Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Катодный луч заставляют прочертить полосу за полосой всю поверхность пластинки.

Начав движение в точке А (рис. 67), катодный луч бежит вдоль строки и, добежав до ее конца, очень быстро перескакивает в начальную точку следующей строки, расположенной чуть ниже, чем первая, и движется с прежней скоростью до края пластинки. Путешествуя так, луч прочерчивает за 1 секунду 20–30 строк. Когда луч прочертит весь квадрат, изображенный на рисунке, он перескакивает вновь в точку А , и движение его повторяется.

При этом движении сила тока, текущего через трубку 6 (рис. 66), изменяется в зависимости от полученного на приемной пластинке изображения. Специальный прибор 7 усиливает эти изменения, и они подаются на сетку 8 электронной трубки 9 . Изменение силы тока вызывает соответствующие изменения интенсивности луча в электронной трубке осциллографа. Если синхронизировать, как это делается в телевидении, движение лучей в приемной трубке и в трубке осциллографа, то на экране мы получим видимое изображение предмета, рассматриваемого в ультразвуковой микроскоп. Увеличение ультразвукового микроскопа зависит от особенностей приемной трубки 5 и трубки катодного осциллографа 9 .

Согласно расчетам, в ультразвуковом микроскопе возможны увеличения в несколько десятков тысяч раз.

Для «освещения» рассматриваемого в ультразвуковой микроскоп предмета пригодны как непрерывные ультразвуковые волны, так и отдельные ультразвуковые импульсы.

Ультразвуковому микроскопу можно придать иные конструкции, сохранив принцип его действия. В одной из них ультразвуковое изображение получают на внешней поверхности пьезоэлектрической пластинки 1 (рис. 68), внутренняя поверхность которой освещается равномерно ультрафиолетовыми лучами 3 . Под действием ультрафиолетовых лучей с внутренней поверхности пластинки, являющейся дном вакуумной трубки 2 , вылетают электроны, которые ускоряются электрическим полем и, пройдя через специальные магнитные и электрические линзы, падают на флуоресцирующий экран 5 . На экране будет видно изображение источника электронов — пьезоэлектрической пластинки 1 . Выбивание электронов ультрафиолетовыми лучами зависит от величины зарядов, возникших на пластинке под действием падающих на нее ультразвуковых колебаний. Распределение интенсивности последних в свою очередь определяется тем акустическим изображением, которое получается на приемной пластинке. Поэтому на экране 5 мы увидим увеличенным рассматриваемый предмет.

Не переставая совершенствовать свое изобретение, С. Я. Соколов значительно упростил конструкцию ультразвукового микроскопа.

Как и раньше, рассматриваемый предмет 2 помещается в жидкость 4 и «освещается» однородным ультразвуковым пучком, посылаемым кварцевой пластинкой 1 (рис. 69). Отразившись от предмета, ультразвуковые лучи попадают на зеркало 3 , которое отбрасывает изображение рассматриваемого предмета на поверхность жидкости. Когда ультразвуковые лучи достигают поверхности жидкости, они вызывают появление на ней характерной ряби. Если пользоваться ультразвуковым лучом с малой длиной волны, рябь получается очень равномерной. Осветив поверхность жидкости косо падающим пучком света, можно отбросить на экран 6 изображение поверхности, на котором четко будут видны все неровности, создаваемые ультразвуковым изображением. В ультразвуковом микроскопе новой конструкции, как это показано на рис. 70, можно получать изображение рассматриваемого предмета также и с помощью линзы. И в этом случае на фоне ряби, создаваемой ультразвуком, четко вырисовывается изображение рассматриваемого предмета.

Качество оптических приборов зависит от их разрешающей способности, определяемой наименьшим расстоянием между двумя точками, которое можно различить с помощью данного прибора. Если точки находятся на расстоянии, меньшем, чем разрешающая способность прибора, они будут казаться нам слившимися в одну.

Чем короче длина волны, тем больше возможная разрешающая способность. Ультразвук с частотою в миллиард колебаний имеет длину волны, близкую к длинам волн видимого света. Однако разрешающая способность ультразвукового микроскопа в сильной степени зависит и от свойства кварцевой пластинки, создающей ультразвуковой луч. Что же касается длин волн, то полученные в настоящее время короткие ультразвуковые волны не предел, и можно надеяться достигнуть в ультразвуковом микроскопе большей разрешающей способности, чем в микроскопе оптическом. На рис. 71 изображен ультразвуковой микроскоп.

Область возможных применений ультразвукового микроскопа очень широка, так как он позволяет рассматривать то, что нельзя увидеть ни простым глазом, ни в оптический микроскоп. На рис. 72 изображена полученная с помощью ультразвукового микроскопа (при десятикратном увеличении) фотография проволочки, погруженной в непрозрачную жидкость.

При рассматривании изображений в ультразвуковом микроскопе следует помнить, что светлые и темные участки их не совпадают со светлыми и темными участками изображений в оптическом микроскопе. Небольшие пустоты в твердом теле, которые мы ожидаем видеть как более светлые участки, в действительности оказываются более темными в силу отражения или поглощения ультразвука. На рис. 73 воспроизведено ультразвуковое изображение стеклянной палочки (слева) и стеклянной трубочки (справа). Стекло пропускает ультразвуковые колебания, и поэтому на изображении палочки имеются светлые участки. Через трубочку, наполненную воздухом, ультразвук не проходит, и поэтому она дает ровную тень.