21-ე საუკუნე არის რადიოელექტრონიკის, ატომის, კოსმოსური კვლევისა და ულტრაბგერითი საუკუნე. ულტრაბგერითი მეცნიერება დღეს შედარებით ახალგაზრდაა. XIX საუკუნის ბოლოს რუსმა ფიზიოლოგმა პ.ნ. ლებედევმა ჩაატარა პირველი კვლევები. ამის შემდეგ ბევრმა გამოჩენილმა მეცნიერმა დაიწყო ულტრაბგერის შესწავლა.
რა არის ულტრაბგერა?
ულტრაბგერა არის გამავრცელებელი ტალღოვანი რხევითი მოძრაობა, რომელსაც ქმნიან საშუალო ნაწილაკები. მას აქვს საკუთარი მახასიათებლები, რომლითაც ის განსხვავდება ხმოვანი დიაპაზონის ხმებისგან. ულტრაბგერითი დიაპაზონში მიმართული გამოსხივების მიღება შედარებით ადვილია. გარდა ამისა, ის კარგად აკეთებს აქცენტს და ამის შედეგად იზრდება განხორციელებული რხევების ინტენსივობა. მყარ სხეულებში, სითხეებსა და აირებში გამრავლებისას ულტრაბგერითი წარმოშობს საინტერესო მოვლენებს, რომლებმაც პრაქტიკული გამოყენება ჰპოვეს ტექნოლოგიის და მეცნიერების მრავალ სფეროში. აი რა არის ულტრაბგერა, რომლის როლი დღეს ცხოვრების სხვადასხვა სფეროში ძალიან დიდია.
ულტრაბგერის როლი მეცნიერებასა და პრაქტიკაში
ულტრაბგერა ბოლო წლებში დაიწყო სამეცნიერო კვლევებში თამაშისულ უფრო მნიშვნელოვანი როლი. წარმატებით ჩატარდა ექსპერიმენტული და თეორიული კვლევები აკუსტიკური ნაკადების და ულტრაბგერითი კავიტაციის სფეროში, რამაც მეცნიერებს საშუალება მისცა განავითარონ ტექნოლოგიური პროცესები, რომლებიც ხდება ულტრაბგერითი ზემოქმედების დროს თხევად ფაზაში. ეს არის ძლიერი მეთოდი სხვადასხვა ფენომენის შესასწავლად ცოდნის ისეთ სფეროში, როგორიცაა ფიზიკა. ულტრაბგერა გამოიყენება, მაგალითად, ნახევარგამტარულ და მყარი მდგომარეობის ფიზიკაში. დღეს იქმნება ქიმიის ცალკეული ფილიალი, სახელწოდებით „ულტრაბგერითი ქიმია“. მისი გამოყენება იძლევა მრავალი ქიმიურ-ტექნოლოგიური პროცესის დაჩქარების საშუალებას. ასევე დაიბადა მოლეკულური აკუსტიკა - აკუსტიკის ახალი ფილიალი, რომელიც სწავლობს ბგერის ტალღების მოლეკულურ ურთიერთქმედებას მატერიასთან. გაჩნდა ულტრაბგერის გამოყენების ახალი სფეროები: ჰოლოგრაფია, ინტროსკოპია, აკუსტოელექტრონიკა, ულტრაბგერითი ფაზის გაზომვა, კვანტური აკუსტიკა.
ამ მიმართულებით ექსპერიმენტული და თეორიული სამუშაოების გარდა, დღეს ბევრი პრაქტიკული სამუშაო გაკეთდა. შემუშავებულია სპეციალური და უნივერსალური ულტრაბგერითი დანადგარები, დანადგარები, რომლებიც მუშაობენ გაზრდილი სტატიკური წნევის ქვეშ და ა.შ. წარმოებაში დანერგილია საწარმოო ხაზებში შემავალი ავტომატური ულტრაბგერითი დანადგარები, რომლებსაც შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გაზარდონ შრომის პროდუქტიულობა.
