Высокочастотные электромагнитные волны. Влияние высокочастотных электромагнитных волн на здоровье работников: факты и меры защиты

26.10.198214.11.2021 alexxlabРазное

Какие факторы влияют на степень воздействия электромагнитных волн на организм человека. Какие изменения в организме могут вызывать электромагнитные излучения. Какие меры защиты существуют от негативного влияния ЭМИ на рабочих местах. Как правильно организовать рабочее пространство для минимизации вредного воздействия ЭМИ.

Содержание

Источники высокочастотных электромагнитных излучений в производственной среде

Высокочастотные электромагнитные волны широко используются в современном производстве и могут оказывать негативное влияние на здоровье работников. Основными источниками таких излучений на рабочих местах являются:

Промышленные высокочастотные генераторы
Оборудование для радиолокации и радиосвязи
Установки для индукционного нагрева металлов
Сварочное оборудование
Компьютерная и офисная техника
Мобильные телефоны и базовые станции сотовой связи

Степень воздействия электромагнитных волн на организм человека зависит от таких факторов, как частота и мощность излучения, продолжительность облучения, расстояние до источника, наличие защитных экранов.

Влияние высокочастотных ЭМИ на организм человека

Длительное воздействие высокочастотных электромагнитных полей может вызывать различные нарушения в работе органов и систем человеческого организма:

Угнетение центральной нервной системы (ухудшение памяти, снижение концентрации внимания, повышенная утомляемость)
Нарушения сердечного ритма, изменения артериального давления
Изменения в составе крови (снижение количества лейкоцитов и других форменных элементов)
Нарушения в работе эндокринной системы
Ухудшение иммунитета
Развитие катаракты при облучении глаз

При этом изменения в организме могут накапливаться постепенно и проявляться не сразу. Поэтому важно проводить регулярные медицинские осмотры работников, подвергающихся воздействию ЭМИ.

Нормирование электромагнитных излучений на рабочих местах

Для защиты здоровья работников установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей на рабочих местах. Нормирование осуществляется по следующим параметрам:

Напряженность электрического поля (В/м)
Напряженность магнитного поля (А/м)
Плотность потока энергии (мкВт/см2)
Энергетическая экспозиция за рабочий день

ПДУ зависят от частотного диапазона излучения и времени воздействия. Например, для диапазона частот 30 кГц — 3 МГц предельно допустимая напряженность электрического поля составляет 500 В/м при 8-часовом рабочем дне.

Методы и средства защиты от электромагнитных излучений

Для снижения негативного влияния ЭМИ на здоровье работников применяются следующие меры защиты:

Уменьшение мощности источников излучения
Экранирование источников ЭМИ и рабочих мест
Рациональное размещение оборудования

Использование средств индивидуальной защиты (специальная одежда, очки)
Организационные меры (ограничение времени пребывания в зоне действия ЭМИ)

Наиболее эффективным методом является экранирование. В качестве экранов используются металлические листы или сетки, а также специальные радиопоглощающие материалы.

Организация безопасного рабочего места с компьютером

При работе с компьютерной техникой следует соблюдать ряд правил для минимизации воздействия ЭМИ:

Располагать монитор на расстоянии не менее 50 см от глаз
Использовать защитные экраны для мониторов
Делать регулярные перерывы в работе
Проветривать помещение
Не размещать системный блок в непосредственной близости от человека

Важно также правильно организовать рабочее пространство, исключив нахождение большого количества электронных устройств в непосредственной близости от работника.

Профилактические мероприятия для работников

Для сохранения здоровья работников, контактирующих с источниками ЭМИ, рекомендуется проводить следующие профилактические мероприятия:

Регулярные медицинские осмотры
Витаминотерапия для повышения защитных сил организма
Соблюдение режима труда и отдыха
Занятия спортом и закаливание
Отказ от вредных привычек

Особое внимание следует уделять работникам из групп риска — беременным женщинам, лицам с хроническими заболеваниями нервной и сердечно-сосудистой систем.

Перспективные направления защиты от ЭМИ

Развитие технологий позволяет создавать новые эффективные средства защиты от электромагнитных излучений. К перспективным направлениям относятся:

Разработка «умных» материалов, меняющих свои защитные свойства в зависимости от интенсивности излучения
Создание индивидуальных дозиметров ЭМИ
Применение нанотехнологий для повышения эффективности экранирования
Разработка биологически активных добавок для повышения устойчивости организма к ЭМИ

Внедрение инновационных методов защиты позволит значительно снизить риски для здоровья работников, связанные с воздействием высокочастотных электромагнитных полей.

Влияние электромагнитных излучений на здоровье человека. 01 февраля 2021 г.

Увеличение количества и рост мощности различных искусственных источников (радиосвязь, радиолокация, расширение сетей высоковольтных линий электропередач, микроволновые печи, компьютеры, ноутбуки, телевизоры, транспорт) приводят к значительному росту уровня электромагнитных излучений в городах и населенных пунктах, которые создают дополнительное искусственное электромагнитное поле, которое неблагоприятно влияет на здоровье человека.

Электромагнитное излучение возникает вследствие излучения энергии от любых источников электрических токов (промышленные генераторы высокой частоты, генераторы телевизионных и радиолокационных станций, рентгеновские установки и другие источники).

Электромагнитные волны приводят к неблагоприятным изменениям в организме, сопровождающиеся:

угнетением центральной нервной системы (замедление реакции, ухудшение памяти, депрессии разной тяжести, повышенная возбудимость, раздражительность, нарушения сна, бессонница, резкие перепады настроения, головокружения, слабость)
в сердечно-сосудистой системе (снижение ЧСС, изменения на ЭКГ, артериального давления),
нарушение морфологического состава крови (уменьшение количества лейкоцитов, ретикулоцитов, ацидофильных гранулоцитов), что сопровождается нарушениями функционального состояния эндокринной системы, обменных процессов, дистрофическими процессами в тканях мозга, печени, селезенки, яичках.

Чтобы избежать губительного влияния ЭМИ, достаточно продуманно относиться к тому, какими электроприборами окружать себя и как их располагать дома:

не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга;
не располагать электроприборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна;
детская комната подлежит тщательному мониторингу на предмет источников ЭМИ, не допускайте, чтобы в ней постоянно находились радиоуправляемые или электрические игрушки, планшет, смартфон, ноутбук;
включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время;
база радиотелефона создает вокруг себя стабильное магнитное поле в радиусе 10 метров, уберите ее из спальни и рабочего стола.

Лидерами по интенсивности ЭМП являются СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея»- No Frost, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры — это просто надо учитывать, при использовании приборов в быту.

Также информируем, что для проведения замеров электромагнитного излучения в вашем жилье Вы можете обратиться в Южный Екатеринбургский Филиал «Центр гигиены и эпидемиологии в Свердловской области», г. Екатеринбург, ул. 8 Марта,177а, каб.402, 412 (тел.210-94-51, 210-92-04), г. Полевской, ул.Вершинина,19, каб.10 (8 (34350) 4-21-68), г. Сысерть, ул.Коммуны,69 (тел. 8 (34374) 6-51-51).

Урок 11. применение электромагнитного излучения — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 11. Применение электромагнитного излучения

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

Радиосвязь, радиолокация;
давать определение понятий: радиосвязь, радиолокация, амплитудная модуляция, детектирование;
Принципы радиосвязи и телевидения.

Глоссарий по теме

Радиотелефонная связь – передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн.

Модуляция – изменение высокочастотных колебаний с помощью электрических колебаний низкой частоты.

Амплитудная модуляция – изменение по амплитуде высокочастотных колебаний с помощью электрических колебаний низкой частоты.

Детектирование – процесс преобразования модулированных колебаний высокой частоты в низкочастотные колебания.

Радиолокация — обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014.С.149 — 166

Основное содержание урока

Для осуществления радиотелефонной связи необходимы высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, т.е. модулируют, с помощью электрических колебаний низкой частоты.

В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием.

Свойства электромагнитных волн: поглощение, отражение, преломление, поляризация.

Распространение радиоволн зависит от их длины волны.

Радиолокация — обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.

Радиоволны используются для передачи не только звука, но и изображения (телевидение).

На передающей станции производится преобразование изображения в последовательность электрических сигналов, которые модулируют колебания, вырабатываемые генератором высокой частоты. Модулированная электромагнитная волна переносит информацию на большие расстояния. В приемнике высокочастотные модулированные колебания детектируются, а полученный сигнал преобразуется в видимое изображение.

Разбор тренировочного задания

Электромагнитные волны излучаются при ———- движении заряженных частиц. Электромагнитные волны являются…

Решение: вспоминая определение электромагнитных волн, вписываем «ускоренном» и «поперечными».

Ответ: Электромагнитные волны излучаются при

ускоренном движении заряженных частиц. Электромагнитные волны являются поперечными.

L, Гн

С, Ф

Т, с

2×10^-6

800×10^-12

Дано:

Ϲ800·10^-12Ф;

L- 2·10^-6Гн;

Т-?

Решение:

Формула Томсона для периода колебаний:

Ответ: 251·10^-9 с.

Методы лечения

Представляет собой систему горизонтальных циркуляционных (расположенных по кругу) трубок небольшого диаметра, на внутренней поверхности которых имеются множественные отверстия, через которые вода под давлением направляется на тело.

Тонкие струи осуществляют колющее действие, раздражая периферические рецепторы. Вследствие этого, циркулярный душ оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие, повышает эмоциональную и физическую активность, способствует выведению шлаков и токсинов, увеличивает приток крови ко всем внутренним органам,стимулирует действие на головной и спинной мозг, укрепляет сердечно-сосудистую систему, повышает общий тонус, усиливает иммунитет, способствует закаливанию организма.

Ультрафиолетовое излучение – не видимое глазом электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 400 до 10 нм. УФ-облучение – применение с лечебно- профилактическими и реабилитационными целями УФ-лучей различной длины волны. УФ-лучи в зависимости от длины волны обладают различными и весьма многообразными эффектами, всвязи с чем они имеют достаточно широкие показания к применению.

Применение с лечебно-профилактической целью механических колебаний ультравысокой частоты (800-3000 кГц), называемых ультразвуком.

В основе ультразвуковой терапии лежит специфический характер взаимодействия ультразвука с биологическими тканями.

