Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия)

Книга подготовлена роданцией фнэини — чаи, редакцией Д. М. АЛЕКСКЕВ, ст. научный редактор иандидат физикоматематических наук И. Б. НАЙДЕНОВА. В подготовке Энциклопедии приникали учпстне: Литературно-контроленак редакция — аав. Реданцией М. М, ПО- летАеВА, редактор т. Б. иерченинОВА. Редакция бнбляограйлгг — аав.

Редакцией 3. В. МИХАИЛОВА, наутинй редантор А. м. ИАРтьтнОВ. Редакция гяпгюстраций — аав. Редакцией Г. В. СОБОЛЕВСКИЙ, ст. худоягественный редактор К. Г. ГУРЬЯНОВА. Редакция словнина — аав. релакцией А. Л. ГРВХУЛОВА, Отцел комплектования — ева. Р. Б. ИВАННИКОВА, ил, редактор Е.

В. АДАМОВА. Техническая редакция — еав, А. В РАПИШЕВСКАЯ, ст, технический редактор Г. В. СМИРНОВА Корректорская — аав. М. В. АКИМОВА и А. Ф. пРОшкО. Отдел перепечатки рукописей — аав. А. Т. ЛОГАЧЕВА. © ИЗДАТЕЛЬСТВО- «СОВЕТСКАЯ ЗНЦИКЛОПЕЛИЯе ОТ РЕДКОЛЛЕГИИ Понятие «ультразвук> приобрело в настоящее время более широкий смысл, чем просто обозначение высокочастотной части спектра акустических волн. С ннм связаны целые области современной физиии, промышленной технологии, информационной и измерительной техники, медицины и биологии. Хотя первые ультразвуковые исследования были выполнены еще з прошлом веко, основы широкого практического применения ультразвука были заложены позже, в 4-й трети 20 в. Как облас~ь науки и техники ультразвук получил особенно бурное раавитпе в последние два три десятилетии.

Это связано с общим прогрессом акустики как науки и, в частности, со становлением и развитием таких ее разделов, как неллнейная акустика и квантовая акустика, а также с развитием фивики твердого тела, алектроники и в особенности с рождениеи квантовой электроники.

Шнро1юе распространение ультразвуковых методов обусловлено появлением новых надежных средств излучения и приема акустических волн, с одноп стороны, обеспечивших возможность существенного повышения излучаемой ультразвуковой мощности и увеличения чувствительности при прибме слабых сигналов, а с другой — позволивших вродвинуть верхнюю границу диапазона излучаемых и принимаемых волн в область гикерввуковых частот. Характернон особенностью современного состояннк физики и техники ультразвука является чрезвычайное многообразие его применений, охватывающих частотный диапааон от слышимого звука до предельно достижимых высоких частот и область мощностей от долей милливатта до десятков киловатт.

Ультразвук применяется в ыетэллургии для воздействия на расплавленный металл и в микроалеитронике и приборостроении для прецизионной обработки тончайших деталей; в качестве средства получения информации он служит как для измерения глубины, локации подводных препятствий в океане, так и для обнаружения микродефектов в ответственных деталях и изделиях; ультразвуковые методы используются для фиксации малейших изменений химического состава веществ и для определения степени затвердевания бетона в теле плотины.

На основании раанообразных воздействий ультразвука на вещество образовалось целое технологическое направление— ультразвуковая технология. В области контрольно-измерительных применений ультразвука в самостоятельный, установившийся раздел выделилась ультразвуковая дефектоскопия, воаможности которой и разнообразие решаемых ею аадач существенно возросли. В самое последнее время сформировались как самостоятельные области акустоэлектроника и акустооптика. Первая из них связана с обработиой электрических снгналоз, использующей преобрааование их в ультразвуковые. Иа устройств акустоэлектроникп наиболее иэвестнымн и давно используемыми являются линии задержки и фильтры.

Достижения в области изучения поверхностных волн, генерации и приема гиперзвуковых волн, установление свяаи упругих волн с элементарными возбуждениями в твердом теле привели к существенному расширению воаможностей этих устройств и к созданию новых приборов акустоэлектроники, обеспечивающих более сложную обработку сигналов. Акустооптика, связанная с обработкой световых сигналов посредством ультразвука, является одной иа самых молодых и быстро развивающихся областей ультразвуковой техники.

К новейшим ультразвуковым методам принадлежит акустическая голография, перспективы которой весьма многообещаюгци, поскольку ояа создает возмон«- ность получения иаображеиий предметов в непрозрачных для световых лучей средах. Рассматривая многообразие практических применений ультразвуковых колебаний и волн, нельзя не упомянуть об ультразвуковой медицинской диагностике, которая дает в ряде случаев более детальную информаци«о и является более безопасной, чем другие иетоды диагностяки, об ультразвуковой терапии, занявшей прочное положение среди современных физиотерапевтических методов, и, наконец, о новейшем направлении применения ультразвука в медицине — ультразвуковой хирургии. Наряду с применениями практического характера, ультразвук играет важную роль в научных исследованиях.