მეტი ულტრაბგერის შესახებ
მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა არის ულტრაბგერა. ჩვენ უკვე ვთქვით, რომ ეს არის დრეკადი ტალღები და რხევები. ულტრაბგერის სიხშირე 15-20 კჰც-ზე მეტია. ჩვენი სმენის სუბიექტური თვისებები განსაზღვრავს ულტრაბგერითი სიხშირეების ქვედა ზღვარს, რომელიცგამოყოფს მას ხმოვანი ხმის სიხშირისგან. ეს ზღვარი, შესაბამისად, პირობითია და თითოეული ჩვენგანი განსხვავებულად განსაზღვრავს რა არის ულტრაბგერა. ზედა ზღვარზე მითითებულია ელასტიური ტალღები, მათი ფიზიკური ბუნება. ისინი მრავლდებიან მხოლოდ მატერიალურ გარემოში, ანუ ტალღის სიგრძე მნიშვნელოვნად აღემატება გაზში არსებული მოლეკულების საშუალო თავისუფალ გზას ან მყარ და სითხეებში ატომთაშორის მანძილს. აირებში ნორმალური წნევის დროს ულტრაბგერითი სიხშირის ზედა ზღვარი არის 109 Hz, ხოლო მყარ და სითხეებში - 1012-10. 13 ჰც.
ულტრაბგერითი წყაროები
ულტრაბგერა ბუნებაში გვხვდება როგორც მრავალი ბუნებრივი ხმაურის შემადგენელი ნაწილი (ჩანჩქერი, ქარი, წვიმა, კენჭები სერფინგებით, ასევე ჭექა-ქუხილის თანმხლებ ბგერებში და ა.შ.), ასევე როგორც განუყოფელი ნაწილი. ცხოველთა სამყარო. ცხოველთა ზოგიერთი სახეობა მას იყენებს სივრცეში ორიენტირებისთვის, დაბრკოლებების გამოსავლენად. ასევე ცნობილია, რომ დელფინები ბუნებაში იყენებენ ულტრაბგერას (ძირითადად სიხშირეებს 80-დან 100 კჰც-მდე). ამ შემთხვევაში, მათ მიერ გამოსხივებული მდებარეობის სიგნალების სიმძლავრე შეიძლება იყოს ძალიან დიდი. ცნობილია, რომ დელფინებს შეუძლიათ თევზის კოჭების აღმოჩენა კილომეტრის მანძილზე.
ულტრაბგერის ემიტერები (წყაროები) იყოფა 2 დიდ ჯგუფად. პირველი არის გენერატორები, რომლებშიც რხევები აღგზნებულია მათში მუდმივი ნაკადის გზაზე დაყენებული დაბრკოლებების არსებობის გამო - სითხის ან გაზის ჭავლი. მეორე ჯგუფი, რომელშიც შეიძლება გაერთიანდეს ულტრაბგერითი წყაროებიელექტრო-აკუსტიკური გადამყვანები, რომლებიც დენის ან ელექტრული ძაბვის მოცემულ რყევებს გარდაქმნიან მექანიკურ ვიბრაციად, რომელიც წარმოიქმნება მყარი სხეულის მიერ, რომელიც ასხივებს აკუსტიკური ტალღებს გარემოში.
ულტრაბგერითი მიმღები
საშუალო და დაბალ სიხშირეებზე ულტრაბგერითი მიმღებები ყველაზე ხშირად პიეზოელექტრული ტიპის ელექტროაკუსტიკური გადამყვანებია. მათ შეუძლიათ მიიღონ მიღებული აკუსტიკური სიგნალის ფორმა, რომელიც წარმოდგენილია როგორც ხმის წნევის დროითი დამოკიდებულება. მოწყობილობები შეიძლება იყოს როგორც ფართოზოლოვანი, ასევე რეზონანსული, რაც დამოკიდებულია გამოყენების პირობებზე, რისთვისაც ისინი განკუთვნილია. თერმული მიმღებები გამოიყენება ხმის ველის საშუალო დროის მახასიათებლების მისაღებად. ეს არის თერმისტორები ან თერმოწყვილები, რომლებიც დაფარულია ხმის შთამნთქმელი ნივთიერებით. ხმის წნევა და ინტენსივობა ასევე შეიძლება შეფასდეს ოპტიკური მეთოდებით, როგორიცაა სინათლის დიფრაქცია ულტრაბგერით.
