Файл: Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека.pdf

2. БИОФИЗИКА СВЧ ВОЗДЕЙСТВИЙ. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ВРЕДНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ

Совершенствование методов нормирования воздейст­ вий радиоизлучений и защиты от них позволили до ми­ нимума сократить вредные их последствия, снизить вы­ раженность СВЧ патологии*. Но в некоторых случаях внезапные воздействия мощными полями (в аварийных ситуациях и т. п.) и хронические длительные воздейст­ вия полями малых уровней, которые иногда встречаются

впрактике производства и эксплуатации радиоаппара­ туры, могут представить определенную опасность. По­ этому изучение биологического действия радиоволн яв­ ляется важной отраслью радиогигиены, и гигиены СВЧ

вчастности.

Несмотря на то, что синдром **, возникающий в ре­ зультате воздействия СВЧ, иногда предлагается назы­ вать обобщающим (но, видимо, излишне четким) поня­ тием «СВЧ болезнь», клинические проявления его — «синдром СВЧ», «болезнь СВЧ» — нельзя считать специ­ фическими, присущими только этому фактору. Специфи­ ческий характер действия радиоволн поэтому проявляет­ ся не столько в разнообразии клинических форм, лече­ нии и профилактике этого действия, сколько в сложно­ сти взаимоотношений физических характеристик поля СВЧ с биологическими и физиологическими характери­ стиками организма,

Отсутствие четкого детерминизма в подобных взаимо­ отношениях определяет наблюдающиеся обычно много­ образие и расплывчатость клинической картины и неод­ нозначность экспериментальных данных, в особенности если они получены при воздействиях очень малых уров­ ней СВЧ.

* СВЧ патология — частный вид профпатологии. Профессиональ­ ная патология — нарушение жизненных функций и органические по­ вреждения — является следствием воздействия на человека профес­ сиональных вредностей, к которым относят токсические вещества, производственные пыли, ионизирующие излучения, токи ультравысоких частот, СВЧ, вибрации, интенсивный производственный шум, ме­ теорологические условия, изменения атмосферного давления, физиче­ ские перенапряжения, частые однотипные движения, инфекционные и паразитные заболевания, вызываемые неблагоприятными усло­ виями труда.

** Характерный комплекс симптомов,

39

Описанию биофизики этих взаимоотношений, по воз­ можности в обобщенном виде, и посвящена гл. 2. Сюда же включены и некоторые вопросы .методологии исследо­ вания биологического действия радиоволн. Она написана с целью общего ознакомления с вопросом, на наш взгляд, достаточно хорошо рассмотренным в специаль­ ной литературе *, на основании которой и написана глава.

2.1.БИОФИЗИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОЛЯ СВЧ НА ОРГАНИЗМ

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервнопсихической и физиологической деятельности, однако, как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях — от молекулярных до системного, — в зна­ чительной степени снижает вредность действия «случай­ ных» для организма потоков информации. Поэтому, ви­ димо, если и наблюдается определенная реакция на эти поля и очень часто при уроівнях, значительно ниже тех, которые необходимы для возникновения энергетического взаимодействия**, то здесь можно говорить скорее о раз­ дражающем, чем о поражающем эффекте, т. е. скорее,

о физиологическом в общем смысле, чем о патологиче­ ском аспекте воздействия электромагнитной энергии.

Итак, несмотря-на то, что нетепловые, или специфи­ ческие, эффекты воздействия радиоволн открыты относи­ тельно давно, определяющим для нормирования опас­ ности (работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах пока принята степень их теплового действия.

2.1.1.Биофизика теплового действия радиоволн СВЧ.

Для выяснения биофизики теплового действия радио­

* Наиболее полно библиография использованных в данной главе

и даже при 0,3 мкВт/см2 — изменения эпителиальных и промежуточ­ ных клеток животных (и это вместо предполагаемых на основе теп­ ловой теории: 200 В/м, 10 мВт/ом2 для ВЧ и СВЧ соответственно!). Для клетки чувствительности оценивается величиной энергии 10~ )9 Дж/клетку.

40

волн СВЧ на живые организмы рассмотрим кратко фак­ торы, определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП. Вот главные из «их

1. Существование потерь на токи проводимости и смещения в тканях организма приводит к образованию тепла при облучении. Количество тепла, выделяемое в единицу времени веществом со средним удельным со­ противлением рС (Ом-см) при воздействии на него раз­ дельно электрической и магнитной составляющих на ча­ стоте / (Гц), определяется следующими зависимостями:

Qh = 8,4- 10~16 • рСр/2Я2 [Дж/мин].

Доля потерь в общей величине поглощенной телом энер­ гии возрастает с частотой; в частности, потери на релак­ сацию молекул воды в тканях возрастает с 50% на ча­ стоте 1 ГГц до 98% на частоте 30 ГГц.

2. Наличие отражения на границе «воздух — ткань» приводит к уменьшению теплового эффекта на всех ча­ стотах приблизительно одинаково; с увеличением часто­ ты от 100 МГц до 24,5 ГГц наблюдается уменьшение ко­ эффициента отражения k0 на 20. ..30% (та'бл. 2.1.1).

Т а б л и ц а 2.1.1

С учетом k20 плотность мощности, поглощаемая те­

3. Глубина проникновения энергии СВЧ ів глубь тка­ ней (для затухания в е раз) зависит от резистивных и диэлектрических свойств ткани и от частоты (табл. 2.1.2).

Жировой слой играет роль «трансформатора импедансов» между воздушной средой и мышцами, уменьшая

41

Т а б л и ц а 2.1.2

Глубина проникновения энергии СВЧ в различные ткани

отражение и увеличивая поглощенную мощность в мы­ шечной ткани [23, 167].

4. Соизмеримость размеров тела с длиной волны при­ водит к появлению существенной частотной зависимости

с увеличением объекта поглощаемая им энергия возрас­ тает пропорционально 4-й степени его радиуса. Это

42

заставляет сделать вывод о чрезвычайно высокой зави­ симости эффекта облучения тела человека от поляриза­ ции и ракурса освещения его радиополем СВЧ в реаль­ ных условиях; впрочем причина влияния поляризации может «рыться просто в изменениях доли поглощаемой энергии.

5. Существование между различными слоями тела слоев с малой диэлектрической проницаемостью приво­ дит к возникновению резонансов—стоячих волн большой амплитуды. Образование таких областей облегчается значительным (в 3. ..10 раз, см. табл. 2.1.3) уменьшени-

ем длины волны в тканях по сравнению с длиной волны в свободном пространстве (частота, однако, остается не­ изменной!). При этом уже на расстоянии R ^ X TK/(l ...

... 2) я устанавливается волна с параметрами Етк и Нтк> определяемыми свойствами ткани вне зависимости от характера падающей волны. Уменьшение длины вол­ ны уменьшает и минимальные объемы, необходимые для установления стоячих волн, которые приводят, в частности, к так называемым микронагревам. При экс­ периментальных облучениях животных замечался как отрицательный, так и положительный градиент измене­ ния температуры от поверхности внутрь тела.

6. Перераспределение тепловой энергии между сосед­ ними тканями через кровь наряду с конвекционной отда­ чей энергии теплоиепусканием в окружающее простран­ ство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшенной системы отвода

43

V