¿Qué tipo de heridas crearía realmente un arma láser pulsada?

Los láseres y otras armas basadas en el calor en la ciencia ficción a menudo se tergiversan en la forma en que infligen daño. Una reacción común a las armas basadas en el calor, como los sables de luz, los rifles láser y las armas de plasma, es decir que cauterizan la herida por sí mismos. Sin embargo, después de someterse a un procedimiento médico con una herramienta de corte a base de calor, la herramienta no cauterizó la herida, sangró muchísimo hasta el final del procedimiento, donde bajaron la temperatura y usaron calor durante un período prolongado para cauterizar la herida con la mismo instrumento. Ahora, una herramienta tan pequeña no significa que un arma de calor de ciencia ficción no cauterizaría, pero sí genera dudas de que solo porque está basado en calor cauterizará. Y cualquier información que encontré sobre el tema era una cámara de eco o no estaba claro cómo funcionaría realmente contra la carne humana.

El arma con la que uno de mis personajes está a punto de ser golpeado vaporizará una cantidad considerable de carne en algún lugar de su torso a través de una explosión pulsada, y quiero ver qué tipo de herida dejará esto de manera realista. Mi idea actual se ve así:

  • el láser vaporiza la piel y algo de carne debajo, creando esencialmente una explosión.
  • la carne que no se vaporiza se quema y carboniza. Esta porción se expandirá debido al calor y apretará el área ya que tiene pocos lugares a donde ir. Esto cauterizaría la herida si no fuera por el agua. El agua del interior se hierve y crea rasgaduras y rasgaduras en el área quemada a medida que se expande y escapa. Es probable que más movimiento rompa el área carbonizada más quebradiza y cause más rasgaduras y rasgaduras.
  • más allá de la sección de quemadura de tercer grado, hay una quemadura de segundo y primer grado a medida que el calor disminuye.
  • la onda de choque de la explosión rasga y rasga la sección quemada mientras se quema. La onda de choque es más profunda y hace que los vasos sanguíneos revienten mientras magulla cualquier tejido que encuentre. La sangre que no se deja acumular internamente encontrará su camino a través de las rasgaduras y desgarros hechos en las secciones quemadas, causando que la herida sangre.

Ahora bien, esta es mi conjetura y no tengo nada realmente para apoyarlo. Entonces mi pregunta es: ¿alguien puede dar una versión creíble de lo que realmente sucedería aquí?

Tenga en cuenta que la mayoría de las heridas por calor en la actualidad no vaporizan partes de la carne y se deben a exposiciones más prolongadas.

¿Has hecho alguna investigación por tu cuenta? Estoy bastante seguro de que hay páginas que detallan el mecanismo de las heridas inducidas por láser con detalles bastante profundos.
Pensé que el "pulso" tenía más que ver con cosas como que la mecánica de creación del láser no puede soportar el uso continuo (necesita un período de enfriamiento) o la aplicación debe "ralentizarse" porque el uso continuo también causaría mucho daño (aplicaciones médicas). No puedo imaginar nada más que SciFi pensando que un láser de pulso era mejor que uno continuo a menos que tuviera las mismas limitaciones mecánicas (la mecánica, como la óptica, se sobrecalienta debido a las impurezas).
@ L.Dutch He mirado a mi alrededor de vez en cuando y no he encontrado ninguna explicación real sobre qué tipo de heridas crearía el láser u otras armas basadas en el calor. En el mejor de los casos, incluso en este sitio, he encontrado personas que afirman que cauteriza las heridas pero sin respaldarlo. Creo que hubo un youtuber (¿Kyle Hill o algo así? Tengo que comprobarlo) que también dijo que en realidad no cauterizaría. Pero no puedo recordar si tenía alguna prueba real para ello. Como mencioné, observé las lesiones actuales por calor, pero no encontré nada concreto. Aparte: ¿quién es Mónica y para qué necesita ser readmitida?
Pero, para respaldar el comentario de @L.Dutch-ReinstateMonica, considere leer este capítulo de la Universidad de Princeton. y esta cuestión de Worldbuilding . (¿Quién es Mónica?... ¿ha pasado tanto tiempo? Mónica Ciello era una de las personas más respetadas en el universo de SE, moderadora en varios sitios y notablemente sensata. Básicamente, preguntó cómo implementar el nuevo sistema operativo de SE. -Tolerar a todos el programa [incluido el uso de pronombres preferidos] y fue despedido instantáneamente por ello. Condujo a una demanda. Mal juju.)
@JBH en Atomic Rockets mencionan algunas de las características de un arma láser en funcionamiento, como usar cientos o miles de pulsos más pequeños para maximizar el daño. Sin embargo, preferiría mantener el arma más cerca del funcionamiento de la ciencia ficción con un solo pulso de energía poderoso que inflige el daño en lugar de un pulso láser que básicamente se clava en la armadura y el cuerpo. Eso también facilitaría la transferencia de conocimientos entre láseres y armas de plasma, por ejemplo.
Mi experiencia en ingeniería dice que los pulsos son siempre por conveniencia, nunca para maximizar nada. La energía entregada es energía entregada. (No es como si hubiera un componente cinético en el daño, como tener solo 1 kg de masa para trabajar, por lo que lo usa una y otra vez). Supongo que podría maximizar el daño contra una tina de agua (dejando que el vapor tenga tiempo para claro antes del próximo pulso), pero la piel quemada no se va a caer.
Estaba buscando un poco más (encontré este documento genial , que realmente no te ayuda) y me di cuenta de que la razón por la que no encuentras nada es porque los láseres son una solución horrible contra las personas. Los requisitos de energía, portabilidad, etc. son tan grandes que nadie en su sano juicio intentaría (hoy) diseñar un láser de combate para lacayos. Se utilizan para derribar máquinas. Espero estar equivocado, pero sospecho que las "suposiciones lógicas" son lo mejor que obtendrás.
Finalmente, ¿cuántos pulsos por segundo? ¿Cuánto dura la "explosión" pulsada? ¿Cuánta energía se entrega por pulso? ¿Cuál es la longitud de onda del láser? ¿Cuál es la distancia de enfoque del haz? ¿Está el objetivo a la distancia de enfoque, o más cerca/más lejos (lo que significa una pérdida de eficiencia)? ¿Cuál es el diámetro de la viga? Los fluidos y el tejido adiposo se vaporizarán/hervirán mientras que la piel y los músculos se quemarán. (La "explosión" son los fluidos, el tejido solo crea polvo carbonizado). ¿Estamos golpeando a una persona gorda (mucha explosión) o a una persona delgada (solo carne quemada)?
@JBH gracias por poner mucho esfuerzo en esto. Sí, porque las armas de calor de este tipo no son útiles contra las personas, es muy difícil encontrar evidencia sólida de lo que sucedería, por lo que toda la información sobre el tema generalmente se reduce a "cauteriza". Es por eso que hago la pregunta con la esperanza de encontrar un análogo, independientemente de que sea plasma real, algún evento eléctrico, alguien con la cabeza mal en el LHC (lo que sucedió pero no es relevante para esta pregunta), etc.
El láser en cuestión usaría un solo pulso para que sea más fácil de usar no solo para mi historia, sino también para armas de plasma y láser que se encuentran comúnmente en la ficción. Asumiría que en el momento en que el láser es lo suficientemente fuerte como para crear una vaporización significativa (digamos unos pocos dedos de carne vaporizada) que cualquier explosión más grande tendría el mismo efecto en el cuerpo pero a mayor escala. Eso significaría que el contenido de energía real después de eso es irrelevante para responder a la naturaleza exacta de la herida, luego averiguaré qué tan grande quiero la herida.

