21-րդ դարը ռադիոէլեկտրոնիկայի, ատոմի, տիեզերական հետազոտության և ուլտրաձայնային դարն է: Ուլտրաձայնային գիտությունն այսօր համեմատաբար երիտասարդ է: 19-րդ դարի վերջին ռուս ֆիզիոլոգ Պ. Ն. Լեբեդևը կատարեց իր առաջին ուսումնասիրությունները։ Դրանից հետո շատ ականավոր գիտնականներ սկսեցին ուսումնասիրել ուլտրաձայնը։
Ի՞նչ է ուլտրաձայնը
Ուլտրաձայնը տարածվող ալիքավոր տատանողական շարժում է, որը կատարում են միջավայրի մասնիկները: Այն ունի իր առանձնահատկությունները, որոնցով տարբերվում է լսելի տիրույթի հնչյուններից։ Ուլտրաձայնային տիրույթում ուղղորդված ճառագայթում ստանալը համեմատաբար հեշտ է: Բացի այդ, այն լավ է կենտրոնանում, և դրա արդյունքում մեծանում է կատարված տատանումների ինտենսիվությունը։ Պինդ մարմիններում, հեղուկներում և գազերում տարածվելիս ուլտրաձայնը առաջացնում է հետաքրքիր երևույթներ, որոնք գործնական կիրառություն են գտել տեխնիկայի և գիտության բազմաթիվ ոլորտներում։ Ահա թե ինչ է ուլտրաձայնը, որի դերն այսօր շատ մեծ է կյանքի տարբեր ոլորտներում։
Ուլտրաձայնի դերը գիտության և պրակտիկայում
Ուլտրաձայնային հետազոտությունը վերջին տարիներին սկսեց խաղալ գիտական հետազոտություններումգնալով ավելի կարևոր դեր է խաղում: Հաջողությամբ իրականացվել են փորձարարական և տեսական ուսումնասիրություններ ակուստիկ հոսքերի և ուլտրաձայնային կավիտացիայի ոլորտում, ինչը գիտնականներին թույլ է տվել զարգացնել տեխնոլոգիական գործընթացներ, որոնք տեղի են ունենում հեղուկ փուլում ուլտրաձայնի ազդեցության ժամանակ: Այն հզոր մեթոդ է՝ ուսումնասիրելու տարբեր երեւույթներ այնպիսի գիտելիքի բնագավառում, ինչպիսին ֆիզիկան է։ Ուլտրաձայնը օգտագործվում է, օրինակ, կիսահաղորդչային և պինդ վիճակի ֆիզիկայում։ Այսօր ձեւավորվում է քիմիայի առանձին ճյուղ, որը կոչվում է «ուլտրաձայնային քիմիա»։ Դրա կիրառումը թույլ է տալիս արագացնել բազմաթիվ քիմիական-տեխնոլոգիական գործընթացներ։ Ծնվեց նաև մոլեկուլային ակուստիկան՝ ակուստիկայի նոր ճյուղ, որն ուսումնասիրում է ձայնային ալիքների մոլեկուլային փոխազդեցությունը նյութի հետ։ Ի հայտ են եկել ուլտրաձայնի կիրառման նոր ոլորտներ՝ հոլոգրաֆիա, ինտրոսկոպիա, ակուստոէլեկտրոնիկա, ուլտրաձայնային ֆազային չափում, քվանտային ակուստիկա։
Այս ոլորտում փորձարարական և տեսական աշխատանքներից բացի, այսօր բավականին գործնական աշխատանք է կատարվել։ Մշակվել են հատուկ և ունիվերսալ ուլտրաձայնային մեքենաներ, կայանքներ, որոնք աշխատում են բարձր ստատիկ ճնշման տակ և այլն։ Արտադրության մեջ ներդրվել են արտադրության գծերում ներառված ավտոմատ ուլտրաձայնային կայանքները, որոնք կարող են զգալիորեն բարձրացնել աշխատանքի արտադրողականությունը։
Ավելին ուլտրաձայնային