Основные клинические эффекты: противовоспалительный, обезболивающий, спазмолитический, метаболический, дефиброзирующий.

Метод лечения непрерывным и импульсным электрическим полем ультравысокой частоты. Ультравысокочастотное электрическое поле обладает высокой проникающей способностью. В тканях организма оно вызывает колебательные движения ионов, смещение электронных оболочек и атомных групп в пределах молекул, а также направленную ориентацию крупных дипольных молекул. Поглощенная тканями энергия УВЧ электрического поля преобразуется главным образом в теплоту, обеспечивая их избирательное прогревание. Наибольшее количество тепла при УВЧ-терапии образуется в подкожной клетчатке и костях, меньше — в мышцах, коже, нервной ткани, крови и лимфе.

В основе действия подводного душа-массажа лежит термическое и механическое раздражение. Пребывание больного в теплой ванне вызывает расслабление мышц и уменьшение болей, что позволяет энергичнее проводить механическое и температурное воздействие и влиять на более глубокие ткани. Массаж водяной струей вызывает выраженное покраснение кожи, обусловливаемое значительным перераспределением крови, улучшает крово- и лимфообращение, стимулирует обмен веществ и трофические процессы в тканях, способствует быстрейшему рассасыванию в них воспалительных очагов, нормализует реципрокные отношения мышц антагонистов.

Метод физиотерапии, в основе которого лежит действие на организм человека низкочастотного переменного или постоянного магнитного поля.

Лечебный эффект метода проявляется в выраженном противовоспалительном, противоотечном и трофическом действии, в седативном и обезболивающем влиянии, в усилении регенеративных процессов поврежденных тканей. Магнитное поле обладает хорошей переносимостью, постепенным развитием терапевтического эффекта.

Лечебное применение оптического излучения, источником которого является лазер. Это класс приборов, в конструкции которых использованы принципы усиления оптического излучения при помощи индуцированного испускания квантов. Использование этих принципов позволило получить лазерное излучение, которое имеет фиксированную длину волны (монохроматичность), одинаковую фазу излучения фотонов (когерентность), малую расходимость пучка (высокую направленность) и фиксированную ориентацию векторов электромагнитного поля в пространстве (поляризацию).

Лечение и профилактика заболеваний путем вдыхания искусственно распыляемых лекарственных веществ или воздуха, насыщенного солями, эфирными маслами .

Основной целью ингаляционной терапии является достижение максимального местного терапевтического эффекта в дыхательных путях при незначительных проявлениях системного действия.

Душ Шарко представляет собой плотную струю воды, которую во время процедуры направляют на пациента. Расстояние от душевой кафедры составляет, как правило, 3-3,5 м. Давление воды при этом достаточно высокое – от 2.5 до 5 атмосфер.

Душ Шарко укрепляет сердечно-сосудистую систему, способствует закаливанию организма, поднятию его тонуса оказывает стимулирующее действие на спинной и головной мозг. Он значительно ускоряет обменные процессы в организме и улучшает общее физическое и психическое состояние, повышает тонус кожи, дарит легкость и бодрость.

Метод высокочастотной электротерапии, основанный на применении в лечебно-профилактических и реабилитационных целях сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний дециметрового диапазона, или дециметровых волн. Дециметровые волны имеют длину от 1 м до 10 см, что соответствует частоте колебаний от 300 до 3000 МГц.

Лечебные эффекты дециметровых волн: противовоспалительный, секреторный, сосудорасширяющий, иммуносупрессивный, метаболический.

Лечебное воздействие импульсным переменным синусоидальным током высокой частоты (110 кГц ),высокого напряжения (20 кВ ) и малой силы ( 0.02 мА ).

Импульсы тока воздействуют на кожу через вакуумный стеклянный электрод округлой формы. Наиболее характерным для дарсонвализации эффектом является активизация микро циркуляции, расширение артерий и капилляров кожи и подкожной клетчатки, устранение сосудистого спазма.

Применение с лечебно-профилактическими целями постоянного непрерывного электрического тока невысокого напряжения (30-80 В) и небольшой силы (до 50 м А)

Лекарственный электрофорез — метод сочетанного воздействия на организм постоянного тока и вводимых с его помощью лекарственных веществ.

Это специально оборудованное помещение в котором создаются условия соляной пещеры (спелеошахты), т.е. лечебная среда, насыщенная сухим аэрозолем хлорида натрия с преобладанием (до 90%) мелких частиц (0,5-5 мкм), которые, проникая в самые глубокие отделы дыхательных путей, оказывают действие на восстановление функции бронхов и внешнего дыхания.

Под действием высокочастотного магнитного поля в тканях и средах организма со значительной электропроводностью (мышечная ткань, кровь, лимфа, ткани паренхиматозных органов ) возникает вихревое электрическое поле. Вихревые токи вызывают тепловой и осцилляторный эффект.

Восходящий душ представляет собой рас¬пыленную струю воды, но направленную снизу вверх. Над душем устроено на специальном треножнике си¬денье для больного. Такое положение больного позволяет напра¬вить душевую струю на промежность.

Это ванны с дополнительным физическим воздействием, при которых горячая и холодная вода, смешиваясь, поступает под давлением в ванну несколькими струями.

Способствуют усилению кровообращения и лимфотока, улучшению обменных процессов и микроциркуляции. При этом происходят изменения в чувствительности нервных окончаний, улучшается тонус вен и венозный отток крови, уменьшаются отеки тканей.

Это водолечебные процедуры, при которых температурный и гидростатический фактор обычных ванн усиливается монотонным движением воды в ванне (завихрением). Во время процедуры ноги пациента находятся по колено в специальной ванне, на стенках которой находятся отверстия. Из этих отверстий выходят струи воды, заставляющие бурлить воду в ванной. Температура воды 35-38 градусов. Посредством сочетания теплового и механического воздействия можно достигать максимального восстановления мышечной системы и суставов нижних конечностей. В воду могут добавляться различные травы.

Метод электролечения, в основе которого лежит воздействие на тело пациента переменными синусоидальными токами частотой 5000 Гц, модулированными низкими частотами в диапазоне 10-150 Гц.

Изобретения А.С. Попова

Первый приемник
1895
Грозоотметчик
1895
Телефонный приемник депеш
1899

Изобретения А. С. Попова базировались на научном фундаменте, созданном великими физиками М. Фарадеем и Д. К. Максвеллом, о результатах исследований которых он узнал, будучи еще студентом Санкт-Петербургского университета. С работами современных ему ученых А.С.Попов знакомился, будучи преподавателем Минного офицерского класса (1883 – 1901). С 1889 г. А.С.Попов повторял опыты Г. Герца и исследовал физические процессы, связанные с электромагнитными излучениями. Изготовив вибратор Герца (источник электромагнитных волн) и резонатор Герца (индикатор таких волн), Попов в 1890-1895 гг. неоднократно демонстрировал опыты немецкого ученого на своих лекциях в Петербурге и Кронштадте.

Над проблемой создания прибора, способного выявлять наличие высокочастотного электромагнитного излучения, работали многие ученые в мире, в том числе и А. С. Попов.

Наиболее плодотворными оказались работы, связанные с исследованием поведения проводящих веществ с зернистой структурой под действием электромагнитных волн. В 1890 г. французскому ученый Э. Бранли создал «радиокондуктор» — прибор, представляющий собой трубочку с металлическими опилками, сопротивление которых изменялось под воздействием высокочастотных колебаний. Недостатком этого индикатора электромагнитного излучения являлась потеря чувствительности после одноразового облучения.

Работы Э. Бранли заинтересовали английского ученого О. Лоджа, увидевшего в этом открытии возможность получить более чувствительный индикатор электромагнитных волн, чем резонатор Герца. В 1894 г. Лодж усовершенствовал прибор Бранли, подсоединив к нему механическое устройство для периодического встряхивания опилок и назвав его когерер (от слова «когезия» − сцепление).

Первый приемник

А. С. Попов изобрел когерерный приемник, оригинальная конструкция которого позволяла восстанавливать чувствительность прибора после каждого электромагнитного воздействия. В цепь с когерером было включено реле, обеспечивавшее подключение исполнительного устройства — электрического звонка, молоточек которого бил по трубочке, встряхивая опилки и восстанавливая его сопротивление после приема каждой посылки затухающих электромагнитных колебаний. В зависимости от длительности замыкания телеграфного ключа передатчика (короткой или продолжительной), трель звонка приёмника будет, соответственно, короткой или продолжительной, обеспечивая звуковую регистрацию передаваемого сообщения. Задача обеспечения достоверной беспроводной связи была принципиально решена.

7 мая 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества (РФХО) Попов выступил с докладом «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», в котором изложил результаты проведенных им исследований и продемонстрировал способность изобретенного им прибора принимать последовательность «коротких и продолжительных сигналов», то есть, по существу, производить приём элементов телеграфного кода, в частности, кодов азбуки Морзе.

Устройство приемника с подробностями, достаточными для его воспроизведения, изложено в протоколе заседания РФХО, опубликованном в августовском номере «Журнала РФХО» (1895 г., т. 27, вып. 8, с. 259−260).

Грозоотметчик

В ходе первых испытаний приемника была замечена его восприимчивость к атмосферным разрядам. А. С. Попов сконструировал специальный прибор, названный позже грозоотметчиком, для круглосуточного приема электромагнитных колебаний естественного происхождения с автоматической записью их на бумажную ленту самопишущего прибора. С июля 1895 г. грозоотметчик применялся практически: для метеорологических наблюдений − в Лесном институте, и для изучения атмосферных помех радиоприему − в лаборатории МОК.

Таким образом, весной 1895 г. А. С. Попов реализовал почти одновременно два типа радиосвязи, которые до сих пор успешно развиваются: от человека к человеку и от природного объекта к человеку.

Полное описание первой в мире системы радиосвязи было опубликовано в январском номере Журнала РФХО под названием «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» (1896, т.28, Вып.1. с.1-14). (С полным текстом статьи можно ознакомиться тут.)

Телефонный приемник депеш

Пока летом 1899 г. А. С. Попов был в командировке, испытания комплекта аппаратуры между фортами Кронштадта проводили его ассистент П. Н. Рыбкин и начальник Кронштадтского телеграфа капитан Д. С. Троицкий. Они обнаружили высокую чувствительность аппаратуры при приеме сигналов на головные телефоны. Из Цюриха телеграммой был вызван А. С. Попов, который исследовал обнаруженный «детекторный эффект» когерера.

