21वीं सदी रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स, परमाणु, अंतरिक्ष अन्वेषण और अल्ट्रासाउंड की सदी है। अल्ट्रासाउंड का विज्ञान आज अपेक्षाकृत युवा है। 19वीं शताब्दी के अंत में, एक रूसी शरीर विज्ञानी पी. एन. लेबेदेव ने अपना पहला अध्ययन किया। उसके बाद, कई प्रख्यात वैज्ञानिकों ने अल्ट्रासाउंड का अध्ययन करना शुरू किया।
अल्ट्रासाउंड क्या है?
अल्ट्रासाउंड एक फैलने वाली लहरदार दोलन गति है जिसे माध्यम के कण बनाते हैं। इसकी अपनी विशेषताएं हैं, जिसमें यह श्रव्य श्रेणी की ध्वनियों से भिन्न होती है। अल्ट्रासोनिक रेंज में निर्देशित विकिरण प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है। इसके अलावा, यह अच्छी तरह से केंद्रित है, और इसके परिणामस्वरूप, दोलनों की तीव्रता बढ़ जाती है। ठोस, तरल पदार्थ और गैसों में प्रसार करते समय, अल्ट्रासाउंड दिलचस्प घटनाओं को जन्म देता है जिन्होंने प्रौद्योगिकी और विज्ञान के कई क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोग पाया है। यही अल्ट्रासाउंड है, जिसकी भूमिका आज जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में बहुत बड़ी है।
विज्ञान और अभ्यास में अल्ट्रासाउंड की भूमिका
अल्ट्रासाउंड ने हाल के वर्षों में वैज्ञानिक अनुसंधान में खेलना शुरू कियाएक तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका। ध्वनिक प्रवाह और अल्ट्रासोनिक गुहिकायन के क्षेत्र में प्रायोगिक और सैद्धांतिक अध्ययन सफलतापूर्वक किए गए, जिसने वैज्ञानिकों को तरल चरण में अल्ट्रासाउंड के संपर्क में आने पर होने वाली तकनीकी प्रक्रियाओं को विकसित करने की अनुमति दी। यह भौतिकी जैसे ज्ञान के क्षेत्र में विभिन्न घटनाओं का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली तरीका है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अर्धचालक और ठोस अवस्था भौतिकी में। आज रसायन विज्ञान की एक अलग शाखा बन रही है, जिसे "अल्ट्रासोनिक रसायन" कहा जाता है। इसका अनुप्रयोग कई रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं को तेज करने की अनुमति देता है। आणविक ध्वनिकी का भी जन्म हुआ - ध्वनिकी की एक नई शाखा जो पदार्थ के साथ ध्वनि तरंगों की आणविक बातचीत का अध्ययन करती है। अल्ट्रासाउंड के आवेदन के नए क्षेत्र सामने आए हैं: होलोग्राफी, इंट्रोस्कोपी, एकोस्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, अल्ट्रासोनिक चरण माप, क्वांटम ध्वनिकी।
इस क्षेत्र में प्रायोगिक और सैद्धांतिक कार्य के अलावा आज बहुत सारे व्यावहारिक कार्य किए गए हैं। विशेष और सार्वभौमिक अल्ट्रासोनिक मशीन, बढ़ते स्थिर दबाव के तहत काम करने वाले इंस्टॉलेशन आदि विकसित किए गए हैं। उत्पादन लाइनों में शामिल स्वचालित अल्ट्रासोनिक इंस्टॉलेशन को उत्पादन में पेश किया गया है, जो श्रम उत्पादकता में काफी वृद्धि कर सकता है।
अल्ट्रासाउंड के बारे में अधिक जानकारी
अल्ट्रासाउंड क्या है, इसके बारे में और बात करते हैं। हम पहले ही कह चुके हैं कि ये प्रत्यास्थ तरंगें और दोलन हैं। अल्ट्रासाउंड की आवृत्ति 15-20 kHz से अधिक है। हमारी सुनवाई के व्यक्तिपरक गुण अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की निचली सीमा निर्धारित करते हैं, जोइसे श्रव्य ध्वनि की आवृत्ति से अलग करता है। इसलिए, यह सीमा सशर्त है, और हम में से प्रत्येक अलग-अलग परिभाषित करता है कि अल्ट्रासाउंड क्या है। ऊपरी सीमा लोचदार तरंगों, उनकी भौतिक प्रकृति द्वारा इंगित की जाती है। वे केवल एक भौतिक माध्यम में फैलते हैं, अर्थात, तरंग दैर्ध्य गैस में मौजूद अणुओं के औसत मुक्त पथ या ठोस और तरल पदार्थ में अंतर-परमाणु दूरी से काफी अधिक होना चाहिए। गैसों में सामान्य दबाव पर, अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की ऊपरी सीमा 109 Hz है, और ठोस और तरल पदार्थ में - 1012-10 13 हर्ट्ज।