Եկեք ավելին խոսենք, թե ինչ է ուլտրաձայնը: Մենք արդեն ասացինք, որ դրանք առաձգական ալիքներ և տատանումներ են: Ուլտրաձայնային հաճախականությունը 15-20 կՀց-ից ավելի է։ Մեր լսողության սուբյեկտիվ հատկությունները որոշում են ուլտրաձայնային հաճախականությունների ստորին սահմանը, որըայն առանձնացնում է լսելի ձայնի հաճախականությունից: Այս սահմանը, հետևաբար, պայմանական է, և մեզանից յուրաքանչյուրը տարբեր կերպ է սահմանում, թե ինչ է ուլտրաձայնը: Վերին սահմանը նշվում է առաձգական ալիքներով, նրանց ֆիզիկական բնույթով: Նրանք տարածվում են միայն նյութական միջավայրում, այսինքն՝ ալիքի երկարությունը պետք է զգալիորեն մեծ լինի գազում առկա մոլեկուլների միջին ազատ ուղուց կամ պինդ և հեղուկների միջատոմային հեռավորություններից։ Գազերում նորմալ ճնշման դեպքում ուլտրաձայնային հաճախականությունների վերին սահմանը 109 Հց է, իսկ պինդ և հեղուկներում՝ 1012-10 13 Հց.
Ուլտրաձայնային աղբյուրներ
Ուլտրաձայնը բնության մեջ հանդիպում է և որպես բնական բազմաթիվ աղմուկների (ջրվեժ, քամի, անձրև, ժայռաբեկորով գլորված խճաքարեր, ինչպես նաև ամպրոպին ուղեկցող ձայներում և այլն) բաղադրիչ, և որպես դրա անբաժանելի մաս: կենդանական աշխարհը. Կենդանիների որոշ տեսակներ այն օգտագործում են տարածության մեջ կողմնորոշվելու, խոչընդոտները հայտնաբերելու համար։ Հայտնի է նաև, որ դելֆինները բնության մեջ օգտագործում են ուլտրաձայնային (հիմնականում 80-ից մինչև 100 կՀց հաճախականություններ): Այս դեպքում նրանց կողմից արձակված տեղակայման ազդանշանների հզորությունը կարող է շատ մեծ լինել։ Հայտնի է, որ դելֆինները կարող են հայտնաբերել ձկների խմբերը մինչև մեկ կիլոմետր հեռավորության վրա:
Ուլտրաձայնի արտանետողները (աղբյուրները) բաժանված են 2 մեծ խմբի. Առաջինը գեներատորներն են, որոնցում տատանումները գրգռվում են անընդհատ հոսքի ճանապարհին տեղադրված խոչընդոտների առկայության պատճառով՝ հեղուկի կամ գազի շիթ: Երկրորդ խումբը, որի մեջ կարելի է միավորել ուլտրաձայնային աղբյուրներըԷլեկտրաակուստիկ փոխարկիչներ, որոնք հոսանքի կամ էլեկտրական լարման տրված տատանումները վերածում են մեխանիկական թրթիռի, որն առաջանում է ամուր մարմնի կողմից, որը ձայնային ալիքներ է արձակում շրջակա միջավայր:
Ուլտրաձայնային ընդունիչներ
Միջին և ցածր հաճախականությունների դեպքում ուլտրաձայնային ընդունիչները առավել հաճախ պիեզոէլեկտրական տիպի էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչներ են: Նրանք կարող են վերարտադրել ստացված ակուստիկ ազդանշանի ձևը, որը ներկայացված է որպես ձայնային ճնշման ժամանակային կախվածություն: Սարքերը կարող են լինել լայնաշերտ կամ ռեզոնանսային՝ կախված կիրառման պայմաններից, որոնց համար նախատեսված են: Ջերմային ընդունիչներն օգտագործվում են ձայնային դաշտի միջինացված ժամանակի բնութագրերը ստանալու համար: Դրանք թերմիստորներ կամ ջերմազույգեր են՝ պատված ձայնը կլանող նյութով։ Ձայնի ճնշումը և ինտենսիվությունը կարող են գնահատվել նաև օպտիկական մեթոդներով, ինչպիսիք են լույսի ցրումը ուլտրաձայնի միջոցով:
