Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 11.10.
почечный камень в виде светлого пятна при работе прибора с излучателем 3' в отраженных волнах. В этом случае сама почечная ткань почти не видна и не мешает наблюдению. Обе фотографии получены при облучении почки излучателем из мозаики пьезокварца диаметром 18 см, работающем на частоте 4 МГц (что соот-
324
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
[ГЛ. Il
ветствует длине волны в воде 0,37 мм), при интенсивности не более 10~2 Вт/см2. Диаметр поля наблюдения составляет около 10 см, кадр состоит из 80 строк. (См. работу [92].)
В работе [118] Олофссон использовал бизеркальный концентратор из эллипсоида и гиперболоида для получения изображения внутреннего строения сердца. Объект облучается излучателем из пьезокерамики диаметром около 20 мм с резонансной частотой 1 МГц. На рис 11.10, а показано на экране телевизионной трубки внутренее строение изолированного сердца теленка, а на рис. 11.10, б —фотография разреза сердца по плоскости ультразвукового изображения. Цель таких исследований — получение изображения внутренних органов в живом организме.
§ 11.3. Применение фокусирования при активном воздействии ультразвука на процессы и вещества
Выше было рассмотрено фокусирование упругих волн с целью проведения научно-исследовательских, контрольно-измерительных и диагностических работ. В настоящем параграфе приведены примеры применения фокусирования ультразвука при осуществлении технологических процессов и воздействия на органы и ткани человеческого организма — в ультразвуковой терапии и хирургии.
11.3.1. Зонная плавка сфокусированным ультразвуком. В процессе получения материалов высокой чистоты применяется метод зонной плавки, эффективность которого зависит от перемешивания расплавленного материала, способствующего выравниванию концентрации примесей в расплаве. Мы предложили новый метод ультразвуковой зонной плавки легкоплавких веществ — при помощи сфокусированных ультразвуковых волн, осуществляющих как плавление, так и перемешивание расплавленного материала [126, 127].
На рис 11.11 изображены схемы горизонтальной (а) и вертикальной (б) установок для зонной очистки легкоплавких веществ. Фокусирующий излучатель 1 концентрирует энергию ультразвуковых волн на оси к'онтей-
* 11.3] АКТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА 325
нера 2, в который помещается очищаемый материал. Жидкая контактная среда 3 заливается в сосуд 4. Перемещение контейнера производится при помощи электропривода 5 с регулируемой скоростью вращения. Температура контактной среды регулируется потоком жидкости, подаваемой из термостата в медную трубку 6.
2 1
0
Рис 11 11
В горизонтальной установке применяется сферический фокусирующий излучатель из пьезокерамики ЦТС, вклеенный в дно прямоугольной кюветы размером 285X280X530 мм3, изготовленной из оргстекла. Диаметр излучателя D и его фокусное расстояние f равны 60 мм, угол раскрытия волнового фронта ©m = 60°, резонансная частота v = 830 кГц, диаметр фокального пятна в воде 2^/0, і = 1,7 мм, площадь излучающей поверхности S = 100 см2, максимальная интенсивность у поверхности излучателя /0 = 0,6 Вт/см2, максимальная излученная мощность W = 60 Вт. Установка и перемещение контейнера осуществляются при помощи теневого прибора и координатного устройства. В вертикальной установке применяется замкнутый цилиндрический излучатель с внутренним диаметром 16 мм, высотой 18 мм, укрепленный на трубке 6 холодильника при помощи пластин из оргстекла (рис. 11.11, б). У этого излучателя V = 1530 кГц, 2у0Л = 0,7 мм, S = 9 см2,10 = 2,2 Вт/см2, W = 20 Вт. Перемещение контейнера 2 осуществляется
326
Применения фокусирования
пгл. u
при помощи капроновой нити, наматываемой на барабан, вращаемый электродвигателем.
Сферический излучатель позволяет создать расплавленную зону в широком интервале температур контактной среды, а цилиндрический упрощает юстировку контейнера. Наиболее удобными в эксплуатации оказались контейнеры из полиэтиленовых трубок, а контактной средой — дистиллированная дегазированная вода.
На установке (см. рис. 11.11, б) исследована возможность очистки галлия с температурой плавления 29,8° от примесей серебра и олова. Контроль распределения
примесей по слитку осуществлялся радиоактивными изотопами Ag-IlO и Sn-113, причем пробы растворялись в царской водке и контролировались на установке с малым фоном (3 имп/мин) типа УМФ-1500М. На рис. 11.12 кривая 1 — распределение примеси олова по слитку галлия, очищенному при числе проходов (7=10, скорости движения зоны V = 16 см/час. Прямая С/Со=1 — начальная концентрация олова (C0 = 2,6 • •10*"1 вес.%). Кривая 2 — распределение примеси серебра при q= 10, v— 16 см/час, Co= 1,25-10"2 вес.%. По оси абсцисс отложено отношение расстояния от начала слитка /' к длине слитка в процентах (I'll) 100%, Из графиков видно, что примеси перемещаются из начальной части слитка в конечную, т. е. происходит процесс зонной очистки. Преимущество этого метода перед обычными методами зонной очистки состоит в простоте создания узкой зоны в легкоплавких сильно переохлаждающихся материалах.