अल्ट्रासोनिक स्रोत
अल्ट्रासाउंड प्रकृति में कई प्राकृतिक शोरों (झरना, हवा, बारिश, सर्फ द्वारा लुढ़के कंकड़, साथ ही गरज के साथ आने वाली आवाज़ आदि) के एक घटक के रूप में और एक अभिन्न अंग के रूप में पाया जाता है। जानवरों की दुनिया। जानवरों की कुछ प्रजातियाँ इसका उपयोग अंतरिक्ष में अभिविन्यास, बाधाओं का पता लगाने के लिए करती हैं। यह भी ज्ञात है कि डॉल्फ़िन प्रकृति में अल्ट्रासाउंड का उपयोग करती हैं (मुख्य रूप से आवृत्ति 80 से 100 kHz तक)। ऐसे में उनके द्वारा उत्सर्जित स्थान संकेतों की शक्ति बहुत अधिक हो सकती है। डॉल्फ़िन को एक किलोमीटर दूर तक मछली के स्कूलों का पता लगाने में सक्षम माना जाता है।
अल्ट्रासाउंड के उत्सर्जक (स्रोत) 2 बड़े समूहों में विभाजित हैं। पहला जनरेटर है, जिसमें निरंतर प्रवाह के मार्ग में स्थापित बाधाओं की उपस्थिति के कारण दोलन उत्तेजित होते हैं - तरल या गैस का एक जेट। दूसरा समूह जिसमें अल्ट्रासाउंड स्रोतों को जोड़ा जा सकता हैविद्युत-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर जो किसी ठोस पिंड द्वारा निर्मित एक यांत्रिक कंपन में वर्तमान या विद्युत वोल्टेज में दिए गए उतार-चढ़ाव को परिवर्तित करते हैं जो पर्यावरण में ध्वनिक तरंगों को विकीर्ण करते हैं।
अल्ट्रासाउंड रिसीवर
मध्यम और निम्न आवृत्तियों पर, अल्ट्रासोनिक रिसीवर अक्सर पीजोइलेक्ट्रिक प्रकार इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर होते हैं। वे प्राप्त ध्वनिक संकेत के रूप को पुन: पेश कर सकते हैं, जिसे ध्वनि दबाव की समय निर्भरता के रूप में दर्शाया गया है। डिवाइस या तो ब्रॉडबैंड या रेजोनेंट हो सकते हैं, यह उन एप्लिकेशन स्थितियों पर निर्भर करता है जिनके लिए वे अभिप्रेत हैं। थर्मल रिसीवर का उपयोग समय-औसत ध्वनि क्षेत्र विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वे थर्मिस्टर्स या थर्मोकपल हैं जो ध्वनि-अवशोषित पदार्थ के साथ लेपित हैं। ध्वनि दबाव और तीव्रता का अनुमान ऑप्टिकल विधियों से भी लगाया जा सकता है, जैसे अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रकाश का विवर्तन।
अल्ट्रासाउंड का उपयोग कहाँ किया जाता है?
अल्ट्रासाउंड की विभिन्न विशेषताओं का उपयोग करते हुए, इसके अनुप्रयोग के कई क्षेत्र हैं। इन क्षेत्रों को मोटे तौर पर तीन क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से पहला अल्ट्रासोनिक तरंगों के माध्यम से विभिन्न जानकारी प्राप्त करने से जुड़ा है। दूसरी दिशा पदार्थ पर इसका सक्रिय प्रभाव है। और तीसरा सिग्नल के ट्रांसमिशन और प्रोसेसिंग से जुड़ा है। प्रत्येक मामले में एक निश्चित आवृत्ति रेंज के यू.एस. का उपयोग किया जाता है। हम उन कई क्षेत्रों में से केवल कुछ को ही कवर करेंगे जिनमें इसने अपना रास्ता खोज लिया है।
अल्ट्रासोनिक सफाई
इस सफाई की गुणवत्ता की तुलना अन्य तरीकों से नहीं की जा सकती है। जब भागों को धोते हैं, उदाहरण के लिए, 80% तक दूषित पदार्थ उनकी सतह पर रहते हैं, लगभग 55% - कंपन सफाई के साथ, लगभग 20% - मैनुअल सफाई के साथ, और अल्ट्रासोनिक सफाई के साथ, 0.5% से अधिक संदूषक नहीं रहते हैं। जटिल आकार वाले विवरणों को केवल अल्ट्रासाउंड की मदद से अच्छी तरह से साफ किया जा सकता है। इसके उपयोग का एक महत्वपूर्ण लाभ उच्च उत्पादकता, साथ ही साथ शारीरिक श्रम की कम लागत है। इसके अलावा, आप महंगे और ज्वलनशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स को सस्ते और सुरक्षित जलीय घोल से बदल सकते हैं, तरल फ्रीऑन का उपयोग कर सकते हैं, आदि।
