Материал: Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

ний: повышение частоты ведет к усиленному нагреву поверхност­ ных слоев, понижение - наоборот, к проникновению электромаг­ нитного поля в толщу объекта на большую глубину. Изменение частоты может также поддерживать равные условия нагрева объектов, выполняемых из материалов с различающимися элект­ рофизическими параметрами;

- имеется принципиальная возможность управления процессом нагрева при целенаправленном изменении пространственного распре­ деления интенсивности электромагнитного поля. Это распределение может создаваться как с целью более равномерного нагрева всего объема материала, так и, наоборот; выборочного нагрева некоторой желаемой его части.

Важно подчеркнуть, что любые изменения пространственно­ го распределения электромагнитного поля приводят к немедленно­ му изменению пространственного распределения источников теп­ ла. Это означает принципиальную безынерционность управления процессом нагрева электромагнитными полями УВЧ- и СВЧ-диа- пазонов;

•В-третьих, использование электромагнитных полей УВЧ-

иСВЧ-диапазонов позволяет реализовать селективный нагрев объектов неоднородного состава. Действительно, пусть объект, подвергаемый воздействию электромагнитного поля, представля­ ет собой диэлектрик с малыми потерями tg5I«l, содержащий бо­

лее проводящие включения (tg5,>tg51) (рис. ИЗ).

П

Рис. ПЗ. Селективный нагрев в электромагнитном поле

266

Удельная поглощаемая мощность электромагнитного поля, как это следует из соотношения (П1), оказывается выше для участ­ ков с большей проводимостью. Поэтому после кратковременного воздействия электромагнитного поля, более проводящие включе­ ния будут нагреты до более высокой температуры Г, > 1\ по отно­ шению к массе остального диэлектрика 1\. Указанное свойство, в частности, может быть весьма полезным при осуществлении раз­ личных задач дезинсекции.

Эффекты, не эквивалентные нагреву

Действие электромагнитных полей на различные материалы не сводится только к их нагреву. Поглощение электромагнитной энер­ гии, в частности УВЧ- и СВЧ-диапазонов, в некоторых случаях вы­ зывает специфические эффекты, отличающиеся от вызываемых на­ гревом данного материала. Эти эффекты проявляются в виде измене­ ния физико-химических свойств некоторых жидкостей, эмульсий раз­ личных материалов, а также в изменении параметров некоторых хи­ мических реакций. Эффекты этого вида обнаружены впервые лишь в последнее десятилетие. В настоящее время наблюдается разверты­ вание работ по их изучению и практическому использованию.

2. Воздействие электромагнитных полей на биологические объекты

Результаты воздействия электромагнитных полей на биоло­ гические объекты, включая человека, определяются, по крайней мере, двумя обстоятельствами:

-при достаточно высокой интенсивности электромагнитно­ го поля происходит нагрев тканей биологического объекта (теп­ ловые эффекты);

-в процессах жизнедеятельности биологических объектов участвуют электромагнитные колебания, создаваемые органа­ ми объектов с информационными целями. Эти колебания дей­ ствуют в некоторых электрических цепях, образованных орга­ нами объектов. Внешние электромагнитные поля индуцируют

вних наведенные электрические токи, играющие роль помех для хода соответствующих биологических процессов (нетепловые

эффекты).

267

Одной из особенностей такого рода воздействий является то, что до начала эры электричества и радиотехники (конца XIX - начала XX века) жизнь на Земле развивалась и эволюционирова­ ла в условиях существования лишь слабых внешних электромаг­ нитных полей, соответствующих естественным электромагнитным

процессам. Деятельность человека привела не только к многократ­ ному превышению естественного фона, но и к появлению еще бо­ лее интенсивных электромагнитных полей, локализованных в от­ носительно небольших пространственных областях.

Таким образом, мысль о том, что техногенные электромагнит­

ные поля могут приводить к определенным изменениям в жизнедея­

тельности отдельных организмов и биосферы в целом, не противоре­

чит современным научным представлениям о мироздании. Вопросы

воздействия электромагнитных полей на человека и биосферу нахо­ дятся в сфере внимания специалистов, начиная с середины XX века. Изучение эффектов электромагнитных воздействий ведется в двух на­ правлениях: непосредственное опытное исследование влияния ЭМП на конкретные биологические объекты и исследование хода биохи­ мических процессов на клеточном уровне. Накопленные к настояще­ му времени данные свидетельствуют о непосредственном влиянии ЭМП, в том числе радиочастотных диапазонов, на ход жизненных процессов любых биологических объектов.