В результате тщательного исследования данного эффекта им был разработан усовершенствованный когерер (кристаллический диод) на основе контакта между окисленными в разной степени металлами (стальными иглами) и электродами (платиновыми или угольными) и схему телефонного детекторного приемника. Высокая чувствительность нового приемника позволила втрое увеличить дальность связи. Попов открыл новую эпоху в радиосвязи — прием на слух.

Патенты на «телефонный приемник депеш» А. С. Попов получил в России (№ 6066 от 14 июля 1899 г., выдан 13 декабря 1901 г.). Патент Великобритании А. С. Попова на усовершенствованный детектор для телефонного приема № 2797 был заявлен 12 февраля 1900 г., выдан 22 февраля 1900 г. При активном участии Э. Дюкрете патенты получены − во Франции (№ 296354 от 22 января 1900 г. и с дополнением к этому патенту получен 26 октября 1900 г.), в Швейцарии — патент А. С. Попова на «Приемник для телеграфии без проводов» № 21905 (выдан 9 апреля 1900 г.). В США патент А. С. Попова на «Самодекогерирующуюся когерерную систему» № 722139 заявленный 8 марта 1900 г., был выдан 8 марта 1903 г.; патент Испании №25816 был выдан 11 апреля 1900 г.

Попов или Маркони

Во второй половине 1896 г. в западной, а затем и в российской печати появились сообщения о демонстрации в Лондоне опытов по беспроволочной телеграфии итальянского изобретателя Г. Маркони. Устройство сконструированных им приборов держалось в секрете.

4 июня 1897 г. в Лондоне В. Прис, главный инженер телеграфов Великобритании, сделал доклад, в котором впервые раскрыл техническое устройство аппаратуры Г. Маркони. Деятельность Г. Маркони имела всегда ярко выраженную коммерческую направленность. Предварительную краткую заявку на изобретение под названием «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого» он подал 2 июня 1896 г. Со времени приезда в Англию он получил очень серьезную инженерную поддержку со стороны специалистов британского почтово-телеграфного ведомства. В марте 1897 г. Маркони подал окончательный вариант патентной заявки на 14 листах с чертежами, и 2 июня получил патент. Согласно британскому патентному праву того времени, не требовавшему экспертизы на мировую новизну, Маркони получил патент, действительный только в Великобритании. В том же году была основана его фирма. В России, Франции и Германии ему было отказано в патентовании со ссылкой на публикации А. С. Попова.

А. С. Попов не оставил без внимания выступление Приса и публикацию патента Маркони. В своих статьях в российской и английской (журнал «Electriсian») печати он указал, что приемник Маркони не имеет существенных отличий от его приемника и грозоотметчика, устройство которых было опубликовано на 1,5 года раньше. В то же время, Попов отдавал должное работам Маркони, который «первый имел смелость стать на практическую почву и достиг в своих опытах больших расстояний». И действительно, энергичная деятельность Маркони оказала ускоряющее воздействие на развитие радиотехники.

Электромагнитные волны, свойства. Электромагнитное поле. Тесты, курсы по физике

Тестирование онлайн

Колебательный контур. Электромагнитные волны

Электромагнитное поле

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом. Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс. Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна — распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

Источник электромагнитного поля — электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.

Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:

Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Принцип радиосвязи

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур «открывают», т.е. создают условия для того, чтобы поле «уходило» в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром — антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от до Гц.

Радар (радиолокатор)

Устройство, которое передает ультракороткие волны и тут же их принимает. Излучение осуществляется короткими импульсами. Импульсы отражаются от предметов, позволяя после приема и обработки сигнала установить дальность до предмета.

Радар скорости работает по аналогичному принципу. Подумайте, как радар определяет скорость движущейся машины.

Распространение электромагнитных волн | Компьютерные сети

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнитных волны связанные с частотой излучения.

Наши партнеры:
— Возможно эта информация Вас заинтересует:
— Посмотрите интересные ссылочки вот тут:

Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации.
Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствия. Низкочастотные радиоволны AM-диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной антенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны. И наконец, инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передачу прямой видимостью (Line Of Sight, LOS).
Чем выше частота, тем быстрее убывает энергия сигнала с расстояниям от источника. При распространении электромагнитных волн в свободном пространстве (без отражений) затухание мощности сигнала пропорционально произведению квадрата расстояния от источника сигнала на квадрат частоты сигнала.
Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдоль поверхности земли. Именно поэтому сигналы АМ-радио могут передаваться на расстояния в сотни километров.
Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут распространяться даже на более значительные расстояния в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика).
Сигналы в диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являются сигналами прямой видимости. При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприятность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых систем.
Потребность в скоростной передаче информации является превалирующей, поэтому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.
Для успешного использования микроволнового диапазона необходимо также учитывать дополнительные проблемы, связанные с поведением сигналов, распространяющихся в режиме прямой видимости и встречающих на своем пути препятствия.

Рис. 1 распространение электромагнитной волны

Когд а сигнал встречается с препятствием, которое частично прозрачно для данной длин ы волны и в то же время размеры которого намного превышают длину волны, то часть энергии сигнала отражается от такого препятствия. Волны микроволнового диапазона имеют длину несколько сантиметров, поэтому они частично отражаются от стен домов при передаче сигналов в городе. Если сигнал встречает непроницаемое для него препятствие (например, металлическую пластину) также намного большего размера, чем длина волны, то происходит дифракция — сигнал как бы огибает препятствие, так что такой сигнал можно получить, даже не находясь в зоне прямой видимости. И наконец, при встрече с препятствием, размеры которого соизмеримы с длиной волны, сигнал рассеивается, распространяясь под различными углами.

В результате подобных явлений, которые повсеместно встречаются при беспроводной связи в городе, приемник может получить несколько копий одного и того же сигнала. Такой эффект называется многолучевым распространением сигнала. Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку один из сигналов может прийти с обратной фазой и подавить основной сигнал.

Так как время распространения сигнала вдоль различных путей будет в общем случае различным, то может также наблюдаться межсимвольная интерференция — ситуация, когда в результате задержки сигналы, кодирующие соседние биты данных, доходят до приемника одновременно.

Искажения из-за многолучевого распространения приводят к ослаблению сигнала, этот эффект называется многолучевым замиранием. В городах многолучевое замирание приводит к тому, что ослабление сигнала становится пропорциональным не квадрату расстояния, а его кубу или даже четвертой степени!

Все эти искажения сигнала складываются с внешними электромагнитными помехами, которых в городе много. Достаточно сказать, что в диапазоне 2,4 ГГц работают микроволновые печи.

Проблема высокого уровня помех беспроводных каналов решается различными способами. Важную роль играют специальные методы кодирования, распределяющие энергию сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, передатчики сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких башнях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним приемом является применение протоколов с установлением соединений и повторными передачами кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволяют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP.

Возбуждение мощных высокочастотных колебаний в линии с насыщенным ферритом

ООбООиооо

На правах рукописи

Романченко Илья Викторович

Возбуждение мощных высокочастотных колебаний в линии с насыщенным ферритом

01.04.04 — Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 7 НОЯ 2011

Томск — 2011

005000836

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте сильноточной электроники Сибирского отделения РАН

Защита состоится _декабря 2011 г. в 15 часов на заседании

диссертационного совета Д 003.031.01 при Учреждении Российской академии наук Институте сильноточной электроники СО РАН по адресу: 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института сильноточной электроники СО РАН.

Автореферат разослан « 03 » ноября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, Владислав Владимирович Ростов (ИСЭ СО РАН)

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник, Александр Андреевич Ким (ИСЭ СО РАН)

Ведущая организация:

доктор физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, Игорь Игоревич Винтизенко (ФТИ ТПУ)

Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН)

доктор физико-математических наук

Общая характеристика работы

Актуальность работы

На протяжении последних двух десятилетий мощная СВЧ электроника прошла серьезный путь развития. Выходные параметры наиболее перспективных мощных СВЧ генераторов были доведены до рекордно высоких значений. Среди генераторов гигаваттного уровня мощности можно выделить группу с большой энергией в импульсе, >100 Дж [1]. Сюда входят релятивистский клистрон, релятивистский магнетрон, магнито-изолированный линейный осциллятор (М1Ш), релтрон, многоволновый черенковский генератор, релятивистский генератор дифракционного излучения и др. Среди гигаваттных генераторов с энергией в импульсе <100 Дж особое положение занимают импульсно-периодические генераторы черенковского типа [2], такие как релятивистская лампа обратной волны, лампа бегущей волны а также виркатор. Как видно, все эти приборы основаны на использовании энергии мощного релятивистского электронного пучка. Это накладывает ряд ограничений. Во-первых необходимы специальные меры по защите от рентгеновского излучения. Другая проблема связана с временем жизни катода, который деградирует за счет переноса материала при взрывной эмиссии. Для дециметрового диапазона длин волн дополнительные требования возникают к масштабам релятивистских источников, что связано с время-пролетным характером возбуждения электромагнитного излучения. Альтернативным решением может стать использование твердотельной активной среды. Для того, чтобы в твердом теле эффективно возбудить электромагнитные волны высоковольтным импульсом напряжения, среда должна обладать сильно нелинейными электрическими или магнитными свойствами. Одним из наиболее обещающих воплощений такого подхода является использование нелинейных линий [3-6].

Возбуждение ВЧ колебаний в нелинейных линиях происходит за счет неустойчивости крутого фронта ударной электромагнитной волны к синхронной с ним ВЧ волне [7]. Неустойчивость фронта обусловлена дисперсией нелинейной линии, которая бывает двух типов: пространственная [3, 5] и временная [8, А1]. Возможность прямого эффективного преобразования видеоимпульса в радиоимпульс была продемонстрирована для нелинейной линии с пространственной дисперсией [5]. При этом мощность в радиоимпульсе не превышала нескольких десятков МВт, а длина линии составляла несколько метров. Особенности возбуждения радиоимпульсов в таких линиях были подробно исследованы [9].

