Этим явлением заинтересовались отечественные и зарубежные ученые. Физики-теоретики этот замечательный эффект упрощенно объясняют следующим образом. Как известно, световой луч представляет собой электромагнитное поле, которое ориентирует определенным образом атомы (как, например, магнитное поле ориентирует металлические опилки). Луч, воздействуя на атомы среды, расставляет на своем пути бесчисленное множество микроскопических линз. Так луч сам создает волновод, вдоль которого и распространяется. Продолжив исследования, Аскарьян доказал, что самофокусироваться может не только свет, радиоволны, но также ультра- и гиперзвуковые волны, возбуждаемые мощными источниками в плотных средах. Ультразвуковой (гиперзвуковой) луч нагревает среду, частицы ее начинают колебаться ориентированно, упорядоченно. В результате образуется канал с особыми свойствами и вдоль него устремляется звук.
Даже самому смелому воображению не под силу предугадать, какие новые возможности открывают перед нами самофокусирующиеся лучи. Представьте себе ионосферу, которую пронизывают «невидимые лучи», несущие изображение и звук через воздушные и океанские просторы. Невидимые и неслышимые световые и звуковые «игольчатые» лучи как бы высвечивают океанское дно, скрывающее несметные сокровища. Сверхмощные тепловые и ультразвуковые лучи, «обрушившись» на арктический лед, сделают Северный морской путь судоходным в течение всего года.
Ученые нашей страны впервые в мировой практике создали экспериментальную физическую установку, где концентрированная энергия ультразвука может воздействовать на вещество подобно лазерному лучу. Этот «гиперболоид» создает мощный поток энергии с интенсивностью 150 кВт на квадратный сантиметр поверхности, что равно световому давлению узкого луча лазера, работающего в непрерывном режиме. Пластинка плексигласа, помещенная в такое ультразвуковое поле, мгновенно распыляется. С помощью этой установки можно отрабатывать приемы применения ультразвука в промышленных целях, создавать новые образцы ультразвуковых станков, приборов, устройств.
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.
