Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
11.3.2, Фокусирование ультразвука для интенсификации или предотвращения распыления жидкостей. Если сходящийся волновой фронт, образованный ультразвуковым концентратором, сфокусировать на поверхности жидкости, то вследствие пондеромоторных сил лоля начнется интенсивное фонтанирование и распыление жидкости. В том случае, когда фокус расположен значи-
Рис. 11.12.
§ И.З]
АКТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА
327
тельно ниже поверхности жидкости, образуется расходящийся волновой фронт, плотность энергии в котором может быть у поверхности жидкости значительно ниже, чем у поверхности излучателя; в результате этого фонтанирование будет отсутствовать даже при сравнительно высокой интенсивности ультразвукового поля у поверхности излучателя (Z0 а* 5-f-10 Вт/см2). Оба эти явления используются на практике.
На рис. 11.13, а показана схема ультразвукового распылительного устройства из работы [128], которое может применяться в ингаляторах, в системах для введения исследуемого вещества в горелку при спектральном
анализе и в других случаях, когда требуется быстрое туманообразование. Сферический концентратор I вмонтирован в металлический стакан 2, над которым установлена кювета с косым дном 3, заполненная рабочей жидкостью. Косое дно препятствует скоплению газовых пузырьков при дегазации контактной жидкости—воды. Кювета 3 закрыта колпаком 4 с отверстиями 5 и 6 для подачи воздуха (или инертного газа) и для выведения тумана.
Рис. 11.13.
328
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
1ГЛ. 1!
На рис. 11.13,6 показан электролизер для получения порошка рения в ультразвуковом поле, разработанный Каневским и Соминской [129]: 1 — ультразвуковая ванна, заполненная трансформаторным маслом, 2— электролизер, 3— пьезокварцевый излучатель, 4 — плоские аноды, 5 — плоский катод, 6 — питание излучателя, 7— подача охлаждающей воды в змеевики. Ультразвуковое поле способствует увеличению количества мелких фракций цорошка рения, однако вследствие интенсивной дегазации происходит распыление электролита. Для предотвращения этого явления была установлена цилиндрическая линза 5, обеспечивающая достаточную интенсивность ультразвука на катоде и понизившая интенсивность его у поверхности электролита, вследствие чего дегазация происходила на большой поверхности, и распыление электролита прекратилось.
11.3.3. Применение сфокусированного ультразвука в хирургии и терапии. При необходимости воздействия на органы и ткани, расположенные внутри организма,
5 3 14 2 6
Рис. 11.14.
часто обращаются к сфокусированным ультразвуковым волнам. Это объясняется тем обстоятельством, что фокусировка позволяет создать локальную концентрацию энергии в заданной области, обеспечивая толерантные дозы в тех областях, где интенсивное ультразвуковое воздействие не нужно. Многочисленные исследования хирургического воздействия ультразвука, в частности для оперативного лечения опухолей мозга, описаны в обзоре Гаврилова [130]. Там же приведена обширная библиография.
На рис. 11.14 показана схема ультразвукового «ножа» — фокусирующего излучателя для оперативного
АКТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА
329
лечения болезни Меньера (заболевания вестибулярного аппарата) [40]. На металлический корпус / оперт пье-зокерамический излучатель 2, прижатый пластмассовой втулкой 3, в которую входит пружинный контакт с чашечкой 4. Питание к излучателю подводится при помощи кабеля 5. Коническая насадка 6 заполняется водой, ее наружный диаметр равен диаметру фокального пятна. Рабочая частота излучателя V = 3 МГц, радиус зрачка а = 3,5 мм, радиус кривизны R = 14,5 мм, волновое фокусное расстояние
/в = 11 ММ.
В ряде случаев в клини- Рис 11.15.
ческой орфтальмологии возникает необходимость ускорения или усиления помутнения хрусталика. Как показали предварительные исследования Гаврилова, Нарбута и Фридмана [131], этот эффект может быть достигнут с помощью сфокусированного ультразвука. Последний создавался сферическим концентратором, работающим на частоте 2,7 МГц. Конструкция излучателя показана схемой на рис. 11.15, где 1 — пьезокерамическая пластина, 2— механизм для перемещения пластины по оси излучателя, 3— корпус излучателя, 4 — звукопрозрачная пленка, 5 — фокальная область, 6 — глаз, 7 — хрусталик, 8 — дегазированная вода, F — фокусное расстояние излучателя, L — интервал перемещения пластины У. Излучатель имел следующие характеристики: F = 7 см, 8т = ЗГ, к = = 112 см-1, S = 22 см2, /о « 0,9 Вт/см2, « 102, /ti# = /tpocos2(em/2) = 9. 108.
ЛИТЕРАТУРА
Сокращения названий периодических изданий АЖ —Акустический журнал. «Наука», Москва.
АУЗТ — Акустика и ультразвуковая техника. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. «Техника», Киев. БИ —Бюллетень изобретений.
ИТ —журнал «Измерительная техника». Изд-во стандартов, Москва. ИЭСТ — Известия электропромышленности слабого тока. НКТП СССР. Объединенное научно-техническое издательство. НТГ —Научные труды Гиредмета. «Металлургия», Москва. ТАИ —Труды Акустического ин-та. Изд-во Акустического ин-та, Москва. TKA —Труды Комиссии по акустике. Изд-во AH СССР, Москва. JAP —Journal of the Applied Physics. JASA —Journal of the Acoustical Society of America. QJMAM — The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics.
