Технология выбора параметров системы лазерного деления эмбриона крупного рогатого скота

Abstract

Результаты экспериментальных исследований по взаимодействию электромагнитного излучения оптического диапазона с микробиологическими объектами доказали эффективность использования именно лазерных систем. Рассмотрена методика формализации задачи обоснования допустимых по ограничениям на температурное поле, значений интенсивности и радиуса носителя источника лазерного излучения. Такая задача возникает при лазерном делении ранних эмбрионов в племенном животноводстве. Содержательный смысл ее постановки состоит в том, чтобы при лазерном делении эмбриона из множества допустимых рабочих параметров технических средств найти такие, которые бы обеспечили технологический процесс деления эмбриона и при этом создаваемое температурное поле в ближайших к месту деления точках не превышало наперед заданные значения. Критерием качества протекания технологического процесса определено не превышение температурным полем заданных значений, обеспечивающих температурную устойчивость (жизнеспособность) разделяемых частей эмбриона. К рабочим параметрам в первую очередь относятся: мощность лазерного воздействия и геометрические параметры носителя лазерного источника. В качестве приближенной физической модели взаимодействия лазерного излучения с эмбрионом может быть модель однородного по теплопроводности шарообразного тела, на которое действует локальный сферический источник, перемещающийся с заданной скоростью в плоскости и разделяющий эмбрион на две части. Нестационарное температурное поле шарообразного однородного по теплопроводности тела, содержащего в центре (наиболее «нагруженный» температурный режим) дискретный импульсный источник, описывается в сферической системе координат параболическим уравнением. Результатом решения краевой задачи является распределение избыточной температуры, порожденной только источником, которая затем приведена к истинной температуре, с учетом температуры на границе «эмбрион – питательная среда».

Результати експериментальних досліджень по взаємодії електромагнітного випромінювання оптичного діапазону з мікробіологічними об'єктами довели ефективність використання саме лазерних систем. Розглянута методика формалізації задачі обґрунтування допустимих з обмежень на температурне поле, значень інтенсивності та радіусу носія джерела лазерного випромінювання. Таке завдання виникає при лазерному розподілі ранніх ембріонів в племінному тваринництві. Змістовний сенс її постановки полягає в тому, щоб при лазерному розподілі ембріона з множини допустимих робочих параметрів технічних засобів знайти такі, які б забезпечили технологічний процес ділення ембріона і при цьому створюється температурне поле в найближчих до місця розподілу точках не перевищувало наперед задані значення. Критерієм якості протікання технологічного процесу визначений перевищення температурним полем заданих значень, що забезпечують температурну стійкість (життєздатність) частин ембріона. До робочим параметрам в першу чергу відносяться: потужність лазерного впливу і геометричні параметри носія лазерного джерела. Наближеною фізичною моделлю взаємодії лазерного випромінювання з ембріоном може бути модель однорідного по теплопровідності кулеподібного тіла, на яке діє локальне сферичне джерело, що переміщується з заданою швидкістю в площині і діле ембріон на дві частини. Нестаціонарне температурне поле кулеподібного однорідного по теплопровідності тіла, що містить в центрі (найбільш «навантажений» температурний режим) дискретне імпульсне джерело, описується в сферичній системі координат параболічних рівнянням. Результатом рішення крайової задачі є розподіл надлишкової температури, породженої тільки джерелом, яка потім приведена до істинної температурі, з урахуванням температури на кордоні «ембріон – живильне середовище».

The results of experimental studies on the interaction of electromagnetic radiation in the optical range with microbiological objects have proven the effectiveness of using laser systems. The method of the formalization of the problem justification of acceptable restrictions on the temperature field, the intensity values and the radius of laser radiation carrier source has been examined. This problem arises during the laser division of early embryos in livestock breeding. The substantial meaning of its setting consists in finding in the variety of permissible operating hardware settings during the laser division of the embryo those which would provide the technological process of division of the embryo and thus created the temperature field in the nearest to the place of the division points does not exceed the prescribed values. The criterion of the quality of the process flow is determined by the fact that the field doesn’t exceed the set temperature points, providing temperature stability (viability) shared parts of an embryo. Operating parameters primarily include: the power of laser exposure and geometric parameters of the laser source carrier. As an approximate physical model of the interaction of laser radiation with an embryo can be a model for a uniform spherical body heat conduction, which operates on a local spherical source, turn-to-rotating speed in a given plane and time-fissile embryo into two parts. Transient temperature field for uniform spherical body heat conduction, containing in the center (the most ‘loaded’ temperature mode) digital switching power, is described in a spherical coordinate system by the parabolic equation. The result of solving the boundary problem is the distribution of the excess temperature generated by the source only, which then is led to the true temperature, taking into account the temperature at the ‘embryo – growing medium’.