Որտե՞ղ է օգտագործվում ուլտրաձայնը:
Կան դրա կիրառման բազմաթիվ ուղղություններ՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային տարբեր հատկանիշներ: Այս տարածքները կարելի է մոտավորապես բաժանել երեք ոլորտների. Դրանցից առաջինը կապված է ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով տարբեր տեղեկություններ ստանալու հետ։ Երկրորդ ուղղությունը դրա ակտիվ ազդեցությունն է նյութի վրա: Իսկ երրորդը կապված է ազդանշանների փոխանցման ու մշակման հետ։ Յուրաքանչյուր դեպքում օգտագործվում է որոշակի հաճախականության տիրույթի ԱՄՆ: Մենք կանդրադառնանք բազմաթիվ ոլորտներից միայն մի քանիսին, որտեղ այն գտել է իր ճանապարհը:
Ուլտրաձայնային մաքրում
Այս մաքրման որակը չի կարող համեմատվել այլ մեթոդների հետ: Մասերը լվանալիս, օրինակ, աղտոտիչների մինչև 80%-ը մնում է դրանց մակերեսին, մոտ 55%-ը՝ թրթռումային մաքրման, մոտ 20%-ը՝ ձեռքով, իսկ ուլտրաձայնային մաքրման դեպքում, աղտոտիչների 0,5%-ից ոչ ավելին է մնում: Բարդ տեսք ունեցող դետալները կարելի է լավ մաքրել միայն ուլտրաձայնի օգնությամբ։ Դրա օգտագործման կարևոր առավելությունը բարձր արտադրողականությունն է, ինչպես նաև ֆիզիկական աշխատանքի ցածր ծախսերը: Ավելին, կարելի է թանկարժեք և դյուրավառ օրգանական լուծիչները փոխարինել էժան և անվտանգ ջրային լուծույթներով, օգտագործել հեղուկ ֆրեոն և այլն։
Լուրջ խնդիր է օդի աղտոտվածությունը մուրով, ծխով, փոշով, մետաղական օքսիդներով և այլն։ Գազի ելքերի օդը և գազը մաքրելու ուլտրաձայնային եղանակը կարող եք օգտագործել՝ անկախ շրջակա միջավայրի խոնավությունից և ջերմաստիճանից։ Եթե ուլտրաձայնային արտանետիչը տեղադրվի փոշու նստեցման խցիկում, դրա արդյունավետությունը կբարձրանա հարյուրավոր անգամներ: Ո՞րն է նման մաքրման էությունը: Փոշու մասնիկները, որոնք պատահականորեն շարժվում են օդում, ավելի ուժեղ են հարվածում միմյանց և ավելի հաճախ ուլտրաձայնային թրթռումների ազդեցության տակ: Միևնույն ժամանակ, դրանց չափերը մեծանում են այն պատճառով, որ դրանք միաձուլվում են: Կոագուլյացիան մասնիկների մեծացման գործընթացն է: Հատուկ զտիչները բռնում են իրենց կշռված և ընդլայնված կլաստերները։
Փխրուն և գերկոշտ նյութերի մշակում
Եթե դուք մտնում եք մշակման մասի և գործիքի աշխատանքային մակերեսի միջև՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային, հղկող նյութ, ապա շահագործման ընթացքում հղկող մասնիկներըարտանետիչը կազդի այս մասի մակերեսին: Այս դեպքում նյութը ոչնչացվում և հեռացվում է, ենթարկվում մշակման տարբեր ուղղորդված միկրոազդեցությունների ազդեցության տակ: Մշակման կինեմատիկան բաղկացած է հիմնական շարժումից՝ կտրումից, այսինքն՝ գործիքի կատարած երկայնական թրթռումներից, իսկ օժանդակը՝ մեքենան կատարվող սնուցման շարժումից։
