بخشی از مقاله
چکیده
امواج فراصوتی کانونی شده موجب حفرهسازی گذرا میشوند. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر تابشدهی همزمان امواج فراصوتی غیرکانونیپیوسته و امواج فراصوتیکانونی شده پالسی بر میزان حفرهسازی گذرا با استفاده از دزیمتری ترفتالیک اسید میباشد. نتایج این تحقیق نشان دادند که تابشدهی همزمان امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته و امواج فراصوتی کانونی شده پالسی بر میزان حفرهسازی گذرا اثر همافزایی دارد.
مقدمه
حفرهسازی آکوستیکی شامل دو نوع پایدار و گذرا میباشد،
که توسط تابش امواج فراصوتی در محیط آبی تولید میشوند. امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته به صورت میدان نوسانی سینوسی بوده که موجب میشوند لایههای مختلف ملکولی محیط آبی در دامنههای فشار مثبت امواج فشرده شده و در دامنههای فشار منفی منبسط شوند، این عمل منجر به تولید حبابهای پایدار میگردد.
با افزایش توان امواج فراصوتی و یا کانونی کردن میدان تابشدهی، شدت امواج افزایش یافته و رشد شعاعی حبابها توسط دامنه فشار منفی به تدریج به بیش از حد آستانه تحمل حباب رسیده و بالاخره توسط دامنه فشار مثبت امواج فراصوتی و یا فشار بیرون حباب فروریزش میکنند - حفرهسازی گذرا - . انرژی متمرکز در این حبابها با فرآیند فروریزش کامل آنها در محیط تابش آزاد شده و در ابعاد میکرونی دما و فشار زیادی ایجاد می- شود. این دما از مرتبه 5000 الی 10000 درجه کلوین و فشار تا چند صد مگاپاسکال میباشد. توجیه این فرآیند با تئوری نقطه داغ بررسی میشود. طبق این تئوری بر اثر این دما و فشار زیاد، در مرکز حفره شرایط پلاسما ایجاد میشود .
از نظر عملی دو نوع حباب بیش از همه مورد توجه بوده است: یکی ابر حبابها و دیگری تک حباب منفرد. معادله ریلی پلاست بیانگر تغییرات شعاع حباب منفرد بهوجود آمده توسط منبع موج فراصوتی میباشد :
در این رابطه:
PB - t - فشار داخل حباب است،که یکنواخت در نظر گرفته میشود
P∞ - t - فشار خارجی بی نهایت دور از حباب است
L چگالی مایع اطراف آن است
R شعاع حباب است
L ویسکوزیته حرکتی مایع اطراف آن است
S کشش سطحی حباب است
معادله فوق نوسانات شعاعی حباب در میدان فشاری امواج فراصوتی را نشان میدهد. دو نوع موج فراصوتی وجود دارد:
امواج فراصوتی غیرکانونی - تخت، استوانهای و ... - و کانونی شده. مزیت استفاده از امواج فراصوتی کانونی شده نسبت به امواج غیرکانونی تولید تعداد زیادی حفرههای گذرا میباشد که کاربردهای زیادی در پزشکی، داروسازی و صنعت دارند .
روش تحقیق
ابتدا 12 کوت با دیواره نازک از جنس لاتکس را با 3 سیسی از محلول دزیمتری ترفتالیک اسید پر کرده و هر آزمایش را در هر مرحله 4 بار تکرار کردیم. در مرحله اول کوت را داخل تانک آبی در معرض تابشدهی امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته با فرکانس 1مگاهرتز و شدت 3 وات برسانتیمتر مربع قرار دادیم. برای به-دست آوردن تغییرات دما بر حسب زمانهای مختلف تابشدهی از گامهای یک دقیقهای استفاده کردیم.
همین مراحل را با دستگاه مولد امواج فراصوتی کانونیشده پالسی با فرکانس 1 مگاهرتز و توان 15 وات و فاکتور کاری 25 درصد با قرار دادن کوت در فاصله کانونی 5 سانتیمتر تکرار کردیم. سپس در مرحله آخر کوت را که با 3 سیسی از محلول پر شده در داخل تانک آبی در محل تلاقی نقطه کانونی امواج فراصوتی کانونی شده پالسی و انتهای منطقه نزدیک - منطقه فرنل - امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته قرار داده و همان مراحل آزمایش را با تابشدهی همزمان دو منبع تکرار کردیم.
