Bolyai János Kutatási Ösztöndíjat kapott Hegedűs Ferenc, a Gépészmérnöki Kar adjunktusa, aki ultrahang keltette lökéshullámok kialakulásának dinamikáját vizsgálja kutatásaiban.

„Egy nemzetközileg még kevesek által vizsgált, ám ígéretes alapkutatásba kapcsolódtam be” – fejtette ki Hegedűs Ferenc, a Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék adjunktusa, akinek tudományos munkáját idén Bolyai János Kutatási Ösztöndíjjal jutalmazta a Magyar Tudományos Akadémia (dolgozatának címe: „Ultrahang keltette lökéshullámok kialakulásának dinamikai vizsgálata” – a szerk.).

A műegyetemi gépészmérnök a különböző folyadékokban akusztikusan gerjesztett buborékok viselkedését vizsgálja. „Minden folyadék tartalmaz valamennyi gáznemű anyagot, amely nagy frekvenciás, nagy amplitúdójú és intenzitású ultrahanggal gerjesztve buborékok formájában válik ki az anyagból. Ezek a sokszor mikrométer nagyságú buborékok ’hízhatnak’ vagy akár felhővé is alakulnak, ám mindegyikre jellemző, hogy kis méretük miatt a felületi feszültség e buborékokat szinte tökéletes gömb formájúvá alakítja” – mutatta be kísérleteinek kiindulási pontját a díjazott mérnök. „Az ultrahangos sugárzás hatására egyre jobban pulzáló buborékok belsejében – szélsőséges körülmények között – a legkisebb átmérőn akár több ezer Kelvin-fok hőmérséklet és több tízezer bar nyomás keletkezhet, így a buborék akár egy lökéshullám kibocsátására is képes lehet a folyadéktérben” – írta le a jelenséget Hegedűs Ferenc, aki a kísérleteiben egyetlen buborék viselkedését elemzi, azt vizsgálva, hogy e jellemzők milyen paraméterek mellett érvényesek az adott folyadékban.

Mérési elrendezés lézer keltette buborékok radiális oszcillációjának kísérleti vizsgálatához.

A BME gépészmérnöke úgy vélte, hogy kutatásainak számos gyakorlati alkalmazási lehetősége létezik. Ezek egyike a „szonokémia”, a kémia egyik áttörő technológiája. A folyadék ultrahangos besugárzásával a szélsőséges körülmények (nagy nyomás és magas hőmérséklet) alatt kémiai reakciók is lezajlanak. E közben egy több komponensű folyadék, rendszer átalakítható: például kétfajta polimer e folyamatban a szabadgyökeik révén összekapcsolódhat, és egy új, stabilabb és kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező hibrid műanyag jöhet létre. E szonokémiai eljárásokkal akár 200-400%-os hatásfokkal is növelhető a kémiai reakciók hatékonysága, és az egységnyi idő alatt létrejött új anyag mennyisége a hagyományos módszerekhez képest.

„Az ultrahanggal gerjesztett buborékok dinamikai vizsgálata egy ígéretes és úttörő alapkutatás, amely közelmúltban kapott lendületet, ám a kutatóknak számos nyitott kérdést kell még megválaszolniuk” – osztotta meg Ferenc, hozzátéve, hogy a szonokémia nagyobb volumenű, ipari alkalmazása egyelőre még várat magára.

Az elképzelések szerint ezzel az eljárással megvalósítható lesz a vegyszermentes szennyvízkezelés: az ultrahanggal stimulált folyadékban keletkező szabadgyökök megölik a baktériumokat. A módszert várhatóan alkalmazzák majd más iparágakban is: a buborékok keltette lökéshullámmal például stabil emulziók, oldhatatlan folyadékok keveréke hozható létre. E mellett a folyamat felkeltette a rákkutatással foglalkozó tudósok figyelmét is: jelenleg egy olyan eljáráson dolgoznak, amelyben célzott ultrahangos sugárzás segítségével létrejövő buborékok magas nyomása és hőmérséklete szétroncsolja a rákos sejteket. Egy másik elképzelés szerint a kemoterápiában alkalmazott toxinokat külső burokkal vonják be, és így továbbítják a kóros sejtekhez, majd ultrahangos stimulálással a daganat környékén lebontják a külső védőréteget, így juttatva célba a szervezetben a kemoterápia kémiai anyagait, a kellemetlen élettani mellékhatások csökkentésével. Hegedűs Ferenc szerint több feltételezés létezik a módszer gyakorlati hasznosítására, és a szakemberek az elkövetkezendő néhány év kutatásaitól várják az áttörést.

Kamerafelvétel egy lézer keltette buborékról az összeroppanás stádiumában (fekete folt). A halvány nagyobb kör a buborék által kibocsátott lökéshullám.

A BME oktatója a doktori disszertációjában bemutatott témát folytatja Bolyai-ösztöndíjasként. 5-6 éves tapasztalattal a háta mögött jól ismeri a szakirodalmat és a buborékok vizsgálatával foglalkozó nemzetközi kutatócsoportokat. A támogatási időszakban többek között az a célja, hogy rendszerezze és a modern numerikus módszerek segítségével kiterjessze a buborékok paramétervizsgálatairól szóló ismereteket, és új strukturált vagy akár analitikus leírásokat készítsen az egyes buborék viselkedési módjairól a vizsgált paramétertérben. Szeretné bővíteni jelenleg háromfős műegyetemi kutatócsoportját, és aktív kapcsolatot ápolni, akár laboridőt kérni a témával foglalkozó nemzetközi intézetektől.

A díjazott a Műegyetemen képzeli el a jövőjét, és már posztgraduális hallgatóként eldöntötte, hogy akadémiai karriert épít. Fontosnak tartja az egyetemen kialakult szellemi műhelyt, a kutatótársakat, és azt, hogy itt azzal a témával foglalkozhat, ami igazán érdekli. „Az ipar is számos szakmai lehetőséggel kecsegtet, ám a Műegyetem változatos, inspiráló, és itt szellemileg is kiteljesedhetek. A Bolyai-ösztöndíj e hitemben erősít meg” – zárta gondolatait Hegedűs Ferenc.

- TZS -