НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o119.pdf (925.45Кб)

УДК 534.2; 535.361; 534.6.08; 615.47:616-71

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Предлагаемая работа посвящена анализу механизмов экстинкции и обоснованию модели светорассеяния в ультразвуковой кавитационной области для обоснования метода контроля ультразвуковой кавитации путем ее оптического зондирования низкоинтенсивным лазерным излучением и регистрации прошедшего излучения при помощи фотоприемника.
Анализ механизмов экстинкции показал, что наиболее существенным механизмом, вызывающим изменение коэффициента пропускания  во времени, является рассеяние на пульсирующих кавитационных пузырьках. Остальные механизмы экстинкции приводят к постоянному во времени уменьшению интенсивности прошедшего излучения и могут быть учтены путем нормировки регистрируемого коэффициента пропускания на предварительно измеренный  коэффициент пропускания жидкости в отсутствие кавитации.
Особенностью светорассеяния на кавитационных пузырьках является преимущественное рассеяние в направлении вперед, что связано с большими значениями радиуса пузырьков от единиц до сотен микрометров. В случае единичных пузырьков рассеяние может быть описано теорией Ми, а для кавитационной области обосновано использование теории В. Тверского для многократного светорассеяния, при этом сечение рассеяния в соответствии с парадоксом экстинкции можно считать равным удвоенному геометрическому сечению пузырька. При увеличении радиуса пузырька коэффициент пропускания монотонно уменьшается. Таким образом, закон изменения коэффициента пропускания определяется законом пульсаций пузырька и моделью светорассеяния.
Таким образом, кавитационная область при ее оптическом зондировании выступает в качестве своеобразного акустооптического модулятора, при этом демодулированный сигнал фотоприемника содержит в себе информацию о пульсациях пузырьков.
В работе исследовано влияние толщины кавитационной области и концентрации пузырьков на коэффициент пропускания, приведен вид зависимости коэффициента пропускания от радиуса кавитационных пузырьков.
Метод оптического зондирования привлекателен тем, что позволяет, не внося искажений в акустическое поле, получать в реальном масштабе времени данные о радиусе пульсирующих пузырьков. При этом возможно получение данных для отдельных участков кавитационной области, определяемых диаметром зондирующего луча.
На основе предложенной модели светорассеяния сформулированы требования к источнику зондирующего излучения и фотоприемнику.

1. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986. 288 с.
2. Физика и техника мощного ультразвука. В 3 т. Т. 2. Мощные ультразвуковые поля / под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1968. 267 с.
3. Скворцов С.П. Методы контроля параметров ультразвуковой кавитации // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 2. (в печати)
4. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами: учеб. пособие для вузов / под ред. С.И. Щукина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 222 с.
5. Саврасов Г.В. Технологии ультразвуковой хирургии: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 36 с.
6. Скворцов С.П., Змиевской Г.Н., Воронин А.А. Оптический контроль кавитационных эффектов низкочастотного ультразвука // 3-я Российская научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья»: матер. Ч.1. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. С. 38.
7. Змиевской Г.Н., Ломакин А.А., Терешкина Д.В., Скворцов С.П. Оптический контроль параметров кавитирующей среды в ультразвуковой хирургии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. № 9. С. 18-25.
8. Змиевской Г.Н., Крылов Ю.В., Скворцов С.П. Исследование возможностей оптического зондирования кавитирующей жидкости при ультразвуковом воздействии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2006. № 10. С . 32-36 .
9. Zmievskoy G., Skvortsov S. Ultrasound Cavitation Detection by Means of Optical Probing // Proceedings of 6th Russian-Bavarian Conference on Biomedical Engineering. Moscow, 2010. P. 121-122 .
10. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: пер. с англ. 2-е изд. М.: Наука, 1973. 719 с.
11. Маргулис М.А. Сонолюминесценция // Успехи физических наук. 20 0 0. Т. 170, № 3. С. 263-287.
12. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. В 2 т. Т. 1. Однократное рассеяние и теория переноса: пер. с англ. М .: Мир , 1981. 280 с .
13. Ананьев С.С., Берналь И.Д., Демидов Б.А., Калинин Ю.Г., Петров В.А. Экспериментальные измерения показателя преломления полиметилметакрилата за фронтом ударной волны, возбуждаемой сильноточным электронным пучком // Журнал технической физики. 2010. Т . 80, № 5. С . 111-116.
14. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Патяев А.Ю., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. Температурная зависимость показателя преломления водных растворов этиленгликоля и пропиленглюколя // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 2 (78). С . 138-139.
15. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. В 2 т. Т. 2. Многократное рассеяние, турбулентность, шероховатые поверхности и дистанционное зондирование: пер. с англ. М .: Мир , 1981. 322 с .