სად გამოიყენება ულტრაბგერა?
არის მისი გამოყენების მრავალი სფერო, ულტრაბგერის სხვადასხვა ფუნქციების გამოყენებისას. ეს ტერიტორიები უხეშად შეიძლება დაიყოს სამ სფეროდ. პირველი მათგანი ულტრაბგერითი ტალღების საშუალებით სხვადასხვა ინფორმაციის მიღებას უკავშირდება. მეორე მიმართულება არის მისი აქტიური გავლენა ნივთიერებაზე. და მესამე დაკავშირებულია სიგნალების გადაცემასთან და დამუშავებასთან. თითოეულ შემთხვევაში გამოიყენება გარკვეული სიხშირის დიაპაზონის აშშ. ჩვენ განვიხილავთ მხოლოდ რამდენიმე სფეროს იმ მრავალი სფეროდან, სადაც მან გზა იპოვა.
ულტრაბგერითი წმენდა
ამ გაწმენდის ხარისხი სხვა მეთოდებთან შედარება შეუძლებელია. ნაწილების გამრეცხვისას, მაგალითად, დამაბინძურებლების 80%-მდე რჩება მათ ზედაპირზე, დაახლოებით 55% - ვიბრაციული გაწმენდით, დაახლოებით 20% - ხელით გაწმენდით და ულტრაბგერითი გაწმენდით, რჩება დამაბინძურებლების არაუმეტეს 0,5%. დეტალები, რომლებსაც რთული ფორმა აქვთ, კარგად გაიწმინდება მხოლოდ ულტრაბგერით. მისი გამოყენების მნიშვნელოვანი უპირატესობაა მაღალი პროდუქტიულობა, ასევე ფიზიკური შრომის დაბალი ხარჯები. გარდა ამისა, შეგიძლიათ შეცვალოთ ძვირადღირებული და აალებადი ორგანული გამხსნელები იაფი და უსაფრთხო წყალხსნარებით, გამოიყენოთ თხევადი ფრეონი და ა.შ.
სერიოზულ პრობლემას წარმოადგენს ჰაერის დაბინძურება ჭვარტლით, კვამლით, მტვრით, ლითონის ოქსიდებით და ა.შ. შეგიძლიათ გამოიყენოთ ულტრაბგერითი მეთოდით გაწმენდა ჰაერი და აირი გაზსადენებში, განურჩევლად გარემოს ტენიანობისა და ტემპერატურისა. თუ ულტრაბგერითი ემიტერი მოთავსებულია მტვრის დასაფენ კამერაში, მისი ეფექტურობა ასჯერ გაიზრდება. რა არის ასეთი განწმენდის არსი? ჰაერში შემთხვევით მოძრავი მტვრის ნაწილაკები ერთმანეთს უფრო ძლიერად ურტყამს და უფრო ხშირად ულტრაბგერითი ვიბრაციების გავლენით. ამავე დროს, მათი ზომა იზრდება იმის გამო, რომ ისინი შერწყმულია. კოაგულაცია არის ნაწილაკების გაფართოების პროცესი. სპეციალური ფილტრები იჭერენ მათ შეწონილ და გაფართოებულ კლასტერებს.
მტვრევადი და სუპერ მყარი მასალების დამუშავება
თუ სამუშაო ნაწილსა და ხელსაწყოს სამუშაო ზედაპირს შორის შედიხართ ულტრაბგერითი, აბრაზიული მასალის გამოყენებით, მაშინ აბრაზიული ნაწილაკები მუშაობის დროს.ემიტერი იმოქმედებს ამ ნაწილის ზედაპირზე. ამ შემთხვევაში, მასალა ნადგურდება და ამოღებულია, ექვემდებარება დამუშავებას სხვადასხვა მიმართული მიკრო ზემოქმედების მოქმედებით. დამუშავების კინემატიკა შედგება ძირითადი მოძრაობისგან - ჭრისაგან, ანუ ხელსაწყოს მიერ განხორციელებული გრძივი ვიბრაციებისაგან და დამხმარე - კვების მოძრაობისგან, რომელსაც მანქანა ასრულებს..