Новым этапом в развитии нелинейных линий стало создание гиромагнитной линии с N¡211 ферритом, в которой возбуждались высокочастотные (ВЧ) колебания с мощностью в несколько сотен МВт [А1]. Детальное исследование закономерностей возбуждения ВЧ колебаний в таких линиях позволит создать новый тип импульсно-периодических генераторов радиоимпульсов. Основными элементами таких генераторов являются источник высоковольтных наносекундных импульсов типа СИНУС [10], гиромагнитная линия с №2п ферритом, фильтр высоких частот, излучающая антенна. Прототип такого генератора уже создан и опробован [А2].

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является исследование основных закономерностей возбуждения ВЧ колебаний ударным фронтом высоковольтного импульса в коаксиальной линии с насыщенным ферритом.

Научная новизна

1. Показано, что при распространении высоковольтного импульса с ударным фронтом субнаноскундной длительности по коаксиальной линии с №2п ферритом, насыщенным внешним продольным полем, происходит рост мощности возбуждаемых ВЧ колебаний с увеличением длины ферри-

тового заполнения. На некоторой длине ВЧ мощность перестает расти. При этом формируется квазистационарная форма импульса в виде затухающих колебаний.

2. Показано, что при увеличении амплитуды азимутального магнитного поля трапецевидного высоковольтного импульса, бегущего по коаксиальной линии с насыщенным №2п ферритом, от 20 кА/м до 100 кА/м происходит монотонный рост центральной частоты возбуждаемых колебаний от 0.6 ГГц до 1.8 ГГц.

3. Показана возможность электронного управления центральной частотой возбуждаемых колебаний ~ 15% по уровню -3 дБ за счет изменения внешнего магнитного поля в диапазоне от 20 кА/м до 70 кА/м. Причем повышению внешнего поля соответствует спад центральной частоты.

4. Показано, что в приближении стационарной волны для коаксиальной линии с насыщенным ферритом без учета затухания в феррите частота колебаний тока спадает с ростом продольного магнитного поля. На основании модели показано, что максимальная пиковая мощность импульса на выходе ферритовой линии может быть не более чем в два раза больше мощности падающего импульса.

Практическая значимость

Исследования закономерностей преобразования энергии высоковольтного видеоимпульса в радиоимпульс в коаксиальной линии с насыщенным №2п ферритом заложили основу для создания нового типа импульсно-периодических источников мощных радиоимпульсов. Экспериментально найдены оптимальные параметры нелинейных линий, позволяющие получать радиоимпульсы с пиковой мощностью несколько сотен МВт и длительностью несколько наносекунд на частоте около 1 ГГц с шириной спектра 0.5 ГГц по уровню -10 дБ. Показана возможность получать близкие к указан-

ным энергетические параметры радиоимпульсов с центральными частотами в диапазоне от 0.6 ГГц до 1.8 ГГц. Данный частотный диапазон удалось перекрыть при использовании двух нелинейных линий с разными геометриями.

На основе проведенных исследований разработан импульсно-перио-дический генератор радиоимпульсов с центральной частотой ~ 1 ГГц и пиковой мощностью в гауссовом пучке ~ 200 МВт на частоте повторений 200 Гц. В состав генератора радиоимпульсов входят источник высоковольтных импульсов СИНУС-200 с мощностью в падающем импульсе 2.5 ГВт, нелинейная линия с насыщенным ферритом, полосовой фильтр и излучающая антенна. Поскольку энергия в падающем импульсе составляет около 20 Дж, а энергия в излученном импульсе не превышает 0.6 Дж, то энергетический КПД такого устройства на превышает 3%. На защиту выносятся следующие основные положения: 1. При распространении высоковольтного импульса по коаксиальной линии с тгп ферритом, насыщенным внешним продольным полем, происходит рост мощности возбуждаемых ВЧ колебаний с увеличением длины ферритового заполнения, завершающийся формированием квазистационарной формы импульса с затухающими колебаниями. Для выбранных экспериментальных условий длина, на которой формируется квазистационарная форма импульса составляет около 1 м, пиковая ВЧ мощность достигает значений 0.6+0.7 ГВт для мощности падающего импульса ~ 3 ГВт, амплитуда ВЧ колебаний спадает в е раз за ~ 3 -ь 4 не.

2. Изменение усредненного по радиусу азимутального магнитного поля в феррите от 20 кА/м до 100 кА/м позволяет монотонно увеличивать центральную частоту возбуждаемых колебаний от 0.6 ГГц до 1.8 ГГц. Ширина спектра по уровню — 10 дБ при этом составляет ~ 0.5 ГГц. Для выбранных экспериментальных условий этот частотный диапазон был перекрыт в двух

нелинейных линиях с разной геометрией за счет изменения амплитуды высоковольтного импульса.

3. Изменение внешнего магнитного поля в диапазоне от 20 кА/м до 70 кА/м регулированием тока в соленоиде позволяет управлять центральной частотой возбуждаемых колебаний в пределах ~ 15% по уровню -3 дБ. Причем повышению внешнего поля соответствует спад центральной частоты колебаний.

4. Система уравнений для коаксиальной линии с насыщенным ферритом без учета затухания в феррите в приближении стационарной волны сводится к двум уравнениям нелинейных осцилляторов для намагниченности и тока, из которых следует, что частота колебаний осцилляторов нарастает с ростом азимутального магнитного поля и спадает с ростом продольного. На основании модели показано, что пиковая мощность импульса на выходе ферритовой линии может быть не более, чем в два раза больше мощности падающего импульса.

Апробация работы

Описанные в диссертации научные результаты докладывались на: семинарах ИСЭ СО РАН, на 35-й международной конференции IEEE по науке о плазме —ICOPS 2008, на 16-й Саратовской зимней школе-семинаре по СВЧ-электронике и радиофизике 2009, на 17-й международной конференции IEEE по мощной импульсной энергетике — РРС 2009, на 16-й международном симпозиуме по сильноточной электронике SHCE 2010; на в 18-й международной конференции IEEE по мощной импульсной энергетике—РРС 2011, а также на конкурсах работ молодых ученых ИСЭ СО РАН в 2008 и 2009 годах.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах [А1-А9], из них 4 статьи в рецензируемых журналах, 1 статья в сборниках трудов конференций и 4 тезиса докладов.

Личный вклад автора Основу диссертации составили работы [А1-А9], посвященные экспериментальному и теоретическому исследованию закономерностей возбуждения мощных ВЧ колебаний ударным фронтом высоковольтного импульса в коаксиальной линии с насыщенным ферритом. Эти работы содержат материалы исследований, выполненных в ИСЭ СО РАН в рамках грантов РФФИ и международных контрактов. Опубликованные работы написаны в соавторстве с сотрудниками, принимавшими участие в выполнении экспериментов. Автором внесен решающий вклад в проведение „ анализ представленных в работах [AI. А2, A3, А6, А7, А9] экспериментов Постановка экспериментов и их интерпретация проведены совместно с научным руководителем. В работах [A4, А5, А8] вклад соавторов равноценен.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 115 страниц, включая 68 рисунков и одну таблицу. Список литературы содержит 85 наименований.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В Главе 1 кратко описан путь развития идеи использовать нелинейные

передающие линии для генерации радиоимпульсов. Сделан обзор работ, посвященных разработке нелинейных передающих линий с пространственной дисперсией, и приведены параметры радиоимпульсов, полученных с их

помощью. Сделан обзор работ, посвященных исследованию коаксиальных линий с ненасыщенным и насыщенным ферритом. Дано описание физических основ генерации радиоимпульсов при импульсном перемагничивании феррита. Поаказана актуальность проведения исследований по теме диссертации и сформулированы основные задачи, требующие исследования.

Глава 2 посвящена исследованию основных этапов формирования радиоимпульса при распространении высоковольтного импульса с фиксированной амплитудой по коаксиальной линии с №2п ферритом, насыщенным внешним продольным полем.

Раздел 2.1 посвящен постановке эксперимента. Приводится общая схема экспериментальной установки, описывается методика измерения. Даны параметры падающего на нелинейную линию высоковольтного импульса, а также характеристики феррита. Описаны геометрии двух модификаций коаксиальных линий с ферритовыми кольцами двух типоразмеров. Приведены параметры соленоидов, намотанных на коаксиальные линии.

Раздел 2.2 посвящен исследованию формирования ударного фронта в коаксиальной линии с насыщенным ферритом. Найдено, что для параметров падающего импульса стационарный ударный фронт формируется на длине ферритовой линии ~ 20 см. Приведена зависимость длительности стационарного фронта от величины поля подмагничивания. Показано, что длительность стационарного фронта примерно в два раза меньше периода возбуждаемых колебаний. Обнаружено, что в ферритовой линии, в которой ударный фронт не формируется из-за повышенной дисперсии жидкой изоляции, колебания не возбуждаются. Тем самым, экспериментально обосновывается необходимость ударного фронта для возбуждения колебаний.

Раздел 2.3 посвящен исследованию роста мощности ВЧ колебаний с длинной ферритового заполнения коаксиальной линии. Исследования проведены для двух типоразмеров ферритовых колец. Обнаружено, что для

обоих геометрий коаксиальных линий пиковая амплитуда колебаний линейно нарастает на участке линии от 20 до 60 см.

Для линии с меньшим диамет-

® 120

-линия

—зонд

/,, см

Рис. 1. Пиковая амплитуда колебаний в Гео-

ром соответствующая зависимость приведена на Рис. 1 (под надписями «линия» и «зонд» подразумеваются датчики напряжения, описанные в Приложении).

В разделе 2.4 приводятся результаты исследований по насыщению роста мощности ВЧ колебаний с длиной ферритового заполнения. Обнаружено, что на длине ~ 100 см

метрии 2 от длины, Н2 = 48.3 кА/м происходит остановка роста мощности колебаний. Предельная пиковая ВЧ

мощность достигает значений ~ 0.6 0.7 ГВт для мощности падающего

импульса ~ 3 ГВт. Форма импульса при дальнейшем наращивании длины

становится квазистационарной, Рис.60 кА/м. Показана возможность изменять центральную частоту колебаний от 0.6 до 1.2 ГГц, меняя амплитуду падающего импульса от 80 до 290 кВ. Пиковая амплитуда колебаний при этом линейно нарастает от 40 до 170 кВ.

