ИСТИНА

Целью планируемого исследования является экспериментальное и теоретическое изучение волновых явлений при распространении ультразвука в жидкости в присутствии рассеивателей и поглотителей конечного размера, с упором на те явления, в которых проявляется фундаментальное свойство волн, заключающееся в том, что они переносят не только энергию, но и количество движения, а в некоторых случаях и момент импульса. Практический интерес к проводимым исследованиям вызван растущими применениями ультразвуковых технологий в медицине и промышленности. В экспериментальных исследованиях указанная общая цель будет достигаться в части, касающейся ультразвуковых пучков мегагерцового и субмегагерцового диапазонов частот. Теоретические исследования будут иметь отношение к акустическим волнам и более общего вида. При этом, наряду с изучением общих фундаментальных волновых закономерностей, будут рассматриваться различные прикладные аспекты применения ультразвука.

The project is aimed at experimental and theoretical study of wave phenomena during the propagation of ultrasound in a liquid in the presence of scatterers and absorbers of finite size. The relevance and significance of the study are associated both with the rapid growth in the use of ultrasonic technologies in medicine and industry, and with the possibility, using the example of ultrasonic waves in laboratory conditions, to identify and study the fundamental laws inherent in waves of any nature. The project will investigate the scattering of ultrasound on spherical solid scatterers with a size exceeding the wavelength under the conditions of manifestation of internal resonances. Theoretical models will be developed to describe the acoustic radiation force and radiation torque both in the field of a traveling wave and in the field of a standing wave. It is also planned to analyze the process of acoustic levitation of particles comparable in size to the wavelength. Methods will be developed to implement the plane wave regime in the nearfield of the acoustic radiators. In the course of the planned studies, new results will be obtained that will allow a deeper understanding of the wave phenomena that manifest themselves in the propagation and scattering of ultrasound, as well as indicate new possibilities for using acoustic waves.

– Будут развиты теоретических модели для описания акустической радиационной силы и радиационного крутящего момента, действующих со стороны акустического пучка произвольной структуры на одиночный сферический рассеиватель; – Будет разработана теория радиационной силы, которая действует в поле стоячей акустической волны на сферические частицы с размерами, близкими к длине волны или превышающими её. Указанная теория будет использована для анализа акустической левитации частиц; – Будет проведена экспериментальная проверка теории радиационной силы в экспериментах с протяжёнными поглотителями, используемыми для измерения полной акустической мощности ультразвуковых источников; – Будет проведено исследование рассеяния ультразвука на сферических твердотельных рассеивателях с размером, превышающим длину волны, в условиях проявления внутренних резонансов; – Будет разработан метод определения характеристик пьезоэлектрических источников при совместном использовании данных измерений электрического импеданса и акустической голограммы; – На основе модификации установки по шлирен-визуализации будет развит высокочувствительный метод оптической визуализации ультразвуковых импульсов в жидкости для исследования явлений дифракции, рефракции и рассеяния акустических волн; – Будет экспериментально реализован режим плоской волны в ближней зоне излучателей, используя две конфигурации: (1) большой излучатель и малый приёмник; (2) малый излучатель и протяжённый приёмник.

1. Разработан и сконструирован соответствующий мировым стандартам экспериментальный комплекс для ультразвуковых исследований в мегагерцовом и субмегагерцовом диапазонах частот. Комплекс состоит из бассейна с водой, автоматизированной системы позиционирования, пьезоизлучателей, генераторов и усилителей большой мощности, цифровых осциллографов, миниатюрных широкополосных гидрофонов, установки для измерения акустической мощности, установки по оптической визуализации акустических пучков. 2. Предложен и экспериментально реализован метод акустической голографии для определения колебаний поверхности источников и вычисления их полей. Метод основан на использовании интеграла Рэлея для расчёта обратного распространения к источнику исходя из измеренного распределения акустического давления в точках некоторой поверхности перед источником. Метод применён для нахождения характеристик терапевтических источников. Проведённые эксперименты показали, что предложенный метод обладает высокой точностью и применим для исследования колебаний поверхностей, визуализации скрытых повреждений, характеризации многоэлементных излучателей и для предсказания их полей. 3. Разработан метод аналитического расчёта радиационной силы произвольного акустического пучка на упругую сферу произвольного размера. Этот метод использован при расчёте радиационной силы, оказываемой фокусированным пучком на помещённые в жидкость упругие рассеиватели типа почечных камней. Найдено точное решение уравнения Гельмгольца в для квазигауссовых пучков, которое может быть использовано для расчёта радиационной силы.

Ожидается, что они будут соответствовать запланированным результатам