I. Ультразвук. Его виды. Источники ультразвука.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Ультразвук (УЗ) – это механические колебания, распространяющиеся в виде продольных волн в упругих средах с частотой свыше 20000 Гц.

По частоте УЗ различают:

– УЗ низких частот (2´ 10⁴¸ 10⁵Гц).

– УЗ средних частот (10⁵¸ 10⁷Гц).

– УЗ высоких частот (10⁷¸ 10⁹ Гц).

– Гиперзвук (10⁹¸ 10¹² Гц).

Источники УЗ

естественные искусственные

Живые неживые Акустико- пьезо- магнитно-

(дельфин, (ветер, шум механические электрические стрекционные.

летучие листьев,

мыши) обвал, гроза).

1. Акустико-механические – их работа основана на прерывании струи газа или жидкости. Это воздушные или жидкостные свистки. Их недостаток - это нестабильность частоты и амплитуды, их область применения ограничена.

2. Пьезоэлектрические – основаны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Его сущность: под действием электрического поля происходит механическая деформация тел (сжатие и растяжение). При этом возникают колебания, частота которых зависит от частоты изменения знака потенциала на гранях кристалла. Кристалл начинает вибрировать, излучая механическую волну (УЗ) с соответствующей частотой. Вещества, в которых хорошо выражены пьезоэлектрические свойства - кристаллические диэлектрики (кварц, сегнетова соль).

3. Магнитно-стрикционные – их работа основана на явлении магнитострикции, то есть способности ферромагнитных материалов (кобальт, никель, их сплавы, ферриты), помещённых в переменное магнитное поле, изменять свои размеры с частотой равной частоте поля. При этом возникает УЗ-волна:

Такие преобразователи дешевле пьезоэлектрических, но не могут работать при высоких температурах.

II. УЗ генератор. Принципы его работы (есть в учебнике Ремизова § 6.6 стр. 108).

Это техническое устройство для получения и выявления УЗ.

Он включает:

1.Ламповый или полупроводниковый генератор электрических колебаний УЗ частоты.

2.Излучатель УЗ, преобразующий электрические колебания в механические.

Принцип работы: от генератора к излучателю поступает переменное

электрическое напряжение нужной частоты и мощности. При этом между электродами создаётся переменное электрическое поле, под действием которого кварцевая пластинка изменяет свои линейные размеры. При этом возникают механические колебания в среде в виде ультразвука.

В медицине генератор используется для диагностики, терапии, хирургии, для научных исследований.

Для диагностики – используется генератор с частотой 5-6 МГц и излучатели пьезоэлектрического типа.

В терапии – n = 880 кГц, излучатели пьезоэлектрического типа.

В хирургии – n = 100 кГц, излучатели магнитострикционного типа, работающие либо в непрерывном, либо в импульсивном режиме.

III. Особенности и свойства УЗ при его распространении в среде.

При достаточно больших частотах (малых l), УЗ обладает некоторыми свойствами:

1.УЗ имеет малую «l», поэтому дифракция (огибание) происходит на объектах малых размеров. Другие препятствия УЗ огибает плохо и оставляет за ними «акустическую тень»

при n = 1 кГц l = 1, 5 м

n = 1 МГц l = 1, 5 мм.

2. УЗ обладает направленностью и может фокусироваться в узкие направленные пучки с помощью специальных линз или придания определённой формы излучателю.

3. УЗ поглощается при взаимодействии со средой и это в значительной степени зависит от его частоты и свойств самой среды. В различных тканях интенсивность поглощения УЗ разная. Глубина, на которой интенсивность УЗ уменьшается вдвое, называется глубиной полупоглощения.

На частоте n = 1 МГц глубина полупоглощения:

— в мышечной ткани – 2, 1 см

— в жировой ткани – 3, 3 см

— в костной ткани – 0, 23см

— в крови – 35, 0см.

Поглощение в жидкой среде намного меньше, чем в мягких тканях, и меньше, чем в костной.

4. УЗ может преломляться, отражаться, рассеиваться. Преломление и отражение наблюдается при прохождении УЗ через границу раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Почти полное отражение наблюдается при переходе УЗ из твёрдого тела в жидкость или газ. На границе вода-воздух отражение » 99%, следовательно, при введении УЗ в ткань между телом человека и излучателем должна быть связующая среда (водная, масляная).

Z₂ – Z₁ ²

r = — коэффициент отражения.

Z₂ + Z₁

кг× м кг

Z = r´ n — акустическое сопротивление = =

м³× с м² × с

IV. Виды физического воздействия УЗ

И их характеристика.

1. Тепловое – обусловлено поглощением УЗ в среде, в результате чего выделяется тепло, то есть механическая энергия УЗ волны переходит в тепловую. Это обусловлено:

– периодическим сжатием участков среды;

– трением частиц среды, особенно выраженном на границе раздела;

– поглощением УЗ средой;

Так как поглощение УЗ различно различными средами, то и выделение тепла не будет одинаковым. При j_УЗ = 5 Вт/см² и t = 1 мин. Температура мышц повышается на 1 ⁰С, а костного мозга на 5 ⁰С.

Сравнительно много тепла выделяется на границе мягких тканей и кости. Ткани со сложной структурой более чувствительны, чем однородные.Локальный нагрев ткани на доли градусов увеличивает жизнедеятельность биологических объектов, интенсивность процессов обмена. Длительное воздействие приводит к перегреву.

2. Механическое – обусловлено переменным давлением, возникающим в среде при прохождении УЗ.Перепады давления приводят в колебательное движение частицы среды, что обуславливает его «дробящее» действие и более равномерное распределение частиц по всему объёму (приготовление эмульсий, аэрозолей и т.п.).При распространении УЗ высокой интенсивности в жидкости в момент разрежения (УЗ – продольная волна) происходит микроразрыв жидкости – то есть образуется полость, в которую устремляются растворённые в жидкости газы и пары самой жидкости (образуется кавитационный пузырёк). В момент сжатия происходит захлопывание пузырьков. При этом создаются кратковременные (t » 10^-6 с) импульсы давления (r » 10⁸ Па и более). Они способны разрушить весьма прочные материалы (применяется в хирургии для резки и сварки тканей). Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатным нагревом газа в пузырьке и его ионизацией. Кавитация происходит при j ³ 8 кВт/м².

Ещё одно механическое воздействие УЗ волн – возникновение

акустических потоков – звуковой ветер. С их помощью перемешиваются

жидкости.

3. Физико-химическое – тесно связано с явлением кавитации, так как в кавитационных пузырьках кроме больших давлений возникают электрические потенциалы, что приводит, в частности, к образованию свободных радикалов и атомарного водорода в воде.Под действием УЗ происходят процессы окисления в некоторых растворах, а также ускоряются различные химические процессы (звуковая химия).

⇐ Предыдущая 12