集束超音波によるキャビテーションバースト

概要

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強力な1MHz集束超音波を水中に照射すると、焦点付近でチャッという可聴音とともに気泡群が突発的に発生する。このキャビテーションバーストと呼ばれる気泡群の運動を、高速度カメラを用いて15,000-70,000fpsの速度で撮影した。発生する入力電力の閾値は溶存酸素量に依存し、30-55Wであった。0.5mg/L以下では180Wでも発生しなかった。発生した直後の気泡は60-80μmの球状で、これは1個の大きな気泡というよりも微小な気泡が気泡間ビャークネス力によって集合しているものと想像された。その後、気泡群は音波伝搬方向に垂直に拡大し、集束音場の影響を受けて中心の抜けたリング状に4mm程度まで成長した。気泡群の進行する位置によっては成長せずに潰れてしまうものもあった。並進速度はサイズの小さい発生初期ではおよそ3.5m/sと大きいが、拡散後は1.6m/s程度になった。この大きな速度は、気泡によって超音波が散乱・吸収され気泡前後で音圧差が生じて大きな放射力を生んだためである。ハイドロホン測定から、可聴音は2-3kHzで、気泡群がリング状に成長・拡散することに依って発生することがわかった。
2009-11-20