РЕФЕРАТ

на тему:

„Ультразвук, джерела ультразвуку”

План

Використання ультразвуку в медицині.

Джерела ультразвуку.

Література.

Ультразвук - пружні хвилі високої частоти, яким присвячені спеціальні розділи науки і техніки.  Звичайно ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20 000 до декількох мільярдів герц. Хоча про існування ультразвука ученим було відомо давно, практичне використовування його в науці, техніці і промисловості почалося порівняно недавно

Людське вухо не сприймає ультразвук, проте, деякі тваринні, наприклад, кажани, можуть сприймати і видавати ультразвук. Частково сприймають ультразвук гризуни, кішки, собаки, кити, дельфіни. Ультразвукові коливання виникають при роботі моторів автомобілів, верстатів і ракетних двигунів. У практиці для отримання ультразвука звичайно застосовують електромеханічні генератори ультразвука, дія яких заснована на здатності деяких матеріалів змінювати свої розміри під дією магнітного (магнітострикційні генератори) або електричного поля (п'єзоелектричні генератори), видаючи при цьому звуки високої частоти. Через велику частоту (малої довжини хвилі) ультразвук володіє особливими властивостями.

Вперше ідея практичного використовування ультразвука виникла, як відомо, в першій половині минулого століття у зв'язку з розробкою методів і приладів для виявлення в глибині моря різних об'єктів: підводних човнів, рифів, підводних частин айсбергів і т.д. Це було викликано перш за все загибеллю в 1912р. "Титаніка" і участю підводних човнів, що почалася, у військових операціях під час першої світової війни.

Відоме обстеження хворих за допомогою УЗІ, прикладів використовування ультразвука в лікувальній практиці множина (ультразвуком лікують зараз захворювання нервової системи і опорно-рухового апарату, стоматологічні, урологічні, гінекологічні, офтальмологічні і інші недуги), проте і сьогодні ця область медичної науки і техніки успішно розвивається. Це не дивно, оскільки навіть малоінтенсивне УЗ-ІЗЛУЧЕНІЄ впливає на тканинні і внутріклітинні процеси в організмі, на проникність стінок кровоносних судин, властивості і функції інших органів.

Дії ультразвукових хвиль гинуть багато мікроорганізмів, що було важливе для медицини. Так, ультразвук викликав загибель деяких хвороботворних мікробів: тифозної палички, кишкової і туберкульозної. Ця властивість використовується для очищення води, стерилізації інструментів.

Американські ж учені з Пенсільванського ракового центру розробили складну, але достатньо ефективну методику руйнування пухлин, які не можуть бути через різні причини видалені звичним хірургічним способом, у тому числі і раку печінки. Для цього вони замість скальпеля використовують високочастотні радіохвилі в поєднанні з ультразвуковими. Перш ніж провести таку операцію, лікарі "заморожують" печінку за допомогою криогенного апарату і "просвічують" пухлину ультразвуком.

Генерація ультразвукових хвиль. Ультразвук можна одержати від механічних, електромагнітних і теплових джерел. Механічними випромінювачами звичайно служать різного роду сирени переривистої дії. У повітря вони випускають коливання потужністю до декількох кіловат на частотах до 40 кГц. Ультразвукові хвилі в рідинах і твердих тілах звичайно порушують електроакустичними, магнітострикційними і п'єзоелектричними перетворювачами.

Магнітострикційні перетворювачі. Ці пристрої перетворять енергію магнітного поля в механічну (звукову або ультразвукову) енергію. Їх дія заснована на магнітоупругому ефекті, тобто на тому, що деякі метали (залізо, нікель, кобальт) і їх сплави деформуються в магнітному полі. Яскраво вираженими магнітоупругими властивостями володіють і ферити (матеріали, спікаючі з суміші окислу заліза з оксидами нікелю, міді, кобальту і інших металів). Якщо магнітоупругий стрижень розташувати уздовж змінного магнітного поля, то цей стрижень стане поперемінно скорочуватися і подовжуватися, тобто випробовувати механічні коливання з частотою змінного магнітного поля і амплітудою, пропорційної його індукції. Вібрації перетворювача порушують в твердому або рідкому середовищі, з якою він стикається, хвилі ультразвука тієї ж частоти. Звичайно такі перетворювачі працюють на власній частоті механічних коливань, оскільки на ній найбільш ефективне перетворення енергії з однієї форми в іншу. Магнітострикційні перетворювачі з тонкого листового металу працюють краще всього в низькочастотному ультразвуковому діапазоні (від 20 до 50 кГц), на частотах вище 100 кГц у них дуже низький КПД.

П'єзоелектричні перетворювачі перетворять електричну енергію в енергію ультразвука. Дія їх заснована на зворотному п'єзоелектричному ефекті, що виявляється в деформаціях деяких кристалів під дією прикладеного до них електричного поля. Цей ефект добре виявляється у природного або штучно вирощеного монокристала кварцу або сегнетової солі, а також у деяких керамічних матеріалів (наприклад, у титанату барію). Змінне електричне поле частоти бажаного ультразвука подається через напилені металеві електроди, розташовані на протилежних гранях зразка, вирізаного певним чином з пьезоелектріка. При цьому виникають механічні коливання, які і розповсюджуються у вигляді ультразвука в суміжному рідкому або твердотільному середовищі. П'єзоелектричні перетворювачі у вигляді тонких кристалічних пластинок можуть випромінювати могутні ультразвукові хвилі частотою до 1 Мгц (у лабораторних умовах одержані частоти до 1000 Мгц). Довжина ультразвукової хвилі (обернено пропорційна частоті) дуже мала, тому з таких хвиль, як і з світлових, можна формувати вузьконаправлені пучки. Гідність керамічних пьезоелектріків полягає у тому, що з них можна відливати, пресувати або одержувати видавлюванням перетворювачі різних розмірів і форм. Такий перетворювач, виконаний у вигляді чаші сферичного контура, здатний сфокусувати ультразвукове випромінювання в малу пляму дуже великої інтенсивності. Ультразвукові лінзи фокусують звукові хвилі так само, як лупи фокусують світло.  

Ультразвук - це коливання з частотами, великими 20000Гц. Частота надвисокочастотних ультразвукових хвиль, вживаних в промисловості і біології, лежить в діапазоні порядка декількох Мгц. Фокусування таких пучків звичайно здійснюється за допомогою лінз і дзеркал. Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами можна одержати за допомогою відповідного перетворювача. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з титанату барію.

У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового пучка, звичайно