Радиоволны и микроволны

ИЗЛУЧЕНИЯ: МИКРОВОЛНЫ, РАДИОВОЛНЫ, ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И ДРУГИЕ

Исполнители работы: Завьялов Михаил, (11 кл.), Бутянов Михаил,(11 кл.), Таицкая средняя школа

Компьютерная графика — Завьялов Михаил

Руководители работ: Миронов Ю.Т., Вижуткина Л.П., Зимина Н.В.

Известно, что излучения могут вредить здоровью человека и что характер наблюдаемых последствий зависит от типа излучения и от дозы.

На рис. 1 представлен весь электромагнитный спектр. Как показано на этой схеме, он включает много видов излучений — от очень длинных волн. возникающих, например, при работе электрогенераторов, до очень коротких, таких, как рентгеновские и космические лучи. Световые волны, воспринимаемые глазом, тоже входят в электромагнитный спектр, но это только малая часть всего диапазона.

Рис. 1. Спектр электромагнитных волн

Влияние излучений на здоровье зависит от длины волны. Последствия, которые чаще всего имеют в виду, говоря об эффектах облучения (радиационное поражение и различные формы рака), вызываются только более короткими волнами. Эти типы излучений известны как ионизирующая радиация. В отличие от этого более длинные волны — от ближнего ультрафиолета (УФ) до радиоволн и далее — называют неионизирующим излучением, его влияние на здоровье совершенно иное.

Микроволны находятся в этой «неионизирующей» области, тогда как рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи — это ионизирующие излучения. Рассмотрим влияние этих двух категорий излучения на организм, имея в виду, что последствием воздействия ультрафиолетовых лучей главным образом является рак кожи.

  • Биологическое действие неионизирующего излучения

Неионизирующее излучение может усиливать тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к повышению температуры ткани и может вызывать вредные последствия, такие, как ожоги и катаракты, а также аномалии развития утробного плода. Не исключена также возможность разрушения сложных биологических структур, например, клеточных мембран. Для нормального функционирования таких структур необходимо упорядоченное расположение молекул. Таким образом, возможны последствия более глубокие, чем простое повышение температуры, хотя экспериментальных свидетельств этого пока недостаточно.

Большая часть опытных данных по неионизирующим излучениям относится к радиочастотному диапазону. Эти данные показывают, что дозы выше 100 милливатт (мВт) на 1 см 2 вызывают прямое тепловое повреждение, а также развитие катаракты в глазу. При дозах от 10 до 100 мВт/см 2 наблюдались изменения, обусловленные термическим стрессом, включая врожденные аномалии у потомков. При 1-10 мВт/см 2 отмечались изменения в иммунной системе и гематоэнцефалическом барьере. В диапазоне от 100 мкВт/см 2 до 1 мВт/см 2 не было достоверно установлено почти никаких последствий.

По-видимому, при воздействии неионизирующего излучения существенное значение имеют лишь ближайшие последствия, такие, как перегрев тканей (хотя имеются новые, пока неполные, данные о том, что рабочие, подвергающиеся действию микроволн, и люди, живущие очень близко к высоковольтным линиям электропередачи, могут быть больше подвержены заболеванию раком).

  • Микроволны и радиочастотное излучение

Отсутствию видимых последствий при низких уровнях микроволнового облучения нужно противопоставить тот факт, что рост использования микроволн составляет, по меньшей мере, 15% в год. Помимо применения в микроволновых печах они используются в радарах и, как средство передачи сигналов, в телевидении и в телефонной и телеграфной связи. В бывшем Советском Союзе для населения был принят предел в 1 мкВт/см 2 .

Промышленные рабочие, участвующие в процессах нагрева, сушки и изготовления слоистого пластика, могут подвергаться некоторому риску, так же, как и специалисты, работающие в радиовещательных, радарных и релейных башнях, или некоторые военнослужащие. Рабочие подавали иски на компенсацию с обвинением в том, что микроволны способствовали нетрудоспособности, и, по меньшей мере, в одном случае было принято решение в пользу рабочего.

С увеличением числа источников микроволнового излучения возрастает тревога в отношении его воздействия на население.

Радиация: рентгеновское излучение, гамма-излучение и частицы

  • Виды ионизирующих излучений

Взглянув снова на спектр электромагнитных волн (рис. 1), мы увидим, что его коротковолновый конец состоит из рентгеновских, гамма- и космических излучений. Эти излучения обладают достаточной энергией. чтобы освободить электрон из атома, частью которого он был. В результате образуются ионы (почему эти виды излучений и называют ионизирующими). Воздействием этих ионов и обусловлены дальнейшие изменения в облученных клетках. Некоторые типы частиц, подобные испускаемым радиоактивными материалами, тоже вызывают образование ионов.

Распад ядер нестабильных элементов порождает ионизирующие частицы и ионизирующее излучение. Нестабильные элементы, которые мы называем радиоактивными, испускают альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Гамма-лучи обладают наибольшей проникающей способностью из всех продуктов радиоактивного распада. Они могут проходить сквозь несколько сантиметров свинца без существенного ослабления своей энергии.

Подобно гамма-лучам, рентгеновские лучи тоже в высокой степени проникающие. Требуется несколько сантиметров свинца, чтобы их задержать. Космические лучи, состоящие из частиц и электромагнитного излучения, непрерывно бомбардируют нас из мирового пространства. Хотя часть космических лучей может быть задержана несколькими слоями свинца, другая их часть проникает даже в глубочайшие шахты. Интенсивность космических лучей возрастает на больших высотах настолько, что космонавтов, возможно, следует приравнять к людям, работающим с ионизирующей радиацией. Интенсивность космических лучей возрастает также с приближением к полярным широтам.

