Чтобы исследовать вещество под электронным микроскопом, прежде всего, необходимо сделать тонкий срез или раздробить и измельчить его. До сих пор это делали в обычной ступке. Теперь не нужно растирать в ней исследуемое вещество. Достаточно поместить в специальную ванночку, нажать на кнопку, и ультразвук не только мгновенно раздробит вещество до мельчайших частиц, но и нанесет их на пленку, которую затем просвечивают электронным лучом микроскопа. Ультразвуковой прибор позволяет расширить сферу применения электронного микроскопа в химии полимеров, биологии, резиновой, нефтеперерабатывающей и в других отраслях промышленности.
Возможности ультразвука в исследовательских процессах на этом не ограничиваются. Инженеры в содружестве с биологами и медиками впервые в мировой практике решили «заглянуть» в живую клетку без вскрытия ее оболочки. Аппаратуру для этого создали сотрудники экспериментального предприятия Института основных технических проблем Польской Академии наук. В аппаратуре функции своеобразного скальпеля выполняет ультразвук. При проведении экспериментов соблюдается абсолютная стерильность, строго выдерживаются режимы давления и температуры. Эта сложная проблема решается в тесном содружестве с нашими специалистами.
Использование ультразвука в научных исследованиях продолжает расширяться и по другим направлениям. Так, например, в Северном научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации предложили использовать ультразвук для измерения скорости течения воды и определения ее расхода в камерах турбин. Этот принцип исследования, как уже говорилось, нашел широкое применение также в химической и металлургической промышленности.
А если, наоборот, нужно не измерять скорость течения жидкости, а ускорять? Ультразвук и здесь пришел на помощь. Вода, бензин и особенно нефть замедляют свое течение из-за трения о стенки трубопроводов. Это, в свою очередь, значительно снижает КПД насосов. Чтобы ускорить протекание жидкости, нужно либо повысить мощность насосов, либо увеличить диаметр трубопроводов, а может быть, и то и другое одновременно. Но это экономически невыгодно. Уменьшить влияние трения на скорость позволяет своеобразная «растряска» жидкости с помощью ультразвука. Этот метод и лег в основу конструкции необычного насоса, который с помощью ультразвука перекачивает воду и бензин в двадцать раз быстрее.
Ультразвуковое устройство представляет собой пустотелый корпус со штуцерами для подвода и отвода жидкости. В корпус вмонтирован поршень, жестко соединенный с виброштоком, а другим концом — с источником ультразвука. Они-то и возбуждают в жидкости колебания ультразвуковой частоты, которые снижают межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости о соприкасающуюся поверхность. Такое устройство можно применять для ускоренной заправки самолетов.
Сложнее решается задача ускорения прохождения в трубопроводах нефти. Ей необходимо придать скользящую пульсацию, что позволит передавать колебания на значительные расстояния. Использование ультразвука в этих целях обещает большой экономический эффект: затраты на изготовление ультразвуковых устройств незначительны, уменьшатся капиталовложения на прокладку нефтепроводов, сократятся земляные работы. Внедрение ультразвуковых устройств намного повышает пропускную способность действующих нефтяных трубопроводов. Кроме того, для перекачки жидких сред в заданных объемах может быть уменьшен диаметр трубопроводов пропорционально увеличению скорости. Вибрационные насосы с ультразвуковыми устройствами целесообразно устанавливать примерно через каждые 10 км нефтепроводов. Такие устройства могут применяться в металлургии для ускорения разливки расплавленного металла, а также в химической промышленности.
Еще одна проблема — неполное сгорание топлива. Это серьезный недостаток многих промышленных горелок, приводящий к образованию копоти и загрязнению воздуха газами. Его нет у горелок, в которых горючая смесь приготавливается ультразвуком. Вот как это делается. Воздух с парами топлива перемешивается в специальной камере, которую называют камерой звучания, поскольку именно в ней возникают колебания воздуха ультразвуковой частоты. Причина их появления — узкие щели, сквозь которые проходит воздух. Устойчивость ультразвуковых колебаний поддерживается кольцевой полостью, опоясывающей камеру звучания.
И наоборот, ультразвук способен «усмирять» пламя горелки. Секрет этого эффекта кроется во взаимодействии ультразвуковых волн с низкочастотной вибрацией, возникающей в пламени горелки. Ультразвуковые волны, пронизывая пламя, уничтожают опасную пульсацию. Специалисты считают, что ультразвуковые горелки смогут работать на газе среднего и высокого давления. Сейчас промышленные горелки работают в основном на давлении примерно 0,01 МПа, давление в газопроводах для дальней транспортировки значительно выше. Применение ультразвуковых горелок позволит обойтись без газораспределительных станций. Помимо всего прочего, ультразвук помогает формировать факел. А это значит, что топки станут значительно компактнее.