ein vorbeiziehendes Loch, das in Sekunden verbrannt war.

Das Obige ist bei weitem keine erschöpfende Antwort, aber es sollte Ihnen eine allgemeine Vorstellung davon geben, was auf der Bühne passiert, wenn wir über Laser-Materie-Wechselwirkung sprechen.

Würde es die Antwort vereinfachen, wenn ich die Frage in ein erhitztes Plasma ändern würde? Da dies im Wesentlichen das Endergebnis des Lasers ist, der in meiner Geschichte an der Aufprallstelle verwendet wird. Die Höhe des Schadens würde natürlich vom Energiegehalt abhängen, aber ich würde davon ausgehen, dass der höhere Energiegehalt ab einem bestimmten Punkt einfach die gleiche Art von Wunde bedeuten würde, aber vergrößert. Genauso wie eine 5,56-Gewehrkugel ähnliche Schadensprofile wie eine 7,62-Kugel hätte, nur vergrößert. Das ist es, was ich erreichen möchte: eine allgemeine Vorstellung davon, welche Art von Wunde eine Fleisch-Blitzverdampfungswaffe verursachen würde.
@Demigan, damit ein Plasma längere Zeit mit einem Objekt in Kontakt ist, muss es sich in einem Vakuum befinden, was natürlich andere Arten von Schäden verursacht
Hmmm. Das bringt mich dazu, meinen "Hotdog vs. Laserschneider" -Test zu machen, über den ich seit ein paar Jahren nachdenke. Es wäre einfach, einfach einen aufgetauten Hotdog in einen Laserschneider zu werfen und einen Schnitt und eine Ätzung auszuführen, aber ich habe mir immer noch nicht die Zeit genommen. Ich weiß, dass ein 80-W-Laser sauber durch 1/8-Zoll-Leder mit nur geringfügiger Verfärbung schneidet, aber das ist viel dicker als menschliche Haut und auch behandelt, daher erwarte ich einen sauberen Schnitt, der nicht kauterisiert ist.
Welche Art von Wunden würde eine gepulste Laserwaffe wirklich verursachen?
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