Тем не менее, уровень знаний, достигнутый к настоящему вре­ мени, не позволяет с полной уверенностью судить о результатах этих

влияний во всем диапазоне интенсивностей и спектрального соста­ ва электромагнитных полей. С другой стороны, наличие сведений

об эффектах воздействия, к сожалению, создает почву для спекуля­ ций со стороны средств массовой информации, а также поле для деятельности различного рода шарлатанов, предлагающих «сред­ ства защиты» от якобы угрожающих последствий электромагнит­ ных воздействий. Поэтому целесообразно ознакомить читателейспециалистов в области радиоэлектроники с истинным положени­ ем дел, а именно с теми фактами, которые к настоящему времени установлены с высокой степенью достоверности.

Эффекты влияния ЭМП на биологические эффекты можно, с некоторой долей условности, разделить на три группы:

- воздействия электромагнитных полей, приводящие к значи­ тельному нагреву биологических тканей и необратимым орга-

268

ническим поражениям, вплоть до гибели (назовем для краткости

эти эффекты тепловыми органическими);

-воздействия электромагнитных полей, не вызывающие

непосредственного (немедленного) нагрева тканей на значитель­ ную величину, но приводящие к изменению функционирования биологического объекта в целом либо тех или иных его органов или систем. Указанные изменения имеют, преимущественно, ха­ рактер функциональных расстройств либо органических измене­ ний, развивающихся постепенно, в течение длительного срока при наличии продолжительных электромагнитных воздействий. Назо­ вем условно эффекты этой группы тепловыми функциональными. Проявление их может быть различным: воздействия могут оказы­ вать как ингибирующие эффекты (т.е. ухудшающие определенные жизненные показатели), так и стимулирующие, приводящие к их повышению;*

-воздействие электромагнитных полей низкой интенсивности, не вызывающего сколь-нибудь заметного нагрева, но приводящее к изменениям в ходе процессов жизнедеятельности биологических

объектов. Эффекты этого вида также могут приводить как к стиму­ лированию тех или иных жизненных процессов, так и к угнетению их. Назовем эффекты этой группы нетепловыми (информационны­ ми) соответственно стимулирующего и ингибирующего характера.

Конечный результат воздействия на биологический объект конкретного вида зависит от многих факторов:

1)вида объекта, его массы и состояния, а также внешних ус­

ловий;

2)диапазона частот, а также спектрального состава и вре­ менной структуры ЭМП;

3)продолжительности воздействия;

4)интенсивности электромагнитного поля.

Вцелях краткого рассмотрения существа достоверно установ­ ленных фактов электромагнитных воздействий выделим две ситуа-

*Часто встречающееся в литературе разделение эффектов на «вредное» и «полезное» или «нейтральное» воздействия не выдерживает критики: одни и те же эффекты могут рассматриваться и как «полезные», и как «вредные», в зависи­

мости от конкретных условий.

269

ции в частотной области: диапазон СВЧ, УВЧ и более низких частот /<10...20 ГГц и диапазон КВЧ с частотами порядка/> 40 ГГц. Кроме того, выделим три группы электромагнитных воздействий по признаку интенсивности электромагнитного поля: случай высо­ коинтенсивных воздействий, характеризуемых плотностью потока мощности П > 103... 104 Вт/ м2, случай воздействий средней интен­ сивности - ориентировочно П = 10... 100 Вт/м2, случай низкоинтен­ сивных воздействий, не превышающих величины порядка П < 1... 0,1 Вт/м2. Сводка известных к настоящему времени достоверных фак­ тов приведена в табл. 1.

Рассмотрим кратко существо проявлений эффектов воздей­ ствия при различных интенсивностях электромагнитных полей.

Высокоинтенсивные электромагнитные поля Диапазон СВЧ и более низкочастотные диапазоны. Эффект воздействия, в основном, определяется фактом нагрева материалов под действи­ ем электромагнитного поля. При высокой интенсивности воздей­ ствующего поля результат вполне ожидаем: вследствие значитель­ ного нагрева происходят необратимые изменения в биологических

тканях, вплоть до термических ожогов и гибели организма. Интен­ сивность электромагнитного поля, соответствующая необратимым органическим сдвигам, зависит от диапазона частот и различна

для разных организмов. В качестве оценок порядка величины ин­

тенсивности можно привести несколько цифр: интенсивность ЭМП в бытовой СВЧ-печи составляет величину порядка 103... 104Вт/м2. Ин­

270