Ultraschallwellen

Ultraschallwellen sind mechanische, longitudinale Wellen, die sich durch elastische Medien ausbreiten. Sie besitzen Frequenzen jenseits des menschlichen Hörbereichs, typischerweise über 20 kHz. In Technik, Medizin und Industrie werden Ultraschallwellen in vielen Anwendungen genutzt, je nach Frequenz und Intensität.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt stark vom Medium ab. In Luft beträgt sie etwa 343 m/s, in Wasser rund 1480 m/s und in menschlichem Gewebe ca. 1540 m/s. Die Wellenlänge ergibt sich aus λ = c/f; höhere Frequenzen liefern bessere räumliche Auflösung, gehen aber mit stärkerer Abschwächung einher.

Ultraschall wird meist durch piezoelektrische oder magnetostriktive Transduktoren erzeugt und auch wieder empfangen. Durch kurze Impulse lassen sich in der Medizin bildgebende Sequenzen gewinnen (z. B. B-Modus). Der Doppler-Effekt wird genutzt, um Flussgeschwindigkeiten in Blutgefäßen zu messen.

Relevante Wechselwirkungen mit Medien umfassen Reflexion an Grenzflächen mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen (Z = ρ c) und Absorption, Streuung sowie cavitation unter hohen Intensitäten. Die Intensität beeinflusst, ob Wärme entsteht oder kleine Blasen entstehen.

Anwendungen finden sich in der medizinischen Bildgebung (Ultraschallsonografie), Therapie (z. B. Hochintensitätsfokussierter Ultraschall HIFU), industrieller zerstörungsfreier Prüfung (NDT), Reinigungsverfahren durch Ultraschallbäder sowie in der Unterwasser- und Nahbereichsakiustik (Sonar).

Sicherheitsaspekte betreffen potenzielle Gewebeerwärmung und Kavitation. Die Nutzung erfolgt in der Praxis oft nach geltenden Grenz- und Schutzbestimmungen, um Gewebeschäden zu vermeiden (ALARA).