This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
അള്‍ട്രാസോണികം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
അള്‍ട്രാസോണികം
Ultrasonics
കേള്‍ക്കാന്‍ കഴിയാത്ത വിധം ആവൃത്തിയേറിയ തരംഗങ്ങളെപ്പറ്റി പ്രതിപാദിക്കുന്ന ശാസ്ത്രശാഖ. പദാര്‍ഥകണങ്ങളുടെ യാന്ത്രികമായ കമ്പനങ്ങള്‍ വായുവില്‍ തരംഗങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുന്നു; ആ തരംഗങ്ങള്‍ ശ്രവണേന്ദ്രിയത്തില്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ ശബ്ദപ്രതീതി ഉണ്ടാകുന്നു. സ്രോതസ്സി(source)ന്റെ ഗുണധര്‍മം അനുസരിച്ച് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ക്കു നിശ്ചിതമായ ഒരു ആവൃത്തി (frequency) ഉണ്ടായിരിക്കും. എന്നാല്‍ ഏകദേശം സെക്കന്റില്‍ 20,000-ത്തില്‍ കവിഞ്ഞ ആവൃത്തിയുള്ള ശബ്ദം നമുക്കു ശ്രാവ്യമല്ല. ഇത്തരം തരംഗങ്ങളെ അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങള്‍ എന്നു പറയുന്നു. പ്രകൃതിയില്‍ തന്നെ വാവല്‍, നായ, എലി, ചീവീട് മുതലായ ജീവികള്‍ ഇരുട്ടില്‍ വഴി കണ്ടെത്തുന്നതിനും മറ്റുമായി അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങള്‍ സ്വയം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നുണ്ട്. വാവല്‍ ഉണ്ടാക്കുന്ന ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ ആവൃത്തി സെക്കന്റില്‍ 20,000-ത്തിനും 1,00,000-ത്തിനും ഇടയ്ക്കാണ്. ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപയോഗിച്ച് നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന ശബ്ദസ്രോതസ്സുകള്‍കൊണ്ട് അനേകായിരം മെഗാഹെര്‍ട്സ് (Megahertz) ആവൃത്തിതരംഗങ്ങള്‍ പോലും ഉത്പാദിപ്പിക്കാന്‍ ഇന്നു മനുഷ്യനു സാധിക്കുന്നു. അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങള്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കാന്‍ പൊതുവേ മൂന്നു മാര്‍ഗങ്ങളുണ്ട്:
1. യാന്ത്രിക ദോലകം (Mechanical oscillator). ഈ വകുപ്പില്‍ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്നത് ഹാര്‍ട്ട്മാന്‍ നിര്‍മിച്ച ജെറ്റ് ദോലകം (Jet oscillator) ആണ്. ഒരു ജെറ്റില്‍ക്കൂടി ശക്തിയായ മര്‍ദത്തില്‍ വായു പുറത്തേക്കു വിടുമ്പോള്‍ ശബ്ദത്തിന്റേതിനെക്കാള്‍ കൂടിയ ആവൃത്തിയില്‍ സ്പന്ദനങ്ങള്‍ (pulses) ഉണ്ടാകുന്നു. നിര്‍ഗമിക്കുന്ന വായു പൊള്ളയായ ഒരു സിലിണ്ടറിന്റെ വക്കില്‍ ഊക്കോടെ തട്ടുകയും സിലിണ്ടറിനകത്തുളള വായു അനുനാദവിധേയമായി ചലിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രീതി ഉപയോഗിച്ച് 120 കി. ഹെര്‍ട്സ് ആവൃത്തിയുള്ള ശബ്ദതരംഗങ്ങള്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കാം.