Ուլտրաձայնը կարող է կատարել տարբեր աշխատանքներ: Հղկող հատիկների համար էներգիայի աղբյուրը երկայնական թրթռանքներն են։ Նրանք ոչնչացնում են վերամշակված նյութը։ Սնուցման շարժումը (օժանդակ) կարող է լինել շրջանաձև, լայնակի և երկայնական։ Ուլտրաձայնային մշակումն ավելի ճշգրիտ է: Կախված հղկող նյութի հատիկի չափից, այն տատանվում է 50-ից 1 մկմ: Օգտագործելով տարբեր ձևերի գործիքներ՝ կարող եք ոչ միայն անցքեր անել, այլև բարդ կտրվածքներ, կոր կացիններ, փորագրել, մանրացնել, մատրիցներ պատրաստել և նույնիսկ ադամանդ փորել։ Որպես հղկող նյութ՝ կորունդ, ադամանդ, քվարց ավազ, կայծքար։
Ուլտրաձայնային ռադիոէլեկտրոնիկայի մեջ
Ուլտրաձայնային տեխնոլոգիան հաճախ օգտագործվում է ռադիոէլեկտրոնիկայի ոլորտում: Այս ոլորտում հաճախ անհրաժեշտ է դառնում հետաձգել էլեկտրական ազդանշանը մյուսի համեմատ: Գիտնականները լավ լուծում են գտել՝ առաջարկելով օգտագործել ուլտրաձայնային հետաձգման գծեր (կարճ՝ LZ): Նրանց գործողությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ էլեկտրական իմպուլսները վերածվում են ուլտրաձայնային մեխանիկական թրթռումների: Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում: Բանն այն է, որ ուլտրաձայնի արագությունը զգալիորեն պակաս է, քան էլեկտրամագնիսական տատանումների զարգացածը։ ԶարկերակԷլեկտրական մեխանիկական թրթռումների հակառակ փոխակերպումից հետո լարումը կհետաձգվի գծի ելքում՝ համեմատած մուտքային իմպուլսի հետ։
Պիեզոէլեկտրական և մագնիսական նեղացնող փոխարկիչները օգտագործվում են էլեկտրական թրթռումները մեխանիկականի և հակառակը փոխակերպելու համար: LZ, համապատասխանաբար, բաժանվում են պիեզոէլեկտրական և մագնիսական նեղացնողի։
Ուլտրաձայնը բժշկության մեջ
Կենդանի օրգանիզմների վրա ազդելու համար օգտագործվում են ուլտրաձայնի տարբեր տեսակներ: Բժշկական պրակտիկայում դրա օգտագործումը այժմ շատ տարածված է: Այն հիմնված է այն ազդեցությունների վրա, որոնք տեղի են ունենում կենսաբանական հյուսվածքներում, երբ դրանց միջով անցնում է ուլտրաձայնը: Ալիքները միջավայրի մասնիկների տատանումներ են առաջացնում, ինչը հյուսվածքների մի տեսակ միկրոմերսում է ստեղծում։ Իսկ ուլտրաձայնի կլանումը հանգեցնում է դրանց տեղային տաքացմանը։ Միևնույն ժամանակ, կենսաբանական միջավայրում տեղի են ունենում որոշակի ֆիզիկաքիմիական փոխակերպումներ: Այս երեւույթները ձայնի չափավոր ինտենսիվության դեպքում անդառնալի վնաս չեն պատճառում։ Նրանք միայն բարելավում են նյութափոխանակությունը և, հետևաբար, նպաստում են իրենց ազդեցության տակ գտնվող մարմնի կենսագործունեությանը: Նման երեւույթները կիրառվում են ուլտրաձայնային թերապիայի մեջ։
Ուլտրաձայնային հետազոտություն վիրաբուժության մեջ