В Разделе 3.3 описываются исследования нелинейной линии с насыщенным ферритом меньшего диаметра, в которой возбуждаются колебания на частоте 1.7 ГГц при максимальной амплитуде падающего импульса. Показана возможность получать фиксированный уровень выходной ВЧ мощности на более высокой частоте за счет уменьшения поперечных размеров системы. Показана возможность изменять центральную частоту колебаний от 1.2 до 1.8 ГГц, меняя амплитуду падающего импульса от 80 до 290 кВ.

1.4 г

и, • | I

°-6 » | 1

‘ 0.4 — I I

0.2 — ! I

0.0 . I . I I……. И ‘

О 10 20 30 40 50 60 70 Нг кА/м

Рис. 3. Зависимость центральной частоты от продольного поля для Геометрии 1

На Рис. 4 приводится обобщение данных для двух линий, показывающее возможность возбуждать колебаний в диапазоне от 0.6 ГГц до 1.8 ГГц, увеличивая усредненное по сечению феррита азимутальное магнитное поле.

Раздел 3.4 посвящен исследованию влияния статических характеристик феррита на параметры возбуждаемых колебаний. Протестировано три типа №2п феррита с различными характеристиками. Заметного влияния этих характеристик на параметры радиоимпульса не обнаружено.

В разделе 3.5 даются выводы ко третьей главе.

Результаты третьей главы опубликованы в работах [А1, А2, А7, А9].

Глава 4 посвящена модели стационарной несинусоидальной периодической волны в коаксиальной линии без учета затухания в феррите.

В разделе 4.1 дается вывод системы уравнений, описывающих распространение волны в коаксиальной линии с насыщенным ферритом. Это телеграфные уравнения и уравнение Ландау-Лившица с учетом индукционных полей.

В разделе 4.2 рассматривается приближение стационарной волны без учета затухания в феррите. Дается вывод уравнения нелинейного осциллятора для тока, бегущего по коаксиальной линии. б Внешний вид генератора радиоим-

том.

пульсов

Представлена конструкция источника, показанная на Рис. 6, вклю-

чающая в себя генератор высоковольтных импульсов СИНУС-200, нелинй-ную линию с насыщенным ферритом, полосовой фильтр и излучающую антенну.

В разделе 5.1 представлены результаты измерения параметров излучения генератора. В гауссовом пучке получены радиоимпульсы длительностью ~ 3 т 4 не с пиковой мощностью ~ 260 МВт и эффективным потенциалом излучения ~ 600 кВ при центральной частоте спектра 1.2 ГГц

Показана стабильность работы генератора на частоте повторений импульсов 200 Гц при 1000 импульсов в пачке.

В разделе 5.2 даются выводы к пятой главе.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

В Приложении описано устройство и параметры трех широкополосных датчиков высоковольтных импульсов, бегущих по коаксиальной линии. Первый датчик представляет собой последовательно соединенные резистивный и емкостной делители напряжения. Второй датчик является зондом, измеряющим производную от напряжения. Третий датчик представляет собой отрезок низкоомной коаксиальной линии, с которой снимается сигнал.

1, НС

Рис. 7. Осциллограмма импульса излучения при входном напряжении 250 кВ

Список публикаций

А1. Губанов В. П., Гунин А. В., Ковальчук О. Б., Кутенков В. О., Романченко И. В. и Ростов В. В. Эффективная трансформация энергии высоковольтных импульсов в высокочастотные колебания на основе передающей линии с насыщенным ферритом // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 35, № 13. С. 81-87.

А2. Romanchenko I. V., Rostov V. V., Klimov A. I., Kurkan I. К. and Gunin A. V. Development of high power gyromagnetic nonlinear transmission lines// Abstracts. IEEE 18th Pulsed Power Conference. Chicago. IL. 2011. P. 40.

A3. Афанасьев К. В., Ковальчук О. Б., Кутенков В. О., Романченко И. В. и Ростов В. В. Формирование субнаносекундного фронта высоковольтных импульсов в коаксиальной линии с ненасыщенным ферритом // ПТЭ. 2008. № 3. С. 86-90.

А4. Романченко И. В., Ростов В. В. Энергетические уровни колебаний в нелинейной передающей линии с насыщенным ферритом // ЖТФ. 2010. Т. 80, №7. С. 111-114.

А5. Rostov V. V., Bykov N. М„ Bykov D. N.. Klimov A. I., Kovalchuk О. B. and Romanchenko I. V. Generation of Subgigawatt RF Pulses in Nonlinear Transmission Lines // Plasma Sci., IEEE Trans, on. 2010. Vol. 38, no. 10. Pp. 2681-2685.

A6. Kovalchuk О. В., Kutenkov V. 0., Romanchenko I. V., Rostov V. V. Subnanosecond rise time of high voltage pulses in ferrite loaded coaxial line // Abstracts. IEEE 35th International Conference on Plasma Science. Karlsruhe. 2008. P.l

А7. Romanchenko I. V., Kutenkov V. 0., Rostov V. V. Effective transformation of high voltage power into high frequency oscillatons based on transmission line with saturated ferrite // Abstracts. IEEE 36th International Conference on Plasma Science. San-Diego. CA. 2009. P.l

A8. Rostov V. V., Bykov N. M„ Bykov D. N.. Klimov A. I., Kovalchuk O. B. and Romanchenko I. V. Generation of sub-GW RF pulses in nonlinear transmission lines // Abstracts. IEEE 17th Pulsed Power Plasma Science Conference. Washington. DC. 2009. P.l

A9. Romanchenko I. V., Rostov V. V. Frequency of high Power RF-generation in nonlinear transmission lines with saturated ferrite // 16th International Symposium on High Current Electronics. 2010. Pp. 521-524.

Цитированная литература

1. Barker R. J., Schamiloglu E. High-power microwave sources and technologies. Wiley-IEEE Press, 2001. 528 P.

2. Rostov V. V., Yalandin M. I., Mesyats G. A. Repetitive Production of Nanosecond Gigawatt Microwave Pulses // Plasma Sci., IEEE Trans, on. 2008. Vol. 36, no. 3. Pp. 655-660.

3. Белянцев A. M., Дубнев А. И., Климин С. Л. и др. Генерация радиоимпульсов ударной электромагнитной волной в линии передачи с ферритом // ЖТФ. 1995. Т. 65. С. 132-142.

4. Darling J. D., Smith P. W. High power pulse burst generation by soliton-type oscillation on nonlinear lumped element transmission lines // IEEE Pulsed Power Plasma Science Conference. 2007. Pp. 119-123.

5. Seddon N.. Spikings С. R., Dolan J. E. RF pulse formation in nonlinear transmission lines // IEEE Pulsed Power Plasma Science Conference. 2007. Pp. 678-681.

6. Gaudet J., Schamiloglu E., Rossi J. O. et al. Nonlinear Transmission Lines for High Power Microwave Applications — A Survey // IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference. 2008. Pp. 131-138.

7. Seddon N.. Bearpark T. Observation of the Inverse Doppler Effect // Science. 2003. Vol. 302. Pp. 1537-1540.

8. Фрейдман Г. И. О зависимости структуры ударных волн в двухпроводных линиях передачи от дисперсионной характеристики системы в линейном приближении // Изв. вузов. Радиофизика. 1963. Т. 6. С. 536-550.

9. Козырев А. Б. Прямое преобразование видеоимпульса в радиоимпульс в линиях передачи на ферритах и на полупроводниковых гетерострукту-рах: Кандидатская диссертация / ИПФ РАН. 2001. 174 С.

10. Mesyats G. A., Korovin S. D., Gunin А. V. et al. Repetitively pulsed high-current accelerators with transformer charging of forming lines // Laser and Particle Beams. 2003. Vol. 21, no. 2. Pp. 197-209.

Подписано к печати 01.11.2011 г. Формат 60×84 1/16 Тираж 80 экз. Заказ 1. Отпечатано в ИСЭ СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3

Конструкция сбора энергии направлена на превращение высокочастотных электромагнитных волн в полезную энергию | MIT News

Примечание. Эта история была обновлена 18 декабря, чтобы уточнить, что сигналы Wi-Fi находятся в микроволновом диапазоне частот, а не в терагерцовом, как первоначально сообщалось. Устройство, описанное в статье, будет преобразовывать энергию в диапазоне электромагнитных частот, включая терагерцовые волны и микроволны, для питания электронных устройств, таких как имплантаты. Однако этой энергии было бы недостаточно для зарядки мобильных телефонов.

Терагерцовые волны — это электромагнитное излучение с частотой где-то между микроволнами и инфракрасным светом. Также известные как «Т-лучи», они производятся практически всем, что регистрирует температуру, включая наши тела и неодушевленные предметы вокруг нас.

Терагерцовые волны распространены в нашей повседневной жизни, и если их использовать, их концентрированная сила потенциально может служить альтернативным источником энергии. Однако на сегодняшний день не существует практического способа зафиксировать и преобразовать их в какую-либо пригодную для использования форму.

Теперь физики из Массачусетского технологического института разработали проект устройства, которое, по их мнению, сможет преобразовывать терагерцовые волны в постоянный ток, форму электричества, которая питает многие бытовые электронные устройства.

В их конструкции используется квантово-механическое или атомарное поведение графена из углеродного материала. Они обнаружили, что, комбинируя графен с другим материалом, в данном случае нитридом бора, электроны в графене должны искажать свое движение в одном направлении.Любые входящие терагерцовые волны должны «перемещать» электроны графена, как и многие крошечные авиадиспетчеры, чтобы они текли через материал в одном направлении, как постоянный ток.

Исследователи опубликовали свои результаты сегодня в журнале Science Advances и работают с экспериментаторами, чтобы превратить свою конструкцию в физическое устройство.

«Мы окружены электромагнитными волнами», — говорит ведущий автор Хироки Исобе, постдок лаборатории исследования материалов Массачусетского технологического института.«Если мы сможем преобразовать эту энергию в источник энергии, который мы можем использовать в повседневной жизни, это поможет решить энергетические проблемы, с которыми мы сталкиваемся прямо сейчас».

Соавторы

Исобе — Лян Фу, Лоуренс К. и Сара В. Биденхарн, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института; и Су-Ян Сюй, бывший постдок Массачусетского технологического института, который сейчас работает доцентом химии в Гарвардском университете.