2. കാന്തികവിരൂപണ ദോലകം (Magnetostrictive Oscillator). ഒരു കാന്തവസ്തുവിന്റെ ധ്രുവരേഖയ്ക്കു സമാന്തരമായി മറ്റൊരു കാന്തമണ്ഡലം പ്രവര്‍ത്തിക്കുകയാണെങ്കില്‍ അതിന്റെ ദൈര്‍ഘ്യത്തിനു വ്യത്യാസം സംഭവിക്കുന്നതായി കാണാം. ഈ പ്രതിഭാസത്തിന് കാന്തികവിരൂപണം (magnetos-triction) എന്നാണ് പേര്. നീളത്തിന്റെ ദശലക്ഷത്തിലൊരംശത്തോളം സൂക്ഷ്മമായ ഈ മാറ്റം കാന്തമണ്ഡലത്തിന്റെ തീവ്രതയെയും വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. കാന്തമണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുവാന്‍ ഉച്ചാവൃത്തിയിലുള്ള ഒരു പ്രത്യാവര്‍ത്തി കറന്റ് (alternating current) ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്കില്‍ വസ്തുവിന്റെ ദൈര്‍ഘ്യം അതനുസരിച്ചു കൂടിയും കുറഞ്ഞുമിരിക്കും. ചിത്രത്തില്‍, അ എന്ന ഇരുമ്പുദണ്ഡിന്റെ രണ്ടറ്റത്തും കാന്തവത്കരണത്തിനുള്ള കമ്പി ചുറ്റിയിരിക്കുന്നു. ഈ കമ്പികള്‍ പ്രത്യാവൃത്തിധാര ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പരിപഥത്തിലേക്കു (circuit) ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കയാണ്. കാന്തവത്കരണത്തിന്റെ ആവൃത്തിയനുസരിച്ച് ദണ്ഡിന് വികസന സങ്കോചങ്ങളുണ്ടാകുന്നു. ശരിയായ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് (N,S എന്ന) കാന്തികധ്രുവങ്ങള്‍ക്കിടയിലായിരിക്കണം അ.ഇ എന്ന 'കണ്ടന്‍സര്‍' ആവൃത്തി നിയന്ത്രിക്കുന്നു. ഇരുമ്പ് കൂടാതെ നിക്കല്‍, ആല്‍ഫെര്‍ (അലുമിനിയം 13 ശ.മാ., ഇരുമ്പ് 87 ശ.മാ.) മുതലായവയും ഇതിന് ഉപയോഗിക്കാം.
3. മര്‍ദവിദ്യുത്-ദോലകം (Piezoelectric oscillator). ചില പ്രത്യേക പരലുകളുടെ ഇരുവശങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ ഒരു വൈദ്യുത പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ സൃഷ്ടിക്കുകയാണെങ്കില്‍ പരലിനു സങ്കോചമോ വികാസമോ സംഭവിക്കുന്നു. മര്‍ദവിദ്യുത് പ്രഭാവത്തിന്റെ (piezo electric effect) വിലോമ (converse) പ്രതിഭാസമാണ് ഇത്. ഈ തത്ത്വമുപയോഗിച്ച് ഒരു അള്‍ട്രാസോണിക ദോലകം നിര്‍മിക്കാവുന്നതാണ്. ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റല്‍ (പരല്‍) ഇതിലേക്കു സാധാരണയായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. ക്വാര്‍ട്സിന്റെ യാന്ത്രിക അക്ഷങ്ങള്‍ക്ക് (Mechanical axes) സമാന്തരമായി ക്രിസ്റ്റലിന്റെ വീതികൂടിയ വശങ്ങളില്‍ രണ്ടു ലോഹത്തകിടുകള്‍ ചേര്‍ത്തുവച്ച് അവയിലേക്ക് ഒരു പ്രത്യാവൃത്തി