L'osservazione dei getti d'acqua negli esperimenti e gli schemi del meccanismo di formazione dei getti. Credito:Junnosuke Okajima, Università di Tohoku
Quando una fibra ottica è immersa in un liquido, alta temperatura, il getto ad alta velocità viene scaricato. I ricercatori si aspettano che questo venga applicato alle cure mediche in futuro. Ora, un gruppo di ricerca dalla Russia e dal Giappone ha esplorato ulteriormente questo fenomeno e ha rivelato le ragioni alla base della formazione del getto.
I laser che utilizzano una sottile fibra ottica e combinati con un endoscopio e un catetere possono essere facilmente trasportati in aree profonde del corpo o all'interno dei vasi sanguigni. Tradizionalmente, le aree o le lesioni interessate vengono rimosse generando calore all'interno del tessuto attraverso l'assorbimento laser, un processo noto come effetto fototermico.
Ancora, fenomeni idrodinamici, come la formazione di microbolle o la generazione di getti ad alta velocità dalla fibra ottica, mostra un'immensa promessa medica.
Il processo di formazione del getto avviene quando il laser viene irradiato sull'acqua, facendo bollire l'acqua e formando una bolla di vapore sulla punta della fibra ottica. La bolla di vapore cresce fino a consumare l'energia laser assorbita nel liquido. A causa del liquido freddo circostante, la condensa riduce improvvisamente la bolla di vapore.
Utilizzando una simulazione numerica, Dr. Junosuke Okajima dell'Istituto di scienze dei fluidi dell'Università di Tohoku, insieme ai suoi colleghi in Russia, si proponeva di chiarire il meccanismo di formazione del getto. La loro simulazione ha studiato la relazione tra la deformazione della bolla e il campo di flusso indotto.
I risultati della simulazione numerica della deformazione delle bolle all'estremità della fibra ottica e del campo di flusso indotto. Credito:Roman Fursenko
L'osservazione dei getti d'acqua negli esperimenti. Credito:Junnosuke Okajima, Università di Tohoku
Quando la bolla si restringe, si forma il flusso verso la punta della fibra ottica. Il flusso deforma la bolla nella forma cilindrica. Questa deformazione induce la collisione del flusso in direzione radiale. Questa collisione genera il getto in avanti. Come risultato della collisione e della formazione di getti, il vortice si forma sulla punta della bolla deformata e diventa più grande.
"Abbiamo scoperto che la velocità del getto dipende dalla relazione tra la dimensione della bolla di vapore appena prima del restringimento e il raggio della fibra, " ha detto Okajima. "Continueremo a sviluppare questo studio e cercheremo di trovare la condizione ottimale che massimizzi la velocità e la temperatura del getto, rendendo più efficaci e sicure ulteriori tecniche di chirurgia laser."