Нарушение симметрии графена

За последнее десятилетие ученые искали способы собирать и преобразовывать энергию окружающей среды в полезную электрическую энергию.Они сделали это в основном с помощью выпрямителей, устройств, которые предназначены для преобразования электромагнитных волн из их колеблющегося (переменного) тока в постоянный ток.

Большинство выпрямителей предназначены для преобразования низкочастотных волн, таких как радиоволны, с использованием электрической цепи с диодами для создания электрического поля, которое может направлять радиоволны через устройство в виде постоянного тока. Эти выпрямители работают только до определенной частоты и не могут работать в терагерцовом диапазоне.

Несколько экспериментальных технологий, которые смогли преобразовать терагерцовые волны в постоянный ток, делают это только при ультрахолодных температурах — установки, которые было бы трудно реализовать на практике.

Вместо того, чтобы превращать электромагнитные волны в постоянный ток путем приложения внешнего электрического поля к устройству, Изобе задавался вопросом, можно ли на квантовомеханическом уровне заставить собственные электроны материала течь в одном направлении, чтобы управлять приходящими терагерцовыми волнами. в постоянный ток.

Такой материал должен быть очень чистым или не содержать примесей, чтобы электроны в материале могли проходить сквозь него, не рассеивая неровности в материале. Он обнаружил, что графен был идеальным исходным материалом.

Чтобы направить электроны графена течь в одном направлении, ему пришлось бы нарушить симметрию, присущую материалу, или то, что физики называют «инверсией». Обычно электроны графена ощущают между собой равную силу, а это означает, что любая поступающая энергия рассеивает электроны во всех направлениях симметрично.Изобе искал способы нарушить инверсию графена и вызвать асимметричный поток электронов в ответ на поступающую энергию.

Просматривая литературу, он обнаружил, что другие экспериментировали с графеном, помещая его поверх слоя нитрида бора, похожей сотовой решетки, состоящей из двух типов атомов — бора и азота. Они обнаружили, что в этой схеме силы между электронами графена были выбиты из равновесия: электроны, расположенные ближе к бору, ощущали определенную силу, в то время как электроны, расположенные ближе к азоту, испытывали другое притяжение.Общий эффект заключался в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов искажают свое движение в одном направлении.

Изобе разработал систематическое теоретическое исследование всех способов, которыми электроны в графене могут рассеиваться в сочетании с подстилающей подложкой, такой как нитрид бора, и того, как это рассеяние электронов повлияет на любые входящие электромагнитные волны, особенно в терагерцовом диапазоне частот.

Он обнаружил, что поступающие терагерцевые волны заставляют электроны наклоняться в одном направлении, и это перекос генерирует постоянный ток, если графен был относительно чистым.Если бы в графене действительно было слишком много примесей, они действовали бы как препятствия на пути электронных облаков, заставляя эти облака рассеиваться во всех направлениях, а не двигаться как одно целое.

«Из-за большого количества примесей это искаженное движение просто заканчивается колебаниями, и любая поступающая терагерцовая энергия теряется из-за этих колебаний», — объясняет Изобе. «Итак, мы хотим, чтобы чистый образец эффективно воспроизводил искаженное движение».

В одном направлении

Они также обнаружили, что чем сильнее поступающая терагерцовая энергия, тем большую часть этой энергии устройство может преобразовать в постоянный ток.Это означает, что любое устройство, преобразующее Т-лучи, должно также включать способ концентрации этих волн до того, как они попадут в устройство.

Имея все это в виду, исследователи разработали проект терагерцового выпрямителя, который состоит из небольшого квадрата графена, который расположен поверх слоя нитрида бора и помещен в антенну, которая будет собирать и концентрировать окружающее терагерцовое излучение, усиливая его. сигнала достаточно, чтобы преобразовать его в постоянный ток.

«Это будет работать очень похоже на солнечный элемент, за исключением другого частотного диапазона, для пассивного сбора и преобразования энергии окружающей среды», — говорит Фу.

Команда подала патент на новую конструкцию «высокочастотного выпрямления», и исследователи работают с физиками-экспериментаторами из Массачусетского технологического института над разработкой физического устройства на основе их конструкции, которое должно работать при комнатной температуре, а не при комнатной температуре. ультрахолодные температуры, необходимые для предыдущих терагерцовых выпрямителей и детекторов.

«Если устройство работает при комнатной температуре, мы можем использовать его во многих портативных приложениях», — говорит Исобе.

Он предполагает, что в ближайшем будущем терагерцевые выпрямители могут быть использованы, например, для беспроводного питания имплантатов в теле пациента, без необходимости хирургического вмешательства для замены батарей имплантата.

«Мы берем квантовый материал с некоторой асимметрией в атомном масштабе, который теперь можно использовать, что открывает множество возможностей», — говорит Фу.

Это исследование частично финансировалось Исследовательской лабораторией армии США и Исследовательским офисом армии США через Институт солдатских нанотехнологий (ISN).

Нагрев ионов высокочастотными электромагнитными волнами в замагниченной плазме: Физика плазмы: Том 20, № 7

Нагрев ионов высокочастотными электростатическими волнами в плазме, удерживаемой магнитным полем, был парадигмой для изучения нелинейных взаимодействий волна-частица.Предполагается, что частота волн намного выше, чем ионная циклотронная частота, и считается, что волны распространяются поперек магнитного поля. В плазме термоядерного типа электростатические волны, такие как нижнегибридная волна, не могут проникнуть в ядро плазмы. Это область высоких гармонических быстрых волн или электронных циклотронных волн — это в первую очередь электромагнитные волны. Предыдущие исследования нагрева ионов двумя или более электростатическими волнами распространены на две электромагнитные волны, которые распространяются непосредственно через ограничивающее магнитное поле.Хотя отношение частоты каждой волны к ионной циклотронной частоте велико, предполагается, что разность частот близка к ионной циклотронной частоте. Нелинейное взаимодействие волна-частица изучается аналитически с помощью двухвременной канонической теории возмущений. Теория объясняет влияние различных параметров на прирост энергии ионами — такие параметры, как амплитуды и поляризации волн, отношение частот волн к циклотронной частоте, разность частот двух волн и волновые числа, связанные с волнами.Например, отношение фазовой скорости оболочки, образованной двумя волнами, к фазовой скорости несущей волны важно для возбуждения ионов. Для положительного отношения диапазон энергий намного больше, чем для отрицательного отношения. Таким образом, волны, подобные нижним гибридным волнам, будут передавать ионам очень мало энергии. Было обнаружено, что теоретические результаты хорошо согласуются с численным моделированием точных динамических уравнений. Аналитические результаты используются для построения уравнений отображения, упрощающих вывод движения ионов, которые впоследствии используются для отслеживания эволюции функции распределения ионов.Затем нагрев ионов может быть правильно определен количественно с точки зрения параметров волны и может быть удобно использован для поиска идеальных условий, необходимых для нагрева ионов высокочастотными электромагнитными волнами.

БЛАГОДАРНОСТИ

Эта работа была поддержана Европейской программой синтеза (Association EURATOM Hellenic Republic), Греческим Генеральным секретариатом исследований и технологий и Министерством энергетики США в рамках гранта номер DE-FG02-91ER-54109.

Влияние ультравысокочастотного излучения мобильных телефонов на здоровье человека

Электронный врач.2016 May; 8 (5): 2452–2457.

Моза Моради

¹ M.Sc. радиационной медицины, кафедра радиационной медицины, факультет ядерной инженерии, Университет Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

Насроллах Нагди

² Глава Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, Исследовательский центр клинической микробиологии, Университет медицинских наук Илам, Илам, Иран

Хамидреза Хеммати

³ к.э.н. радиационной медицины, кафедра радиационной медицины, факультет ядерной инженерии, Университет Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

Маджид Асади-Самани

⁴ Тел.D. Студент кафедры медицинской иммунологии, Студенческий исследовательский комитет, Университет медицинских наук Шахрекорд, Шахрекорд, Иран

Махмуд Бахмани

⁵ к.э.н. Студент кафедры медицинской микробиологии, Лорестанский университет медицинских наук, Хоррамабад, Иран

³ Тел.Доктор медицинских наук, отделение радиационной медицины, факультет ядерной инженерии, Университет Шахида Бехешти, Тегеран, Иран

⁴ к.э.н. Студент кафедры медицинской иммунологии, Студенческий исследовательский комитет, Университет медицинских наук Шахрекорд, Шахрекорд, Иран

Автор, ответственный за переписку: д-р Насроллах Нагди, Университет медицинских наук Илам, Илам, Иран.Тел .: +98.2232523, Факс: +98.2232521, Электронная почта: [email protected]

Получено 12 января 2016 г .; Принято 11 апреля 2016 г.

Эту статью цитировали в других статьях в PMC.

Реферат

Введение

Воздействие электромагнитных полей в общественных местах и на рабочем месте в связи с растущей тенденцией к использованию электронных устройств может оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. В этой статье описывается риск мутации, сексуальной травмы и бесплодия в мужской половой клетке из-за излучения мобильных телефонов.

Методы

В этом исследовании мы измерили дозу, излучаемую радиочастотным устройством, например, переключая высокое напряжение на разных частотах с помощью сцинтилляционного детектора. Импульсный источник питания высокого напряжения (HVPS) был построен для системы однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT). Для дозиметрии излучения мы использовали сцинтиллятор ALNOR, который может измерять гамма-излучение. Моделирование было выполнено с помощью программного обеспечения MATLAB, и данные Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) были использованы для проверки моделирования.

Результаты

Мы исследовали риски, которые возникают в результате воздействия волн, согласно отчету Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), для каждого органа тела определяется лучом и электромагнитным излучением от этого электронного устройства на люди. Результаты показали, что максимальная индивидуальная доза за 15-минутный период работы на указанном HVPS не превышала 0,31 мкЗв / ч (с алюминиевым экраном). Так, по другим источникам излучения, время непрерывной работы системы не должно превышать 10 часов.Наконец, была представлена характеристическая кривая для безопасной работы с модулями на разных частотах. Входной РЧ-сигнал в тело для максимальной глубины проникновения (δ) и скорости поглощения электромагнитной энергии (SAR) биологической тканью были получены для каждой ткани.