कालिख, धुएं, धूल, धातु के आक्साइड आदि के साथ वायु प्रदूषण एक गंभीर समस्या है। आप परिवेशी आर्द्रता और तापमान की परवाह किए बिना गैस आउटलेट में हवा और गैस को साफ करने की अल्ट्रासोनिक विधि का उपयोग कर सकते हैं। यदि एक अल्ट्रासोनिक उत्सर्जक धूल निपटान कक्ष में रखा जाता है, तो इसकी दक्षता सैकड़ों गुना बढ़ जाएगी। ऐसी शुद्धि का सार क्या है? हवा में बेतरतीब ढंग से घूमने वाले धूल के कण अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रभाव में एक दूसरे से अधिक मजबूत और अधिक बार टकराते हैं। उसी समय, उनका आकार इस तथ्य के कारण बढ़ जाता है कि वे विलीन हो जाते हैं। जमावट कण वृद्धि की प्रक्रिया है। विशेष फिल्टर उनके भारित और बढ़े हुए समूहों को पकड़ते हैं।
भंगुर और अत्यधिक कठोर सामग्री की मशीनिंग
यदि आप अल्ट्रासाउंड, अपघर्षक सामग्री का उपयोग करके उपकरण की वर्कपीस और कार्यशील सतह के बीच प्रवेश करते हैं, तो ऑपरेशन के दौरान अपघर्षक कणउत्सर्जक इस भाग की सतह को प्रभावित करेगा। इस मामले में, सामग्री को नष्ट कर दिया जाता है और हटा दिया जाता है, विभिन्न प्रकार के निर्देशित सूक्ष्म प्रभावों की कार्रवाई के तहत प्रसंस्करण के अधीन होता है। प्रसंस्करण के कीनेमेटीक्स में मुख्य आंदोलन होते हैं - काटने, यानी उपकरण द्वारा किए गए अनुदैर्ध्य कंपन, और सहायक - फ़ीड आंदोलन जो मशीन करता है।
अल्ट्रासाउंड विभिन्न कार्य कर सकता है। अपघर्षक अनाज के लिए, ऊर्जा का स्रोत अनुदैर्ध्य कंपन है। वे संसाधित सामग्री को नष्ट कर देते हैं। फ़ीड आंदोलन (सहायक) गोलाकार, अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य हो सकता है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण अधिक सटीक है। अपघर्षक के दाने के आकार के आधार पर, यह 50 से 1 माइक्रोन तक होता है। विभिन्न आकृतियों के औजारों का उपयोग करके, आप न केवल छेद बना सकते हैं, बल्कि जटिल कटौती, घुमावदार कुल्हाड़ियों, उत्कीर्णन, पीस, मैट्रिस बना सकते हैं और यहां तक कि एक हीरा भी ड्रिल कर सकते हैं। अपघर्षक के रूप में प्रयुक्त सामग्री - कोरन्डम, हीरा, क्वार्ट्ज रेत, चकमक पत्थर।
रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स में अल्ट्रासाउंड
प्रौद्योगिकी में अल्ट्रासाउंड का प्रयोग अक्सर रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में किया जाता है। इस क्षेत्र में, किसी अन्य के सापेक्ष विद्युत संकेत में देरी करना अक्सर आवश्यक हो जाता है। वैज्ञानिकों ने अल्ट्रासोनिक देरी लाइनों (लघु के लिए एलजेड) के उपयोग का सुझाव देकर एक अच्छा समाधान खोजा है। उनकी कार्रवाई इस तथ्य पर आधारित है कि विद्युत आवेग अल्ट्रासोनिक यांत्रिक कंपन में परिवर्तित हो जाते हैं। यह कैसे होता है? तथ्य यह है कि अल्ट्रासाउंड की गति विद्युत चुम्बकीय दोलनों द्वारा विकसित की तुलना में काफी कम है। धड़कनविद्युत यांत्रिक कंपन में रिवर्स ट्रांसफॉर्मेशन के बाद वोल्टेज इनपुट पल्स के सापेक्ष लाइन के आउटपुट में देरी होगी।
पीजोइलेक्ट्रिक और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग विद्युत कंपन को यांत्रिक और इसके विपरीत में बदलने के लिए किया जाता है। LZ, क्रमशः, पीजोइलेक्ट्रिक और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव में विभाजित हैं।
दवा में अल्ट्रासाउंड