کمترین زمان تابشدهی به شرط رعایت افزایش دما زیر حد هایپرترمی - افزایش دما کمتر از 3 درجه سانتیگراد - به مدت 8 دقیقه و برای مرحله آخر - تابشدهی همزمان - بهدست آمد. سپس آزمایشها را برای مدت8 دقیقه با تابشدهیهای مجزا و همزمان منابع فراصوتی تکرار کرده و شمارش رادیکالهای آزاد هیدروکسیل - شدت فلورسانس - را که نمادی از تشکیل پلاسما و فروریزش گذرا توسط حبابها میباشند را به روش دزیمتری ترفتالیک اسید [5] و به کمک دستگاه اسپکتروفلوریمتری انجام دادیم.
نتایج
با توجه به دادههای بهدست آمده، افزایش دمای حدود 3 درجه سانتیگراد - رعایت شرایط زیر حد هایپرترمی - در محلول دزیمتری درمدت 20 دقیقه برای تابشدهی امواج فراصوتی کانونی شده پالسی حاصلگردید. ضریب رگراسیون R2 0/9899 خطی بودن رابطه تغییر دمای محلول و مدت زمان تابشدهی را به خوبی نشان میدهد - شکل-1 الف - . درمورد تابشدهی امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته ، نتایج بهدست آمده تغییر دمای حدود 3 درجه سانتیگراد را در مدت 12 دقیقه نشان داد که زیر حد هایپرترمی بود. ضریب رگراسیون R2 0/9795 خطی بودن رابطه تغییر دمای محلول و مدت زمان تابشدهی را نشان میدهد - شکل-1 ب - . در مورد تابشدهی همزمان امواج فراصوتی کانونی شده پالسی و غیر کانونی پیوسته، نتایج بهدست آمده تغییر دمای حدود 3درجه سانتیگراد - تحت شرایط زیر حد هایپرترمی - را در مدت 8دقیقه نشان داد. ضریب رگراسیون R2 0/9875 خطی بودن
رابطه تغییر دمای محلول و مدت زمان تابشدهی را نشان میدهد
3 اولین همایش ملی فیزیک دانشگاه آزاد اسلامی
شکل - : - 1 - الف - نمودار تغییرات دما در زمانهای مختلف تابشدهی برای امواج فراصوتی پالسی کانونی شده با فرکانس 1 مگاهرتز و توان 15وات و فاکتور کاری 25 درصد، - ب - نمودار تغییرات دما در زمانهای مختلف تابشدهی برای امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته با فرکانس1 مگاهرتز و شدت 3 وات برسانتیمتر مربع و - ج - نمودار تغییرات دما در زمانهای مختلف تابشدهی برای تابشدهی همزمان هردو منبع فراصوتی با توجه به دادههای بهدست آمده از نمودارهای شدت فلورسانس - شمارش - برحسب زمانهای مختلف تابشدهی برای تابشدهی امواج فراصوتی غیر کانونی پیوسته، میزان میانگین شدت فلورسانس - شمارش - در3 بار تکرار آزمایش - برای مدت 8 دقیقه تابشدهی - 93 بهدست آمد.
ضریب رگراسیون R2 0/9932 نشان دهنده رابطه خطی بین شدت فلورسانس و زمان تابشدهی میباشد. در مورد امواج فراصوتی کانونی شده پالسی، میزان میانگین شدت فلورسانس - شمارش - در3 بار تکرار - برای مدت 8 دقیقه تابشدهی - 124 بهدست آمد. ضریب رگراسیون R2 0/9896 نشان دهنده رابطه خطی بین شدت فلورسانس و زمان تابشدهی میباشد. برای تابشدهی همزمان امواج فراصوتی غیر کانونی پیوسته و کانونی شده پالسی، میزان میانگین شدت فلورسانس - شمارش - در3 بار تکرار - برای مدت 8 دقیقه تابش-دهی - به247 رسید. ضریب رگراسیون R2 0/9899 نشان دهنده رابطه خطی بین شدت فلورسانس و زمان تابشدهی میباشد
شکل - : - 2 - الف - نمودار شدت فلورسانس - شمارش - برحسب زمان-های مختلف تابشدهی برای امواج فراصوتی غیرکانونی پیوسته با فرکانس 1 مگاهرتز و شدت 3 وات برسانتیمتر مربع، - ب - نمودار شدت فلورسانس - شمارش - برحسب زمان های مختلف تابشدهی برای امواج فراصوتی کانونی شده پالسی با فرکانس1 مگاهرتز و توان 15وات و فاکتور کاری 25 درصد و - ج - نمودار شدت فلورسانس - شمارش - برحسب زمانهای مختلف تابشدهی برای تابشدهی همزمان هر دو منبع فراصوتی
