Observation av vattenstrålar i experiment och scheman för jetbildningsmekanismen. Upphovsman:Junnosuke Okajima, Tohoku universitet
När en optisk fiber är nedsänkt i vätska, en hög temperatur, höghastighetsstråle släpps ut. Forskare förväntar sig att detta kommer att tillämpas på medicinsk behandling i framtiden. Nu, en forskargrupp från Ryssland och Japan har undersökt detta fenomen ytterligare och avslöjat orsakerna bakom jetformationen.
Lasrar som använder en tunn optisk fiber och i kombination med ett endoskop och kateter kan enkelt transporteras in i djupa delar av kroppen eller inuti blodkärlen. Traditionellt, drabbade områden eller skador avlägsnas genom att generera värme inuti vävnaden genom laserabsorption - en process som kallas den fototermiska effekten.
Än, hydrodynamiska fenomen, såsom bildning av mikrobubblor eller höghastighetsstrålegenerering från den optiska fibern, visa ett enormt medicinskt löfte.
Processen med jetbildning sker när lasern bestrålas till vattnet, får vattnet att koka och en ångbubbla bildas vid spetsen av den optiska fibern. Ångbubblan växer tills laserenergin som absorberas i vätskan förbrukas. På grund av den omgivande kalla vätskan, kondens krymper plötsligt ångbubblan.
Med hjälp av en numerisk simulering, Dr Junosuke Okajima från Tohoku University Institute of Fluid Science, tillsammans med sina kollegor i Ryssland, bestämde sig för att klargöra jetbildningsmekanismen. Deras simulering undersökte sambandet mellan bubblans deformation och det inducerade flödesfältet.
Den numeriska simuleringen resulterar i bubbladeformation vid spetsen av optisk fiber och det inducerade flödesfältet. Upphovsman:Roman Fursenko
Observation av vattenstrålar i experiment. Upphovsman:Junnosuke Okajima, Tohoku universitet
När bubblan krymper, flödet mot spetsen av den optiska fibern bildas. Flödet deformerar bubblan till den cylindriska formen. Denna deformation inducerar kollision av flöde i radiell riktning. Denna kollision genererar jetstrålen framåt. Till följd av kollisioner och jetbildning, virveln bildas vid spetsen av den deformerade bubblan och den växer sig större.
"Vi fann att jethastigheten beror på förhållandet mellan storleken på ångbubblan strax före krympningen och fiberradien, "sa Okajima." Vi kommer att fortsätta utveckla denna studie och försöka hitta det optimala tillstånd som maximerar strålhastigheten och temperaturen, göra ytterligare laseroperationer mer effektiva och säkra. "