Заключение

Результаты этого исследования и отчеты Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) показали, что люди, которые проводят более 50 минут в день за использованием мобильного телефона, могут иметь раннее слабоумие или другое термическое повреждение из-за горения глюкоза в головном мозге.

Ключевые слова: Радиочастота, мобильный телефон, радиобиологические эффекты, мутация, ICNIRP

1. Введение

Многие люди не осведомлены о вредном воздействии радиочастотных волн (RF) и их роли в развитии рака и других серьезных рисков. Научные данные свидетельствуют о том, что рак не только связан с излучением мобильных телефонов, но и другие факторы также могут быть вовлечены в его развитие. Большинство операторов мобильной связи используют радиочастотные волны в диапазоне от 300 МГц до 3 ГГц, которые могут быть вредными для здоровья человека (1).Было проведено множество научных исследований радиобиологического воздействия радиочастотных волн, и в большинстве из них сообщалось о редкой связи между радиочастотным воздействием и рисками, которые мобильные телефоны представляют для тела за последние 15 лет (2). Однако они могут привести к повышению температуры тела, особенно в области головы и шеи, для которых пороговая доза низкая, и увеличивает вероятность травмы при длительном воздействии этих волн. Мобильные телефоны излучают радиочастотные волны, даже когда они находятся в режиме ожидания. При использовании мобильных телефонов следует учитывать различные факторы, такие как продолжительность, местоположение и метод использования, чтобы уменьшить возможные последствия воздействия радиации в РФ.Из-за риска мутации и сексуальной травмы, а также для предотвращения бесплодия из-за воздействия на мужские половые клетки, мобильный телефон должен находиться подальше от талии. В этом исследовании мы измерили излучаемую дозу радиочастотного устройства на разных частотах с помощью сцинтилляционного детектора. Результаты этого исследования и отчеты Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) показывают, что люди, использующие сотовые телефоны более 50 минут в день, сталкиваются с ранним слабоумием или другими термическими повреждениями из-за сжигания глюкозы в головном мозге (3).В настоящее время расширен круг вопросов, связанных с воздействием электромагнитных полей на производстве и на людей. Из-за возможности неблагоприятного воздействия на здоровье человека изучение характеристик этих устройств имеет большое значение (4). В зависимости от диапазона частот существует два типа электромагнитных полей: поля с очень низкой частотой (СНЧ) и поля с очень низкой частотой (СНЧ). Частотные диапазоны полей СНЧ и ОНЧ составляют от 3 до 300 Гц и от 3 до 300 кГц, соответственно. Из-за природы статического электричества электрические и магнитные поля на этих частотах действуют отдельно друг от друга и будут измеряться в различных условиях (5).Электрические и магнитные поля могут создаваться путем проведения электрического тока по любой проводке или оборудованию, например, воздушным или подземным линиям электропередач, домашней электропроводке, медицинскому оборудованию и электронным устройствам (6). Наиболее важными факторами, влияющими на воздействие на человека, являются плотность мощности источника частотного генератора, расстояние от источника, тип и толщина облученных лучей, а также частота (глубина проникновения) входного РЧ-сигнала в тело (7). показывает частотные диапазоны электромагнитных полей.

Электромагнитные поля в соответствии с частотными диапазонами (4).

2. Материалы и методы

2.1. Импульсный высоковольтный модуль (SMHVM)

Высоковольтный источник питания (HVPS), который использовался в этом исследовании, был сделан на основе двухтактной топологии (4–8). Он был спроектирован и построен для системы однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), и его производительность была оценена путем моделирования и экспериментов. Номинальная частота SHVPS составляет около 31 кГц, что достигается за половину рабочего цикла.Некоторые характеристики модуля, такие как максимальная напряженность магнитного поля ( B _max ), выходное напряжение ( В _o ), выходной ток ( I _o ), максимальная частота переключения ( F _max ), опорное напряжение ( V _r ) и напряжение смещения B _max = 200 мТл, В 69 _{o = 2000 В, I _o = 20 мА, F _макс. = 60 кГц, В _r = 5.5 В и В _c = 12 В соответственно. показана макетная модель построенного модуля. В импульсных источниках питания интерференция частоты переключения приводит к внезапному возникновению электрических и магнитных полей. Таким образом, чтобы уменьшить влияние помех, используются фильтры электромагнитных помех (EMI) и экранирование RF.}

Прототип сконструированного модуля высоковольтного питания.

2.2. Радиочастотная дозиметрия

Определено воздействие на тело радиочастотных волн электрического и магнитного полей, которое зависит от интенсивности выходного сигнала.Обычно невозможно точно измерить энергию передаваемых радиочастотных сигналов, попадающих в тело. Однако это можно оценить и спрогнозировать. Для количественной оценки воздействия на организм человека используется термин дозиметрия (дозиметрические величины). Другие величины, связанные с воздействием на ткань, включают напряженность электрического поля, индуцированный ток в теле и скорость энергии, поглощаемой внешним полем. Роль дозиметрии заключается в оценке количества индуцированных электрических полей в организме.Кроме того, термин дозиметрия часто используется для связи тела и биологических эффектов, возникающих в результате поглощения энергии электромагнитных волн. Для измерения энергии, поглощенной телом радиочастотной волной, испускаемой высоковольтным модулем, в этом исследовании использовался дозиметр ALNOR. Обычно предел воздействия выражается удельным коэффициентом поглощения (SAR), который является измеряемым показателем. SAR — это скорость поглощения электромагнитной энергии биологической тканью, которая может быть выражена как (9, 10):

, где σ — удельная проводимость S · м — 1, E _{среднеквадратичное значение} — эффективное количество поля в ткани. , ρ — плотность облученной ткани, которая для головы равна 1.027 (гр. См ⁻³). Поскольку голова — самый важный член тела, необходимо выразить вышеуказанные параметры для этой части тела. Для напора? При комнатной температуре составляет 1,79 (См ⁻¹), E _{, среднеквадратичное значение} для этого модуля на расстоянии 1,5 м от дозиметра (на головке) составляет 1500 (В · м ⁻¹ и его плотность). составляет 1,027 (г · см ⁻³)

2.3 Измерения глубины проникновения RF

Глубина проникновения радиочастотной волны в биологические ткани и частота излучаемой волны обратно пропорциональны.Электрическое поле, создаваемое входным РЧ-сигналом, поступающим в тело, будет уменьшаться на расстоянии от его первоначального значения (Griffiths, 1989), известного как глубина кожи (). Глубина кожи каждого органа типа ткани зависит от электрической проницаемости и проводимости.

Связь между глубиной проникновения радиочастотной волны и частотой излучения генератора (4).

δ = 1ω {μɛ2 [(1+ (σωɛ) 2) 12-1]} — 12,

(2)

где ω — угловая частота, μ, σ и ɛ — магнитная проницаемость материалов, проводимость (См ^-1) и проницаемость соответственно.Обычно μ в тканях имеет практически такое же значение, как и в свободном пространстве, 4 π × 10 ⁻⁷ (H m ⁻¹). Взаимосвязь между глубиной скин-слоя радиочастотных волн и частотой показана на рис.

Мощность дозы на расстоянии 1,5 м от модуля (измерена дозиметром ALNOR)

3. Результаты

In, показана максимально допустимая работа с высокочастотными источниками по данным Федеральной комиссии по связи США (FCC). Согласно первой строке, на частотах от 15 до 60 кГц максимальное время работы оператора не должно быть более 6 мин.Для определения интенсивности воздействия магнитного поля приведены предельные значения эффективных значений (действующие значения). В этом исследовании значение B на частоте коммутации 25 кГц составляет 2,4 мТл. продемонстрировал мощность дозы, полученную на дозиметр, на расстоянии 1,5 метра от модуля. В строке данных для расчета может быть собрана кумулятивная доза и соотношение между глубиной проникновения радиочастотных волн в тело и частотой излучаемой волны на разных расстояниях от модуля. Как видно из результатов, глубина проникновения волны RF и частота излучаемой волны обратно пропорциональны: ( δ ∝ f _s ⁻¹ ).

Таблица 1

Пределы FCC для максимально допустимого воздействия (MPE).

1500–1500

Частота (МГц)	Напряженность электрического поля; RMS (В м ⁻¹)	Напряженность магнитного поля; RMS (А · м ⁻¹)	Плотность мощности (Вт · м ⁻²)	Время усреднения (мин)
0,003-1	600	4,9	—	6
1–10	600 * f ⁻¹	4.9 * f ⁻¹	—	6
10–30	60	4,9 * f ⁻¹	—	6
30–300	60319 60 0,163	—	6
300–1500	3,54 * f ^0,5	0,0094 * f ^0,5	f * 30 ^-1	6
20	137	0,364	50	6
15000–150000	137	0.364	50	616000 * f ^−1,2
150000–300000	0,354 * f ^0,5	9,4 * 10 ⁻⁴ * f ^0,5	3,33 * 10 ⁻⁴	616000 * f ^−1,2

4. Обсуждение

Многочисленные эпидемиологические исследования, связь между общественным и профессиональным воздействием, особенно воздействие полей снч и риск рака, включая лейкоз, опухоли головного мозга и груди рак показал (8).Внутреннее электромагнитное поле индуцируется в ткани, когда биологическая ткань подвергается воздействию радиочастотных волн (11). Согласно отчетам Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) и ICNIRP (7), нормальный предел профессионального воздействия для всего тела не должен превышать 60 мТл или 600 Г. Предельные значения профессионального воздействия плотности магнитного потока магнитного поля. Поле с частотным диапазоном 30 кГц и меньше, относится к значению, которое, если сотрудники часто с ним сталкиваются, не оказывает негативного влияния на их здоровье.Для определения интенсивности воздействия магнитного поля приведены предельные значения эффективных значений (действующие значения). Профессиональное облучение в диапазоне крайне низких частот (СНЧ) от 1 Гц до 300 Гц, количество не должно превышать потолок, указанный в ссылке ниже:

В приведенном выше уравнении уровень воздействия Тесла (Т) и f — частота в Гц. Профессиональное облучение в диапазоне частот от 300 Гц до 30 кГц (включая полосу звуковых частот [VF] от 300 Гц до 3 кГц и полоса очень низких частот [VLF] составляет от 3 до 30 кГц) не должно превышать потолка 0.2 мТл. Предельные значения воздействия для частоты от 300 Гц до 30 кГц, включая тело, а также часть тела. На частоте 35 кГц (номинальная частота модуля) максимальное значение δ-фактора равно 19,9 мкм, в середине кости черепа (от 1 до 7 мм) намного меньше, но радиочастотная энергия может проникать в мозг в области косточка на месте уходит. Гипотония, головокружение, бессонница, головные боли, потеря памяти и др. (12). Есть также прямые эффекты долгосрочного риска рака. Необходимы правила минимального разумно достижимого уровня (ALARA).