ულტრაბგერას შეუძლია სხვადასხვა სამუშაოს შესრულება. აბრაზიული მარცვლებისთვის ენერგიის წყარო გრძივი ვიბრაციებია. ისინი ანადგურებენ დამუშავებულ მასალას. საკვების მოძრაობა (დამხმარე) შეიძლება იყოს წრიული, განივი და გრძივი. ულტრაბგერითი დამუშავება უფრო ზუსტია. აბრაზივის მარცვლის ზომიდან გამომდინარე, ის მერყეობს 50-დან 1 მიკრონიმდე. სხვადასხვა ფორმის ხელსაწყოების გამოყენებით შეგიძლიათ გააკეთოთ არა მხოლოდ ხვრელები, არამედ რთული ჭრილობები, მოხრილი ცულები, გრავირება, დაფქვა, მატრიცების გაკეთება და ალმასის გაბურღვაც კი. აბრაზიულად გამოყენებული მასალები - კორუნდი, ბრილიანტი, კვარცის ქვიშა, კაჟი.
ულტრაბგერა რადიოელექტრონიკაში
ულტრაბგერა ტექნოლოგიაში ხშირად გამოიყენება რადიო ელექტრონიკის სფეროში. ამ სფეროში, ხშირად ხდება საჭირო ელექტრული სიგნალის გადადება სხვა სიგნალთან შედარებით. მეცნიერებმა იპოვეს კარგი გამოსავალი ულტრაბგერითი დაყოვნების ხაზების (მოკლედ LZ) გამოყენების შეთავაზებით. მათი მოქმედება ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ელექტრული იმპულსები გარდაიქმნება ულტრაბგერითი მექანიკური ვიბრაციით. როგორ ხდება ეს? ფაქტია, რომ ულტრაბგერის სიჩქარე მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე ელექტრომაგნიტური რხევებით განვითარებული. პულსიელექტრულ მექანიკურ ვიბრაციად საპირისპირო გარდაქმნის შემდეგ ძაბვა შეფერხდება ხაზის გამომავალზე შეყვანის იმპულსთან შედარებით.
პიეზოელექტრული და მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები გამოიყენება ელექტრული ვიბრაციების მექანიკურად გადაქცევისთვის და პირიქით. LZ, შესაბამისად, იყოფა პიეზოელექტრიკულ და მაგნიტოსტრიქტურად.
ულტრაბგერა მედიცინაში
სხვადასხვა სახის ულტრაბგერითი გამოიყენება ცოცხალ ორგანიზმებზე ზემოქმედების მიზნით. სამედიცინო პრაქტიკაში მისი გამოყენება ახლა ძალიან პოპულარულია. იგი ეფუძნება ეფექტებს, რომლებიც წარმოიქმნება ბიოლოგიურ ქსოვილებში, როდესაც ულტრაბგერითი გადის მათში. ტალღები იწვევს საშუალო ნაწილაკების რყევებს, რაც ქმნის ერთგვარ ქსოვილის მიკრომასაჟს. და ულტრაბგერის შეწოვა იწვევს მათ ადგილობრივ გათბობას. ამავდროულად, გარკვეული ფიზიკურ-ქიმიური გარდაქმნები ხდება ბიოლოგიურ მედიაში. ეს ფენომენი არ იწვევს შეუქცევად ზიანს ხმის ზომიერი ინტენსივობის შემთხვევაში. ისინი მხოლოდ აუმჯობესებენ მეტაბოლიზმს და, შესაბამისად, ხელს უწყობენ მათზე დაუცველი სხეულის სასიცოცხლო აქტივობას. ასეთი ფენომენები გამოიყენება ულტრაბგერითი თერაპიის დროს.
