CHƯƠNG I: SÓNG XUNG KÍCH VÀ CÁC CÔNG NGHỆ TẠO RA SÓNG
1.4. Các công nghệ tạo ra sóng xung kích
Sóng xung kích xuất hiện hoàn toàn là mang bản chất vật lý sau khi xuất hiện một sự kiện mang tính bùng nổ, áp suất của nó có thể rất lớn đến mức phá hủy cả một tòa nhà. Trong kỹ thuật, tùy thuộc vào mục đích sử dụng có thể tạo ra được sóng xung kích có áp suất đỉnh thay đổi cho phù hợp. Hiện nay, các thiết bị tạo ra sóng xung kích chủ yếu dựa trên bốn nguyên lý:
Điện thủy lực (Electrohydraulic);
Điện từ (Electromagnetic);
Áp điện (Piezoelectric);
Sóng áp lực xuyên tâm (Pressure wave) hay còn gọi là sóng xung kích phân kỳ (radial shockwave).
Nguyên lý điện thủy lực
Khi kích hoạt bugi (điện cực) đặt trong bầu nước có hình elipsoid, sự tăng nhiệt độ làm cho nước bị giãn nở đột ngột, tạo thành sóng xung kích. Sóng xung kích tạo ra đập vào thành của bầu nước và nếu điện cực đặt ở tiêu điểm F1 của elipsoid thì sóng xung kích được hội tụ tại tiêu điểm F2 [4].
Hình 1.6. Phương pháp điện thủy lực tạo sóng xung kích [4]
Nguyên lý điện từ trường
8
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH Nguyên lý tạo sóng xung kích bằng điện từ trường giống với nguyên lý tạo âm thanh phát ra loa. Cấu tạo của thiết bị gồm một nam châm làm bằng cuộn dây cuốn quanh lõi xelenoid, bên ngoài ống dây bao quanh bởi một màng dẫn kim loại, toàn bộ hệ thống được đặt trong một vật chứa hình parabolid quay, trên đó có gắn các gương phản xạ âm. Khi cho một dòng điện xung lớn chạy qua cuộn dây của nam châm tạo ra điện từ trường tác động vào màng dẫn sinh ra sóng xung kích.
Sóng xung kích phát ra được hội tụ nhờ các gương đặt trên mặt parabolid xoay [4].
Hình 1.7. Phương pháp điện từ trường tạo sóng xung kích [4]
Nguyên lý áp điện
Vật liệu dùng để tạo sóng xung kích là gốm áp điện. Khi đặt một xung điện lớn lên mặt gốm áp điện tạo nên sóng cơ học phát ra trên bề mặt gốm, đây chính là sóng xung kích. Khi đặt nhiều tinh thể gốm chồng lên nhau trên một hình cầu thì sóng cơ học do từng tinh thể gốm phát ra sẽ được tập trung lại tại một điểm.[4]
Hình 1.8. Phương pháp gốm áp điện tạo sóng xung kích [4]
Nguyên lý tạo sóng áp lực xuyên tâm (sóng xung kích phân kỳ)
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH Trong kỹ thuật này, một viên đạn được gia tốc mạnh bằng khí nén làm cho nó có động năng rất lớn tới đập vào đầu phát. Bằng cách sử dụng môi trường truyền dẫn như gen hay dầu, xung động ở đầu phát được truyền vào trong mô dưới dạng sóng xung kích, từ đó lan tỏa theo hình cầu, gọi là sóng áp lực xuyên tâm.[5]
Hình 1.9. Phương pháp tạo sóng xung kích phân kỳ [5]
Ba phương pháp tạo sóng xung kích bằng điện thủy lực, điện từ và vật liệu áp điện tạo ra sóng xung kích hội tụ, có thể tập trung năng lượng lớn tại một điểm, thường được sử dụng trong các thiết bị tán sỏi ngoài cơ thể trong y tế.
Phương pháp tạo sóng xung kích phân kỳ (sóng áp lực xuyên tâm) tạo ra sóng xung kích dạng tỏa tròn, tác động được các mô ở phía bên ngoài, không xuyên sâu được vào trong cơ thể. Sóng xung kích này thường được sử dụng trong vật lý trị liệu để tác động vào cơ, xương, khớp. Trong bài luận văn này sẽ trình bày chi tiết về cơ chế tác động của sóng xung kích phân kỳ khi tác động vào cơ thể người.
Sự khác biệt giữa sóng xung kích tập trung và sóng xung kích phân kỳ được thể hiện trong bảng sau [3]:
Sóng xung kích tập trung Sóng xung kích phân kỳ
Trường áp lực Hội tụ Phân kỳ
Thời gian tăng 0,01 às 50 às
Độ rộng xung 0,3 às 200 – 2000 às
Áp suất đỉnh dương 0 – 100 MPa 0 – 10 MPa
Mật độ năng lượng 0 – 1,5 mJ/mm2 trong cơ thể 0 – 0,3 mJ/mm2 tại bề mặt
10
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH da
Độ xuyên sâu tối đa
trong cơ thể 12 cm 3 cm
Kết luận chương 1:
Chương 1 đã khảo sát bản chất vật lý của sóng xung kích là xung cơ học xuất hiện khi có sự kiện mang tính bùng nổ diễn ra, được đặc trưng bởi áp suất dương rất cao ở bề mặt sóng và khoảng giảm áp nhỏ ở đuôi sóng, năng lượng của sóng được truyền đi khoảng cách khá xa, với tốc độ lan truyền lớn hơn âm thanh. Điều này thực sự khác biệt với các sóng cơ học đã được sử dụng trong Vật lý trị liệu trước đây.
Với mục đích ứng dụng khác nhau mà công nghệ tạo ra sóng xung kích cũng khác nhau. Sóng xung kích tập trung được tạo ra bởi công nghệ điện thủy lực, công nghệ điện từ, công nghệ áp điện, với năng lượng rất cao dùng để phá hủy vật chất.
Sóng xung kích phân kỳ được tạo ra bởi công nghệ khí nén và được ứng dụng trong Vật lý trị liệu. Cơ chế phá hủy vật chất của sóng xung kích tập trung đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trong y tế, thế nhưng, cơ chế điều trị của sóng xung kích phân kỳ vẫn còn khá mới mẻ, điều này sẽ được làm rõ hơn ở chương 2.