Respuestas (1)

La luz láser tiene la peculiaridad de estar formada por fotones que tienen todos la misma frecuencia y fase. Esto genera una interacción bastante intensa entre la radiación y la materia.

Para obtener una respuesta más precisa, sería necesario conocer el sustrato que se está irradiando, la longitud de onda del láser, su ciclo de trabajo, la tasa de repetición y los ajustes de potencia. Luego, para una energía de pulso muy alta, también se deben tener en cuenta los efectos no lineales que comienzan a ser significativos.

Para permanecer en un nivel genérico, una vez que los fotones son absorbidos por la capa superficial del objetivo, crean un exceso local de energía. Este exceso local puede tener algunas consecuencias interesantes, algunas de las cuales ya has esbozado en tu pregunta:

  • puede convertir las capas superficiales en plasma, lo que lleva a la llamada ablación láser (más probable con láseres UV y superiores, donde cada fotón puede extraer fácilmente electrones de las capas externas)
  • puede aumentar la temperatura local (más probablemente con láseres IR), vaporizando materiales de bajo punto de ebullición como el agua. La repentina expansión del agua puede entonces crear ondas de choque en el material, haciendo estallar las capas superficiales y/o "martillando" las más profundas.

La cirugía ocular con láser utiliza el principio anterior: creando ondas de choque en el medio líquido del ojo, la retina es "martillada" en su lugar, o las ondas de choque en la córnea pueden despojarla de algunas capas para cambiar su perfil.

La extensión de los efectos depende de la combinación de la energía del pulso y la duración de la exposición. Para uso quirúrgico, por supuesto, el efecto se adapta al resultado deseado mientras se minimiza el daño colateral.

Para la exposición accidental/nociva, la situación cambia. Por ejemplo, en mis años universitarios, coloqué accidentalmente mi antebrazo en la trayectoria óptica de un láser Nd-YAG, disparando pulsos de nanosegundos de algunos nanojulios cada uno, captando pulsos de unos segundos: me sentí como si me hubiera picado una avispa, además del olor a cabello quemado, mientras que el mismo láser golpeando un objetivo de cobre sonaba como si alguien estuviera usando un martillo en él. Luego vi las imágenes de una pechuga de pollo expuesta a un láser infrarrojo que disparaba unos pocos kilovatios de potencia: mucho humo y un agujero de paso quemado en segundos.

Lo anterior está lejos de ser una respuesta exhaustiva, pero debería darle una idea genérica de lo que se está reproduciendo en el escenario cuando hablamos de interacción de materia láser.

¿Simplificaría la respuesta si cambiara la pregunta a un plasma calentado? Como ese es esencialmente el resultado final del láser en uso en mi historia en el lugar del impacto. La cantidad de daño dependería naturalmente del contenido de energía, pero asumiría que en cierto punto el mayor contenido de energía simplemente significaría el mismo tipo de herida pero aumentada. Al igual que una bala de rifle de 5,56 tendría perfiles de daño similares a una bala de 7,62, solo que ampliada. Eso es lo que pretendo lograr: una idea general de qué tipo de herida causaría un arma de vaporización instantánea de carne.
@Demigan, para que un plasma esté en contacto con un objeto durante un tiempo significativo, debe estar en el vacío, lo que por supuesto provoca otros tipos de daños
Mmm. Esto me da ganas de hacer mi prueba de "perro caliente vs cortador láser" en la que he estado pensando durante un par de años. Sería simple, simplemente arroje un perrito caliente descongelado en un cortador láser y ejecute un corte y un grabado, pero todavía no me he tomado el tiempo. Sé que un láser de 80w cortará limpiamente cuero de 1/8" con solo una pequeña decoloración, pero eso es mucho más grueso que la piel humana y también está tratado, así que espero un corte limpio que no esté cauterizado.
¿Qué tipo de heridas crearía realmente un arma láser pulsada?
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