Cтраница 1
Многопузырьковая сонолюминесценция наблюдается в экспериментах по кавитации, когда под действием на жидкость акустического поля образуется облако из множества пузырьков. Свечение возникает при небольшой амплитуде поля, но оно слабее по сравнению со свечением одиночного пузырька. [1]
Сонолюминесценцией было названо свечение в жидкости, возникающее под действием акустического поля. Несмотря на то, что само явление было обнаружено еще в тридцатых годах ( Френцель, Шультес), детальное его исследование стало возможным в последние годы в связи с привлечением пикосекундной лазерной техники. Более того, было доказано, что источниками свечения являются газонаполненные пузырьки. Многочисленные эксперименты показали, что на поток сонолюминесценции влияют такие факторы, как температура жидкости и давление, частота и интенсивность акустических колебаний, неорганические и органические соединения, растворенные в жидкости, состав газа в пузырьках и другие. Эта информация была существенно дополнена и уточнена за последнее десятилетие. Естественно было исследовать сонолюминесценцию множества пузырьков, начиная с единичного пузырька. [2]
Явление сонолюминесценции состоит в излучении света средой, облучаемой ультразвуком и, как полагают, может служить индикатором активности нестационарной кавитации, хотя механизм свечения до сих пор до конца не понят. [3]
Зависимость сонолюминесценции от давлений, развивающихся при схлопывании, и влияние электрохимических и термических эффектов на кавитационное разрушение рассматриваются в разд. [4]
Первыми о сонолюминесценции сообщили Маринеско и Триллат [31] в 1933 г. Ее можно наблюдать в темноте в воде и других нелетучих жидкостях. Однако спектр этого излучения простирается от инфракрасной области до ультрафиолетовой. Некоторые неполярные органические растворители, например дисульфид углерода, усиливают люминесценцию. Чтобы люминесценция могла возникнуть в глицерине, он должен содержать некоторое количество воды. Прюдом и Гилмарт [42], а также Понтер и др. [10] обнаружили, что люминесценция, возникающая при кавитации в воде, зависит от природы растворенного газа. [5]
Выше в связи с сонолюминесценцией упоминалось, а также неоднократно отмечалось другими авторами, что если схлопыва-ющиеся каверны содержат заметное количество остаточного газа, то его температура в конце схлопывания становится очень высокой [24, 28], так как процесс схлопывания происходит столь быстро, что между содержимым каверны и окружающей жидкостью не успевает установиться теплообмен. В связи с этим в прошлом часто предполагалось, что горячие газы, соприкасаясь с поверхностью металла, будут нагревать ее до точки плавления или по крайней мере до такой температуры, при которой прочность металла понизится и может произойти разрушение. [6]
Тот факт, что большинство свойств сонолюминесценции, описанных выше, могут быть объяснены этой моделью, а излучение света происходит в той фазе пульсаций пузырька, когда его объем минимален [96], делают эту гипотезу правдоподобной. Гриффинг и Сетте [51] предложили термохимический механизм, основанный на предположении, что возникает тепловая диссоциация молекул, а затем их рекомбинация, сопровождающаяся вместо теплового излучения хемилюминесцен-цией. Сонолюминесценция является полезным методом изучения физики нестационарной кавитации в жидкостях, но неприменима для исследования кавитации в тканях. [7]
К настоящему времени доминируют тепловая и электрическая теории многопузырьковой сонолюминесценции. [8]
Френцель и Шульцес в 1934 г. открыли свечение воды под воздействием ультразвука - сонолюминесценцию, объяснив ее баллоэлектри-ческим механизмом электризации кавитационных пузырьков и электрическим пробоем. [9]
Экспериментальные и теоретические исследования, выполненные до настоящего времени, позволяют сделать вывод, что сонолюминесценция в значительной мере обусловлена сильным разогревом, и тем самым подтверждают правильность теории горячих пятен. Ярмен [21] сделал этот вывод на основе собственных исследований, выполненных с помощью фотоумножителей, и на основе опубликованных результатов экспериментов. Он отмечал, что фотографии, полученные Кутруфом [27], являются убедительным доказательством, что в случае больших каверн, возникающих при низких магнитострикционных частотах, вспышки происходят на последних стадиях схлопывания. Ранее Гюнтер и др. [ И ] опубликовали результаты экспериментов, согласно которым люминесценция и последняя фаза схлопывания совпадают по времени. [10]
Предположим, что при пульсациях кавитационной полости нет диссипации энергии, сопровождаемой необратимыми тепловыми потерями на преодоление сил вязкого трения, излучение при сонолюминесценции, химические реакции и другие эффекты. Рассмотрим, какие энергетические изменения происходят в системе газ в пузырьке - присоединенная масса жидкости при воздействии на полость внешних сил, из которых будем учитывать только звуковое и гидростатическое давления. [11]
Иствуд и Ватма [28] нашли, что спорадические всплески излучения субгармоники / о / 2, обнаруживаемые перед возникновением со-нолюминесценции, достигают постоянного уровня, когда превышается порог ее возникновения. Широкополосный шум возникает только при наличии сонолюминесценции. [12]
Тот факт, что большинство свойств сонолюминесценции, описанных выше, могут быть объяснены этой моделью, а излучение света происходит в той фазе пульсаций пузырька, когда его объем минимален [96], делают эту гипотезу правдоподобной. Гриффинг и Сетте [51] предложили термохимический механизм, основанный на предположении, что возникает тепловая диссоциация молекул, а затем их рекомбинация, сопровождающаяся вместо теплового излучения хемилюминесцен-цией. Сонолюминесценция является полезным методом изучения физики нестационарной кавитации в жидкостях, но неприменима для исследования кавитации в тканях. [13]
Хилл и Кларк с соавт. Хотя сонолюминесценция и не была обнаружена, пороговые интенсивности для других трех эффектов оказались идентичными. [14]
Более поздние теории согласуются с представлением о росте пузырьков из зародышей, находящихся в жидкости. Возникновение сонолюминесценции объясняется электрическими явлениями ( см., например, [24]) или тепловым механизмом. [15]