ულტრაბგერა ქირურგიაში
კავიტაცია და ძლიერი გათბობა მაღალი ინტენსივობით იწვევს ქსოვილების განადგურებას. ეს ეფექტი დღეს გამოიყენება ქირურგიაში. ფოკუსირებული ულტრაბგერა გამოიყენება ქირურგიული ოპერაციებისთვის, რაც საშუალებას იძლევა ლოკალური განადგურება ღრმა სტრუქტურებში (მაგალითად, ტვინში), მიმდებარე სტრუქტურების დაზიანების გარეშე. ულტრაბგერა ასევე გამოიყენება ქირურგიაშიხელსაწყოები, რომლებშიც სამუშაო ბოლო ჰგავს ფაილს, სკალპელს, ნემსს. მათზე დაწესებული ვიბრაციები ახალ თვისებებს აძლევს ამ ინსტრუმენტებს. საგრძნობლად მცირდება საჭირო ძალა, შესაბამისად, მცირდება ოპერაციის ტრავმატიზმი. გარდა ამისა, ვლინდება ტკივილგამაყუჩებელი და ჰემოსტატიკური ეფექტი. ბლაგვი ინსტრუმენტზე ზემოქმედება ულტრაბგერითი გამოყენებით გამოიყენება ორგანიზმში გაჩენილი გარკვეული ტიპის ნეოპლაზმების განადგურებისთვის.
ზემოქმედება ბიოლოგიურ ქსოვილებზე ხორციელდება მიკროორგანიზმების განადგურების მიზნით და გამოიყენება მედიკამენტებისა და სამედიცინო ინსტრუმენტების სტერილიზაციის პროცესში.
შინაგანი ორგანოების კვლევა
ძირითადად საუბარია მუცლის ღრუს შესწავლაზე. ამ მიზნით გამოიყენება სპეციალური აპარატურა. ულტრაბგერითი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ქსოვილისა და ანატომიური ანომალიების დასადგენად და ამოცნობისთვის. გამოწვევა ხშირად შემდეგია: ავთვისებიანი სიმსივნე არის ეჭვმიტანილი და უნდა გამოირჩეოდეს კეთილთვისებიანი ან ინფექციური დაზიანებისგან.
ულტრაბგერა სასარგებლოა ღვიძლის შესამოწმებლად და სხვა ამოცანებისთვის, რომელიც მოიცავს სანაღვლე გზების ობსტრუქციისა და დაავადებების გამოვლენას, აგრეთვე ნაღვლის ბუშტის გამოკვლევას მასში კენჭების და სხვა პათოლოგიების არსებობის დასადგენად. გარდა ამისა, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ციროზის და ღვიძლის სხვა დიფუზური კეთილთვისებიანი დაავადებების ტესტირება.
გინეკოლოგიის დარგში, ძირითადად, საკვერცხეების და საშვილოსნოს ანალიზში, ექოსკოპიის გამოყენება დიდი ხანია.ძირითადი მიმართულება, რომელშიც ის განსაკუთრებით წარმატებით ხორციელდება. ხშირად აქაც საჭიროა კეთილთვისებიანი და ავთვისებიანი წარმონაქმნების დიფერენცირება, რაც, როგორც წესი, მოითხოვს საუკეთესო კონტრასტს და სივრცულ გარჩევადობას. მსგავსი დასკვნები შეიძლება სასარგებლო იყოს მრავალი სხვა შინაგანი ორგანოს შესწავლისას.
ულტრაბგერის გამოყენება სტომატოლოგიაში
ულტრაბგერამ ასევე იპოვა გზა სტომატოლოგიაში, სადაც გამოიყენება კბილის ქვის მოსაცილებლად. ის საშუალებას გაძლევთ სწრაფად, უსისხლოდ და უმტკივნეულოდ მოაცილოთ ნადები და ქვები. ამასთან, პირის ღრუს ლორწოვანი გარსი არ ზიანდება, ხდება ღრუს „ჯიბეების“დეზინფექცია. ტკივილის ნაცვლად პაციენტი განიცდის სითბოს.