  • Биологическое действие ионизирующего излучения
Читайте также:  Диета при желчнокаменной болезни и камнях

Последствия облучения для здоровья людей, живущих в настоящее время, можно разделить на две категории. Острые симптомы, возникающие после интенсивной кратковременной экспозиции, проявляются на протяжении нескольких дней или недель. Такие случаи очень мало вероятны, за исключением атомной войны или аварийных ситуаций. Последствия длительного облучения в малых дозах вряд ли могут проявиться скоро, т. к. для этого нужны годы. Такого рода поздние симптомы нельзя отличить от обычных болезней старения, особенно это относится к раку. Мы знаем, что ионизирующее излучение может вызвать рак молочных желез и щитовидной железы, лейкоз, рак легких, желудочно-кишечного тракта и костей. Эти болезни наблюдались у людей, получивших дозы в 100 бэр и больше при несчастных случаях или такой катастрофе. как взрывы атомных бомб в Нагасаки и Хиросиме.

Хотя радиация может вызвать рак, заболевший обычно не может указать на облучение, как на его причину. Население и рабочие, как правило, рискуют получить лишь очень малую дозу —от 0,1 до 5 бэр. Те формы рака, которые вызываются облучением, могут быть индуцированы иными агентами. Поэтому для того, чтобы с помощью обычных статистических методов установить, вызваны ли определенные формы рака этими низкими уровнями облучения, потребовалось бы обследовать очень большое число людей —порядка сотен тысяч. Обычно невозможно найти столько подвергшихся облучению лиц или столько случаев определенной формы рака, чтобы эпидемиологическое исследование позволило установить связь заболеваний с полученными малыми дозами радиации. Некоторые исследователи обрабатывали имеющуюся информацию более сложными статистическими методами, но большинство других ученых не признают результаты убедительными.

Для оценки возможного действия малых доз используются также данные о последствиях облучения в дозах больше 100 бэр. Среди специалистов идет спор: как экстраполировать данные о действии больших доз, чтобы предсказать действие меньших доз, и имеется ли порог, ниже которого уже нет никакой опасности? Это аналогично спорам о действии низких доз химических канцерогенов. Большинство ученых согласно в том, что нет никаких доказательств существования порогового уровня, особенно для некоторых типов излучений, например, для альфа-частиц.

Можно полагать, что, помимо рака,. излучение вызывает также генетические повреждения, т. е. мутации, которые могут быть переданы будущим поколениям. Результаты экспериментов на животных и культурах клеток привели ученых к убеждению, что это весьма вероятно.

Радиационную опасность могут создавать излучения двух категорий —ионизирующие и неионизирующие. Первые обладают достаточной энергией, чтобы освобождать электроны из атомов. К этой категории относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи. Неионизирующие излучения — микроволны, радиоволны и волны от линий электропередачи — не способны освобождать электроны. Однако эти волны все же могут вызывать тепловое повреждение тканей, а также разрушать клеточные структуры или вызывать рак.

Ионизирующее излучение может вызывать острые последствия, такие, как лучевая болезнь и смерть, или хронические последствия, например, разные формы рака и генетические повреждения. Те же формы рака могут вызываться и другими опасными агентами, так что конкретные жертвы обычно не в состоянии доказать, что рак у них вызван облучением.

Микрово́лновое излучение, сверхвысокочасто́тное излуче́ние (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазоны радиоволн, частоты микроволнового излучения изменяются от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от 1 м до 1 мм). Данное определение относит к микроволнам как УВЧ диапазон (дециметровые волны), так и КВЧ диапазон (миллиметровые волны), тогда как в радиолокации микроволновым диапазоном принято обозначать волны с частотами от 1 до 100 ГГц (с длинами волн от 300 до 3 мм). В обоих определениях микроволновое излучение включает в себя СВЧ диапазон.

Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (в бытовых микроволновых печах — для разогрева продуктов, в промышленных — для термообработки металлов, в хирургии — при радиочастотной абляции вен [1] ; основным элементом здесь служит магнетрон), а также для радиолокации.

Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, Wi-Fi и WiMAX.

Поддиапазоны [ править | править код ]

Поддиапазоны СВЧ в различных системах обозначений различаются; используемые в спутниковой связи приведены в таблице.

Читайте также:  Гепамерц или эссенциале что лучше

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth, системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине. По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.


Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.


Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот.

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.


Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа. Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ. Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие "корпоративные войны" между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью. К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу. Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь. Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 2050 мВт/см 2 при действии излучения в течение нескольких секунд. Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

Читайте также:  Салат из индейки с черносливом

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую "лучевую пушку". Так в Соединённых штатах разработана установка, которая "стреляет" узконаправленным СВЧ-лучём.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской. Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность "стрельбы" составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел. Вся установка базируется на армейском хаммере.

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды. Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено. Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз. Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку "отпугивателя демонстрантов" будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия. Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см 2 . Норма составляет 10 мкВт/см 2 .

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге "Мозг в электромагнитных полях" (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит "швырнуть камень в огород" мобильного интернета при использовании смартфона или планшета. Если вы "сидите в интернете", то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен. Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять "проблемы" по "мере сил и возможностей". Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр. Это как пить яд малыми дозами.

reekz
Оцените автора
Добавить комментарий

Adblock detector