Կավիտացիան և ուժեղ տաքացումը բարձր ինտենսիվության դեպքում հանգեցնում են հյուսվածքների ոչնչացման: Այս էֆեկտն այսօր օգտագործվում է վիրաբուժության մեջ։ Վիրահատական վիրահատությունների համար օգտագործվում է կենտրոնացված ուլտրաձայնային հետազոտություն, որը թույլ է տալիս տեղային ոչնչացում կատարել ամենախոր կառույցներում (օրինակ՝ գլխուղեղ)՝ չվնասելով շրջապատող կառույցները։ Ուլտրաձայնային հետազոտությունը կիրառվում է նաև վիրաբուժության մեջգործիքներ, որոնցում աշխատանքային ծայրը նման է ֆայլի, scalpel-ի, ասեղի: Նրանց վրա դրված թրթռումները նոր որակներ են հաղորդում այս գործիքներին։ Պահանջվող ուժը զգալիորեն կրճատվում է, հետևաբար՝ կրճատվում է վիրահատության տրավմատիզմը։ Բացի այդ, դրսևորվում է անալգետիկ և հեմոստատիկ ազդեցություն: Ուլտրաձայնի միջոցով բութ գործիքով հարվածը օգտագործվում է մարմնում հայտնված նորագոյացությունների որոշ տեսակների ոչնչացման համար:
Ազդեցությունը կենսաբանական հյուսվածքների վրա իրականացվում է միկրոօրգանիզմների ոչնչացման նպատակով և օգտագործվում է դեղամիջոցների և բժշկական գործիքների մանրէազերծման գործընթացներում։
Ներքին օրգանների հետազոտություն
Խոսքը հիմնականում որովայնի խոռոչի ուսումնասիրության մասին է։ Այդ նպատակով օգտագործվում է հատուկ սարք. Ուլտրաձայնը կարող է օգտագործվել տարբեր հյուսվածքների և անատոմիական անոմալիաների հայտնաբերման և ճանաչման համար: Մարտահրավերը հաճախ հետևյալն է. կասկածվում է չարորակ նորագոյացություն և անհրաժեշտ է տարբերակել բարորակ կամ վարակիչ ախտահարումից:
Ուլտրաձայնը օգտակար է լյարդի հետազոտման և այլ խնդիրների համար, որոնք ներառում են լեղուղիների խցանումների և հիվանդությունների հայտնաբերում, ինչպես նաև լեղապարկի հետազոտություն՝ դրանում քարերի և այլ պաթոլոգիաների առկայության հայտնաբերման համար: Բացի այդ, կարող են օգտագործվել ցիռոզի և լյարդի այլ ցրված բարորակ հիվանդությունների թեստավորում:
Գինեկոլոգիայի ոլորտում, հիմնականում ձվարանների և արգանդի անալիզներում, ուլտրաձայնի կիրառումը երկար ժամանակ է.հիմնական ուղղությունը, որով այն իրականացվում է հատկապես հաջողությամբ։ Հաճախ այստեղ անհրաժեշտ է նաև բարորակ և չարորակ գոյացությունների տարբերակում, ինչը սովորաբար պահանջում է լավագույն հակադրություն և տարածական լուծում։ Նմանատիպ եզրակացությունները կարող են օգտակար լինել բազմաթիվ այլ ներքին օրգանների ուսումնասիրության համար:
Ուլտրաձայնի օգտագործումը ստոմատոլոգիայում
Ուլտրաձայնը իր ճանապարհն է գտել նաև ատամնաբուժության մեջ, որտեղ այն օգտագործվում է ատամնաքարերը հեռացնելու համար: Այն թույլ է տալիս արագ, անարյուն և ցավազուրկ հեռացնել ատամնափառը և քարը: Ընդ որում, բերանի խոռոչի լորձաթաղանթը չի վնասվում, իսկ խոռոչի «գրպանները» ախտահանվում են։ Ցավի փոխարեն հիվանդը զգում է ջերմության զգացում։
