Ультразвук у медицині

У 1880 році французькі фізики, брати П'єр і Жак Кюрі, помітили, що при стисненні і розтягуванні кристала кварцу з двох сторін на його гранях, перпендикулярних напрямку стиснення, з'являються електричні заряди. Це явище було названо П'єзоелектрика (від грецького «пьезо» — «тисну»), а матеріали з такими властивостями - п'єзоелектрик. Пізніше це явище пояснили анізотропією кристала кварцу - різні фізичні властивості уздовж різних граней.

Під час першої світової війни французький дослідник Поль Ланжевен запропонував використовувати п'єзоелектричний ефект для виявлення підводних човнів. Якщо п'єзоелектрик зустрічає на своєму шляху ультразвукову хвилю від гвинта човна, яка поширюється зі швидкістю 1460 км / с, то вона стискає його межі, і на них з'являються електричні заряди. Стискаючись і розширюючись, кристал як би генерує змінний електричний струм, який можна виміряти чутливими приладами. Якщо ж до граней кристала прикласти змінну напругу, він сам почне коливатися, стискаючись і розширюючись з частотою змінної напруги. Ці коливання кристала передаються середовищі, що межує з кристалом (повітря, води, твердого тіла). Так виникає ультразвукова хвиля.

Ланжевен спробував зарядити грані кварцового кристала електрикою від генератора змінного струму високої частоти. При цьому він зауважив, що кристал коливається в такт зміні напруги. Щоб посилити ці коливання, учений вклав між сталевими листами-електродами не одну, а кілька пластинок і добився виникнення резонансу - різкого збільшення амплітуди коливань. Ці дослідження Ланжевена дозволили створювати ультразвукові випромінювачі різної частоти. Пізніше з'явилися випромінювачі на основі титанату барію, а також інших кристалів і кераміки, які можуть бути будь-якої форми і розмірів.

Ультразвук можна отримати і іншим способом. У 1847 році англійський фізик Джеймс Джоуль виявив, що при перемагничивании електричним струмом залізних і нікелевих стрижнів вони то зменшуються, то збільшуються в такт змінам напряму струму. При цьому в навколишньому середовищі збуджуються хвилі, частота яких залежить від коливань стрижня. Це явище назвали магнітострикцією (від латинського «стріктус» — «стиснення»).

Ультразвук виявився просто знахідкою для вирішення технічних, наукових і медичних завдань. Наприклад, ультразвукові дефектоскопи об'єднані з комп'ютером, допомагають контролювати якість зварних швів, бетонних опор і плит. Ультразвукову апаратуру також з успіхом застосовують для різання і свердління металів, скла та інших матеріалів. Ультразвук можна використовувати для подрібнення речовини - наприклад, для приготування тонко розмеленого цементу або азбесту, для отримання однорідних емульсій, для очищення рідини або газу від домішок. За допомогою сфокусованого пучка ультразвукових хвиль розпилюють деякі рідини, наприклад, ароматичні речовини, лікарські препарати. Добутий «ультразвукової туман», як правило, більш якісний, ніж аерозольний. І сам цей метод екологічно безпечніший, бо можна відмовитися від фторсодержащих газів, які використовуються в аерозольних балончиках.