Общие сведения. Ультразвук – упругие волны с частотами приблизительно от (1,5 – 2)·104Гц (15 – 20 кГц) до 109 Гц(1ГГц); область частотных волн от 109 до 1012 – 1013 Гц

Ультразвук – упругие волны с частотами приблизительно от (1,5 – 2)·10⁴Гц (15 – 20 кГц) до 10⁹ Гц(1ГГц); область частотных волн от 10⁹ до 1012 – 10¹³ Гц принято называть гиперзвуком.

По частоте ультразвук подразделяется на 3 диапазона:

- ультразвук низких частот(1,5·10⁴ – 10⁵Гц),

- ультразвук средних частот(10⁵ – 10⁷Гц),

- область высоких частот ультразвука(10⁷ – 10⁹Гц).

Каждый из этих диапазонов характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения. Нижней границей ультразвукового диапазона называют упругие колебания частотой от 18 кГц. Верхняя граница ультразвука определяется природой упругих волн, которые могут распространяться только при том условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул (в газах) или межатомных расстояний (в жидкостях и газах). В газах верхний предел составляет»10⁶ кГц, в жидкостях и твёрдых телах»10¹⁰ кГц.

В природе ультразвук встречается в качестве компонента многих естественных шумов: в шуме ветра, водопада, дождя, морской гальки, перекатываемой прибоем, в грозовых разрядах. Многие млекопитающие, обладают способностью восприятия ультразвука, локационные способности летучих мышей, ночных насекомых и морских животных хорошо известны.

По физической природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука, поэтому частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами условна. Ввиду малой длины волны ультразвука, характер его определяется, прежде всего, молекулярной структурой среды. Ультразвук в газе, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием. Жидкости и твёрдые тела представляют собой, как правило, хорошие проводники ультразвука, - затухание в них значительно меньше. Поэтому области использования ультразвука средних и высоких частот относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и в газах применяют ультразвук только низких частот. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн, имеет место ряд особенностей распространения ультразвука.

1. Ультразвук в зависимости от интенсивности и длительности действия оказывает самые разнообразные влияния на организм — тепловое, механическое, химическое, электрофизическое. Эффективность отдельных факторов, из которых складывается действие ультразвука, зависит от его параметров и условий облучения. Пороговой, интенсивностью его биологического действия является такая интенсивность, ниже которой не возникает изменение проницаемости клеточных мембран. По данным многих исследователей, этот порог составляет 0,01 Вт/см². При кратковременном воздействии (до 10—15 мин) ультразвук интенсивностью 0,01—0,1 Вт/см² практически не вызывает видимых изменений в структуре и функции клеток, В интервале интенсивностей, превышающих 0,1 Вт/см², наблюдаемые биологические эффекты обратимы. Верхняя граница этого интервала совпадает, как правило, с порогом кавитации (1 Вт/см²). Более интенсивные и длительные воздействия могут привести к перегреву биологических структур и их разрушению. Степень выраженности изменений зависит от интенсивности и длительности воздействия ультразвука и усиливается при наличии в спектре высокочастотного шума, при этом присоединяется выраженное снижение слуха. В случае продолжения контакта с ультразвуком указанные расстройства приобретают более стойкий характер.

2. Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с источником УЗ, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным техногенными источниками, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека.

3. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ - дают поражающий эффект.

Существующая система нормирования ультразвука для населения

Основу профилактики неблагоприятного воздействия ультразвука на население, составляет гигиеническое нормирование.

В соответствии с ГОСТ 12.1.01-89 "Ультразвук. Общие требования безопасности", "Санитарными нормами и правилами при работе на промышленных ультразвуковых установках" (№ 1733-77), ограничиваются уровни звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах (от 80 до 110 дБ при среднегеометрических частотах третьоктавных полос от 12,5 до 100 кГц).

СанПиН 2.2.4./2.1.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения» устанавливает критерии безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды его обитания и требования к обеспечению благоприятных условий его жизнедеятельности.

По способу распространения ультразвуковых колебаний выделяют:

- контактный способ - ультразвук распространяется при соприкосновении рук или других частей тела человека с источником ультразвука, обрабатываемыми деталями, приспособлениями для их удержания, озвученными жидкостями, сканерами медицинских диагностических приборов, физиотерапевтической и хирургической ультразвуковой аппаратуры и т.д.;

- воздушный способ - ультразвук распространяется по воздуху.

По типу источников ультразвуковых колебаний выделяют:

- ручные источники,

- стационарные источники.

По спектральным характеристикам ультразвуковых колебаний выделяют:

- низкочастотный ультразвук - 16-63 кГц (указаны среднегеометрические частоты октавных полос);

- среднечастотный ультразвук - 125-250 кГц;

- высокочастотный ультразвук - 1,0-31,5 МГц.

По режиму генерирования ультразвуковых колебаний выделяют:

- постоянный ультразвук,

- импульсный ультразвук.

По способу излучения ультразвуковых колебаний выделяют:

- источники ультразвука с магнитострикционным генератором,

- источники ультразвука с пьезоэлектрическим генератором.

МСанПиН 001-96 "Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях" устанавливает допустимые уровни ультразвука, создаваемого ТНП (товарами народного потребления), приведенных ниже (таблица 6):

Таблица 6

Допустимые уровни ультразвука

 

Среднегеометрические частоты третьеоктавных полос, кГц.	12,5	16,0	20,0	25,0	31,5-100,0
Уровень звукового давления, дБ