Нельая себе вред- ставить современную фиалку твердого тела беа применения ультразвуковых и гиперзвуковых методов, без понятия о фононах, их поведении и взаимодействиях с различными полями и возбужден«~ями в твердом теле. В изучении жидкостей и газов широко используются методы молекулярной акустики; все большую роль иг а«эт ультразвуковые методы в биологии. нтерес к ультразвуку, к ультразвуковой технике все возрастает, благодаря его проникновению в самые различные области человеческой деятельности. Растет число публикаций о нем в газетах и журналах, в популярных изданиях.

Инженеры и научные работники, занятые в самых различных областях народного хозяйства и науки, оценивают возможности использования ультразвуковых методов для своих конкретных задач и в связи с этим хотят получить представление о различных аспектах физики и техники ультразвука на современном уровне. Однако имеющаяся научнотехническая литература в настоящее время не в состоянии полностью удовлетворить такую потребность. Известные издания общего характера, посвященные физике и технике ультразвука, зачастую не соответствуют современному состояки«о науки. Опубликовш«- ные в последние годы специальные монографии научного и прикладного характера предназяачеиы для подготовленных читателей, облада«ощнх достаточным запасом знаний в области акустики и смежных разделов физики, напр. физики твердого тела, или в какой-то определенной, свяаанной с ультразвуков« отрасли техники.

Маленькая энциклопедия «Ультразвук» имеет целью дать широкому кругу читателей представление о том, что такое ультразвук в современном понимании, каковы основные закономерности его распространения, какие явления сопутствуют ему, каковы фиаические основы его применения в различных областях науки, техники и медицины, на каких принципах действуют различные ультразвуковые приборы. Читатели, которым адресована эта книга,— инженеры, врачи и биологи, интересующиеся возможностял«и применения ультразвука для решения своих профессиональных задач или уже пользующиеся в своей работе теми или иными ультраавуковыми приборами и желающие получить более систематическиа сведения об ультразвуке, о механизл«е его воздействия, о пределах применимости ультразвуковых методов. Она адресована также студентам, аспирантам, преподавателям Вузов и агузов, учителям средних школ. желающим расширить и систематизировать свои представления о предмете, и, наконец, всем читателям, интересующимся прогрессом науки и техники.

Эяциклопедмя открывается обобщающей статьеи тУльтраэвукэ, где рассматриваются основные особенности ультразнуковых волн и дается обзор их применгнш|. Эта статья служит введением к оснозноп части книги, состоящей более чем из 250 статен, расположенных в алфавитном порядке, в которых излагаются основные закономерности, характеризующие распространение ультразвуковых волн, рассматриваютсп связанные с ними физические явления в вен)естве и освещаются области его практического использования. В статьях, непосредственно посвященных применению ультразвуковых методов в науке, технике, медицине, упор сделан на выявление физических основ применения и на изложение принципов действия ультразяукоиых приборов.

Приводятся нек-рые основные справочные данные, касающиеся характеристик распространения ультразвука в различных веществах, его частотных и динамических диапазонов, используемых и различных областях практического применения, а также сведения о достигаемых полезных эффектах. Вместе с тем энциклоцедия не претендует иа ясчерпывающее изложение предмета. Основная ее цель — дать читателю представление о различных аспектах ультразвуковой техники в широком смысле этого понятия с позиций современной физики н акустики. Статьи энциклопедии можно подразделить на пять групп.

Первая из них характеризует процессы и явления, саойственные колебаниям и копнам вообще и акустическим в частности; вторая описывает распространение ультразвуковых волн в веществе и их взаимодействие со средой; в третьей рассматриваются различные виды излучателей и приемников ультраавука и физические явления, положенные а основу их действия; четвертая группа посвящена практическолзу применению ультраавука — рассматриваются как отдельные конкретные применения ультраззукоэых методов или конкретные приборы, так п области ультразвуковой техники в целом; к пятой группе можно отнести вспомогательные статьи, необходимые для понимания материала первых четырех групп, в них в основном рассматриваются понятия, относящиеся к строению вещества и к физике твердого тела.

Наждая крупная или средняя статья представляет собой краткий рассказ па тему заголовка статьи, напечатанного жирным шрифтом, т. и. черного слова. Если в статье встречаются термины, которые могут быть непонятны читателю или по которым можно получить дополнительнузо информацию в других статьях, то названия этих статей выделены курсивом. Если термин, набранный жирныз1 шрифтом, имеет синоним, он набирается рядом светлым шрифтом и разрядкой.