കറന്റ് പ്രവഹിപ്പിക്കുകയാണെങ്കില്‍ പരല്‍ അതനുസരിച്ച് സങ്കോചവികാസവിധേയമായി കമ്പനം ചെയ്യും. അതിന്റെ സംവിധാനം ലഘുരൂപത്തില്‍ ചിത്രത്തില്‍ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. M,M എന്ന തകിടുകള്‍ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ (C) വശങ്ങളില്‍ ചേര്‍ത്തുവച്ചിരിക്കുന്നു. അവയോട് ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത് ഉച്ചാവൃത്തിയില്‍ ദോലനം ചെയ്യുന്ന ഒരു ഇലക്ട്രോണിക പരിപഥമാണ്. ഇ എന്ന കണ്ടന്‍സര്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ദോലകത്തിന്റെ ആവൃത്തി ആവശ്യാനുസരണം മാറ്റുവാനും പരലിന്റെ സ്വാഭാവിക ആവൃത്തിയോട് തുല്യമാക്കി അനുനാദം (resonance) ഉണ്ടാക്കുവാനും സാധിക്കും. ഈ സ്ഥിതിയില്‍ പരലിന്റെ കമ്പനം ചുറ്റുമുള്ള മാധ്യമത്തിലേക്കു വ്യാപിക്കുകയും തത്ഫലമായി അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങള്‍ രൂപവത്കൃതമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ക്വാര്‍ട്സിനു പുറമേ റോച്ചലേ ലവണം (Rochelle salt), പോളീക്രിസ്റ്റലൈന്‍ സെറാമിക് ബേരിയം ടൈറ്റനേറ്റ് (Polycrystalline ceramic barium titanate) മുതലായ പദാര്‍ഥങ്ങളും മര്‍ദവിദ്യുത്പ്രഭാവം പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നവയാണ്.
ദ്രാവകങ്ങളില്‍ അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങളെ നിദര്‍ശിക്കുന്നതിനും അവയുടെ പ്രവേഗം അളക്കുന്നതിനും ഗ്രേറ്റിങ് സമ്പ്രദായം സ്വീകരിക്കാവുന്നതാണ്. ഏതെങ്കിലും ദ്രാവകത്തിലൂടെ ഈ തരംഗങ്ങള്‍ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ ദ്രാവകത്തില്‍ ഇടവിട്ടിടവിട്ട് മര്‍ദം കൂടിയും കുറഞ്ഞുമുള്ള മേഖലകള്‍ ഉണ്ടാവുന്നു. അതോടൊപ്പം തരംഗഗതിക്കു ലംബമായി ഇതില്‍ക്കൂടി പ്രകാശം കടത്തിവിടുകയാണെങ്കില്‍ ഒരു ഗ്രേറ്റിങ്ങിലൂടെ പോയാലുണ്ടാകുന്നതുപോലെ അതിനു വിഭംഗനം (diffraction) നേരിടുകയും ചെയ്യും. ഇങ്ങനെയുണ്ടാകുന്ന വിഭംഗനരേഖകള്‍ ദൂരദര്‍ശിനിയിലൂടെ വീക്ഷിക്കാവുന്നതാണ്. അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗദൈര്‍ഘ്യം d-ഉം പ്രകാശതരംഗദൈര്‍ഘ്യം λ-ഉം വിഭംഗനകോണം θ-ഉം ആണെങ്കില്‍ d sin θ = n λ എന്നതാണ് പ്രസക്തമായ സമവാക്യം; n വിഭംഗനക്രമസംഖ്യ (പൂര്‍ണസംഖ്യ). θ ,n,λ എന്നിവയില്‍ നിന്ന് d കണ്ടെത്തുവാന്‍ സാധിക്കും. ഈ മൂല്യത്തെ വൈദ്യുതപരിപഥത്തിന്റെ അനുനാദ-ആവൃത്തികൊണ്ട് ഗുണിച്ചാല്‍ ദ്രാവകത്തിലുള്ള അള്‍ട്രാസോണിക പ്രവേഗം ലഭിക്കും.
അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങളുടെ ഉത്പാദനതത്ത്വത്തെ ആസ്പദമാക്കിത്തന്നെ അവയുടെ അഭിഗ്രാഹികള്‍ (Receivers) നിര്‍മിക്കാന്‍ കഴിയും. പരലിന്റെ ഇരുവശത്തും മര്‍ദതരംഗങ്ങള്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ വൈദ്യുത പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ സംജാതമാകുന്നു. ഒരു പ്രവര്‍ധകം (Amplifier) ഉപയോഗിച്ച് ഈ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ വര്‍ധിപ്പിക്കുകയും കാതോഡ്റേ ഓസിലോഗ്രാഫ് (Cathode ray oscillograph) പോലെയുള്ള ഉപകരണങ്ങള്‍കൊണ്ട് അത് അളക്കുകയും ചെയ്യാവുന്നതാണ്.
4. പ്രയോഗങ്ങള്‍. ജലാശയങ്ങളുടെ ആഴമളക്കുന്നതിന് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ പ്രയോജനപ്പെടുന്നു. അള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങളെ അടിത്തട്ടിലേക്ക് പ്രേഷണം ചെയ്യുകയും അവിടെനിന്നുള്ള പ്രതിധ്വനി രേഖപ്പെടുത്തുകയുമാണ് ഇതിലടങ്ങിയിട്ടുള്ള തത്ത്വം. പ്രേഷണത്തിനുശേഷം പ്രതിധ്വനി ലഭിക്കുന്നതുവരെയുള്ള സമയം കണക്കാക്കിയാല്‍ (വെള്ളത്തിലെ അള്‍ട്രാസോണിക പ്രവേഗംകൂടി അറിഞ്ഞാല്‍) ആഴം നിര്‍ണിക്കാന്‍ സാധിക്കും. ഈ തത്ത്വത്തെ തന്നെ ആസ്പദമാക്കി, ലോഹങ്ങളിലും റബ്ബര്‍ ടയറുകളിലും മറ്റുമുള്ള വിടവുകള്‍ കണ്ടെത്താനും ആള്‍ട്രാസോണിക തരംഗങ്ങളുപയോഗിച്ചുവരുന്നു. വിടവുകളില്‍ തട്ടി, പ്രതിഫലനത്തിനുശേഷം തിരിച്ചു വരുന്ന തരംഗങ്ങളുടെ പ്രത്യേകത ഗ്രഹിച്ച് സ്ഥാനം നിര്‍ണയിക്കാവുന്നതാണ്. ഇതിനെയാണ് അള്‍ട്രാസോണിക് നോണ്‍ ഡിസ്ട്രക്റ്റീവ് ടെസ്റ്റിംഗ് എന്നു പറയുന്നത്. വസ്തുക്കളിലെ ദ്വാരങ്ങ(holes)ളുടെ ഇലാസ്റ്റിക് ഗുണധര്‍മങ്ങള്‍ പഠിക്കുന്നതിനും കട്ടിയുളള ലോഹങ്ങള്‍ തുളയ്ക്കുന്നതിനും ഈ തരംഗങ്ങള്‍ ഉപയോഗപ്പെടുത്താം. എമള്‍ഷനുകളുടെ നിര്‍മാണം, ദ്രാവകങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന കോടരണം (cavitation) മുതലായവ സുഗമമാക്കാനും അള്‍ട്രാസോണികം സഹായകമാണ്. രാസപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളില്‍ ഉത്പ്രേരകമായും (catalyst) ഇവ പ്രയോജനപ്പെടുന്നുണ്ട്. കണ്ഠരോഗം, മുതുകുവേദന, ഞരമ്പുവലി, ക്ഷയം തുടങ്ങിയ ചില രോഗങ്ങള്‍ക്ക് അള്‍ട്രാസോണിക ചികിത്സകൊണ്ട് ശമനമുണ്ടാകുന്നതായി നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. സജീവകോശങ്ങളെ പിളര്‍ക്കാനുള്ള കഴിവുള്ളതുകൊണ്ട് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ രോഗാണുക്കളെയും മറ്റു സൂക്ഷ്മജീവികളെയും നശിപ്പിക്കാന്‍ കഴിവുറ്റവയാണ്.
(ഡോ. സി.പി. മേനോന്‍)