जीवों को प्रभावित करने के लिए विभिन्न प्रकार के अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है। चिकित्सा पद्धति में, इसका उपयोग अब बहुत लोकप्रिय है। यह उन प्रभावों पर आधारित है जो जैविक ऊतकों में होते हैं जब अल्ट्रासाउंड उनके माध्यम से गुजरता है। तरंगें माध्यम के कणों में उतार-चढ़ाव का कारण बनती हैं, जिससे एक प्रकार का ऊतक माइक्रोमैसेज बनता है। और अल्ट्रासाउंड के अवशोषण से उनका स्थानीय तापन होता है। इसी समय, जैविक मीडिया में कुछ भौतिक रासायनिक परिवर्तन होते हैं। मध्यम ध्वनि तीव्रता के मामले में ये घटनाएं अपरिवर्तनीय क्षति का कारण नहीं बनती हैं। वे केवल चयापचय में सुधार करते हैं, और इसलिए उनके संपर्क में आने वाले शरीर की महत्वपूर्ण गतिविधि में योगदान करते हैं। इस तरह की घटनाओं का उपयोग अल्ट्रासाउंड थेरेपी में किया जाता है।
सर्जरी में अल्ट्रासाउंड
उच्च तीव्रता पर गुहिकायन और तीव्र ताप से ऊतक नष्ट हो जाते हैं। यह प्रभाव आज शल्य चिकित्सा में प्रयोग किया जाता है। केंद्रित अल्ट्रासाउंड का उपयोग सर्जिकल ऑपरेशन के लिए किया जाता है, जो आसपास के लोगों को नुकसान पहुंचाए बिना सबसे गहरी संरचनाओं (उदाहरण के लिए, मस्तिष्क) में स्थानीय विनाश की अनुमति देता है। अल्ट्रासाउंड का इस्तेमाल सर्जरी में भी किया जाता हैउपकरण जिसमें काम करने का अंत एक फ़ाइल, स्केलपेल, सुई की तरह दिखता है। इन पर लगाए गए स्पंदन इन यंत्रों को नए गुण प्रदान करते हैं। आवश्यक बल काफी कम हो जाता है, इसलिए ऑपरेशन का आघात कम हो जाता है। इसके अलावा, एक एनाल्जेसिक और हेमोस्टैटिक प्रभाव प्रकट होता है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग करते हुए एक कुंद उपकरण के प्रभाव का उपयोग शरीर में दिखाई देने वाले कुछ प्रकार के नियोप्लाज्म को नष्ट करने के लिए किया जाता है।
जैविक ऊतकों पर प्रभाव सूक्ष्मजीवों को नष्ट करने के लिए किया जाता है और दवाओं और चिकित्सा उपकरणों की नसबंदी की प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है।
आंतरिक अंगों का शोध
मुख्य रूप से हम उदर गुहा के अध्ययन की बात कर रहे हैं। इस उद्देश्य के लिए, एक विशेष उपकरण का उपयोग किया जाता है। विभिन्न ऊतक और शारीरिक विसंगतियों को खोजने और पहचानने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जा सकता है। चुनौती अक्सर इस प्रकार होती है: एक घातकता का संदेह होता है और इसे एक सौम्य या संक्रामक घाव से अलग करने की आवश्यकता होती है।
अल्ट्रासाउंड यकृत की जांच और अन्य कार्यों के लिए उपयोगी है, जिसमें पित्त नलिकाओं के अवरोधों और रोगों का पता लगाना शामिल है, साथ ही इसमें पथरी और अन्य विकृति की उपस्थिति का पता लगाने के लिए पित्ताशय की थैली की जांच भी शामिल है। इसके अलावा, सिरोसिस और अन्य फैलाना सौम्य यकृत रोगों के लिए परीक्षण का उपयोग किया जा सकता है।
स्त्री रोग के क्षेत्र में, मुख्य रूप से अंडाशय और गर्भाशय के विश्लेषण में, अल्ट्रासाउंड का उपयोग एक लंबा समय हैमुख्य दिशा जिसमें इसे विशेष रूप से सफलतापूर्वक किया जाता है। अक्सर, यहां सौम्य और घातक संरचनाओं के भेदभाव की भी आवश्यकता होती है, जिसके लिए आमतौर पर सर्वोत्तम विपरीत और स्थानिक संकल्प की आवश्यकता होती है। इसी तरह के निष्कर्ष कई अन्य आंतरिक अंगों के अध्ययन में उपयोगी हो सकते हैं।
दंत चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड का उपयोग
अल्ट्रासाउंड ने दंत चिकित्सा में भी अपना रास्ता खोज लिया है, जहां इसका उपयोग टैटार को हटाने के लिए किया जाता है। यह आपको जल्दी, रक्तहीन और दर्द रहित रूप से पट्टिका और पत्थर को हटाने की अनुमति देता है। इसी समय, मौखिक श्लेष्म घायल नहीं होता है, और गुहा की "जेब" कीटाणुरहित होती है। दर्द के बजाय रोगी को गर्मी का अहसास होता है।