5. Выводы

NCRP-86 пороговое значение для регистрации биологических эффектов, вызванных профессиональным воздействием поглощения радиочастотного излучения до 0,4 (Вт кг ^-1), определенное в соответствии с количеством 39,21 (Вт кг ^-1) этого Модуль предназначен для измерения продолжительности проводимой работы в однократном приборе не должен превышать 15 мин. Кроме того, в импульсных источниках питания длинные линии связи между компонентами схемы могут снизить эффективность высокочастотных фильтров, что приведет к увеличению воздействия.В целом, учитывая, что психические и психологические эффекты этих полей были зарегистрированы в небольших количествах, чтобы контролировать возможные вредные воздействия радиочастотных полей, насколько это возможно в результате воздействия. В этой области предотвращается сокращение рабочего времени с лучом и расстояния до поля с оборудованием, а также обучение персонала, подвергающегося воздействию радиации.

Благодарности

Данная работа является частью большого проекта, направленного на разработку точного, безопасного источника питания высокого напряжения с низким уровнем пульсаций для использования в медицинском оборудовании.Его частично поддерживают Университет Шахида Бехешти и Исследовательский центр молекулярной и клеточной визуализации Тегеранского университета медицинских наук, Тегеран, Иран. Кроме того, он не получил специального гранта от какого-либо финансирующего агентства в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Сноски

Проверка iThenticate: 11 апреля 2016 г., редактирование на английском языке: 20 апреля 2016 г., Контроль качества: 26 апреля 2016 г.

Конфликт интересов: Конфликт интересов не декларируется.

Вклад авторов: Все авторы внесли одинаковый вклад в этот проект и статью. Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись.

Список литературы

1. Дроссос А., Сантомаа В., Кустер Н. Зависимость поглощения электромагнитной энергии от состава тканей головы человека в диапазоне частот 300–3000 МГц. (IEEE) Trans Microwave Theory Tech. 2000. 48 (11): 1988–95. DOI: 10,1109 / 22,884187. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Альбом А., Грин А., Хейфец Л., Савиц Д., Свердлов А.Эпидемиология воздействия радиочастотного излучения на здоровье. Environ Health Perspec. 2004. 112 (17): 1741–54. DOI: 10.1289 / ehp.7306. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3. Лондон С.Дж., Томас, округ Колумбия, Боумен Д.Д., Собел Э., Ченг Т.К., Петерс Дж.М. Воздействие электрических и магнитных полей в жилых помещениях и риск детской лейкемии. Am J Epidemiol. 1991. 134 (9): 923–37. [PubMed] [Google Scholar] 4. Д’Антон И., Лолли М., Занотти М. Генератор высокого напряжения для питания фотоумножителей во времяпролетной системе эксперимента «Альфа-магнитный спектрометр-2».Nucl Instr Meth Phys Res. 2002. 480 (23): 555–64. DOI: 10.1016 / S0168-9002 (01) 01222-0. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хабаш Р.В. Электромагнитные поля и излучение: биологические эффекты и безопасность человека. CRC Press; 2001. [Google Scholar] 6. Валет Б. Электромагнитные поля и последствия для здоровья. Ann Acad Med Singapore. 2001. 30 (5): 489–93. [PubMed] [Google Scholar] 7. Консультативная группа по неионизирующему излучению. Воздействие на здоровье радиочастотного электромагнитного поля. 2012. [Google Scholar] 8. Браун М. Поваренная книга по источникам питания.2-е изд. Бостон Оксфорд Йоханнесбург Мельбурн: Публикация Нью-Дели; 2001. [Google Scholar] 9. Стивенс Н., Мартенс Л. Сравнение процедуры усреднения распределения SAR на частотах 900 и 1800 МГц. (IEEE) Trans Microwave Theory Tech. 2000. 48 (11): 2180–4. DOI: 10.1109 / 22.884212. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Бернарди П., Пиза С., Пуицци Э. Удельная скорость поглощения и повышение температуры в голове пользователя сотового телефона. (IEEE) Trans Microwave Theory Tech. 2000. 48 (7): 1118–26. DOI: 10,1109 / 22,848494.[CrossRef] [Google Scholar] 12. Беккер Р.О., Марино А.А. Электромагнетизм и жизнь. Государственный университет Нью-Йорка Press; 1982. [Google Scholar]

На пути к применению поглощения высокочастотных электромагнитных волн углеродными наноструктурами — Li — 2019 — Advanced Science

Не только чистый графен является наиболее привлекательной углеродной наноструктурой как новый материал, поглощающий электромагнитные волны. Его композиты также привлекли широкое внимание. Благодаря своим выдающимся физическим и химическим свойствам графен и его композиты обладают огромным потенциалом для удовлетворения требований легкости, толщины и сильного поглощения.

3.1 Графен для поглощения электромагнитных волн

Поскольку магнетизм графена очень слаб, потеря электромагнитной волны в основном достигается за счет диэлектрических потерь.24, 25 Характеристики согласования импеданса — еще один важный элемент, связанный с поглощением электромагнитных волн. Из-за дефектов и функциональных групп RGO, RGO имеет лучшее согласование импеданса и более сильное поглощение электромагнитных волн, чем графит и графен высокой чистоты.26-28 Максимальное RL для RGO составляло -6,9 дБ на частоте 7 ГГц, что было сильнее, чем у графена. оксид и графен высокой чистоты.24 Работа Цао продемонстрировала, что ультратонкий графен демонстрирует эффективное поглощение электромагнитных волн при повышенных температурах. Максимальный RL графеновых композитов составил -42 дБ. Кроме того, эффективная ширина полосы поглощения покрывала почти всю полосу X (8–12 ГГц) 25

В последнее время был достигнут значительный прогресс в синтезе трехмерных взаимосвязанных графеновых сетей. 27-30 Трехмерные графеновые сети все еще сохраняют превосходные свойства графеновых листов, что может гарантировать многообещающие применения для поглощения электромагнитных волн.31 Кроме того, многочисленные однородно распределенные внутренние поры не только привели к более низкой насыпной плотности, но также гарантировали более низкую диэлектрическую проницаемость, что обеспечило лучшее согласование импеданса. Zhang et al. синтезировали графеновые пены (ГФ) с различной деформацией сжатия. Изображения поперечного сечения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), и диэлектрические потери сжатых GF показаны на рис. , рис. 3. Аттестованная полоса пропускания 60,5 ГГц получена для сжатых GF, покрывающих 93,8% измеренных частотных диапазонов.26 Термически восстановленные графеновые сети (TRGN) были синтезированы термическим восстановлением сеток из оксида графена / поливинилового спирта.27 Композиты TRGN / воск достигли максимального RL -43,5 дБ на частоте 12,19 ГГц и полосы пропускания RL ниже -10 дБ составил 7,47 ГГц. Проводящие соединения трехмерного графена приводят к меньшей нагрузке и эффективному поглощению электромагнитных волн. Трехмерная сотовая структура RGO имела отличные характеристики поглощения электромагнитных волн в S-диапазоне (2–4 ГГц) 28. Охватываемая эффективная ширина полосы поглощения 2.3–4,1 ГГц.

а, б) СЭМ-изображения поперечного сечения GF и GF-90, масштабная линейка 20 мкм. в) Схематическое изображение механизма поглощения ЭМ для GF. г) Действительные части комплексной диэлектрической проницаемости ГФ в диапазоне 2–18 ГГц. д) тангенс угла диэлектрических потерь ГФ в диапазоне 2–18 ГГц. Воспроизведено с разрешения 26. Авторские права 2015, Wiley-VCH.

Другие трехмерные структуры графена изготовлены специальными методами.Chen et al. подготовленные графеновые микрофлоры с высокопористой структурой.29 Превосходные характеристики поглощения электромагнитных волн графеновыми микрорельефами показаны на рис. , рис. 4. Эффективная ширина полосы поглощения RL ниже -10 дБ составляет 5,59 ГГц, а максимальное значение RL составляет -42,8 дБ.

а) Схематическое изображение образования Gmfs. б) RL 10 мас.% композита Gmfs / парафин различной толщины при 2–18 GH. в) Схематическое изображение механизма поглощения электромагнитных волн Gmfs.Воспроизведено с разрешения 29 Copyright 2018, Springer.

3.2 Бинарные графеновые композиты для поглощения электромагнитных волн

Чтобы получить лучшие свойства поглощения электромагнитных волн, бинарные графеновые композиты получают путем комбинирования с другими потерями материалов. Композиты для поглощения электромагнитных волн в основном содержат проводящие металлы и сплавы, керамику, сульфид переходных металлов, магнитные наночастицы и так далее.

3.2.1 Композиты графен / проводящий металл для поглощения электромагнитных волн

Медь и серебро — традиционные и широко распространенные проводящие материалы, обладающие превосходной электропроводностью и теплопроводностью. ЭМ волна может поглощаться и экранироваться медными и серебряными пленками.32, 33 Максимальный RL композитов RGO / Cu достигал -50,4 дБ на частоте 3,8 ГГц.32 Кроме того, композиты RGO / Ag применялись в качестве наполнителя в полиметилметакрилате ( ПММА) матрица. Композиты RGO / Ag показали отличную эффективность защиты от электромагнитного излучения 26.8 дБ в X-диапазоне. Первичный эффект ЭМ-экранирования был результатом поглощения эффективности экранирования (SE _A) 33. Проводящие металлические наночастицы были настолько малы, что вызывали увеличение диполей. Кроме того, ВОГ был декорирован проводящими металлическими наночастицами и гетерогенными интерфейсами, сформированными в изготовленных нанокомпозитах. Повышенная межфазная поляризация способствовала диэлектрическим потерям.

3.2.2 Композиты графен / керамика для поглощения электромагнитных волн

В различных материалах, поглощающих электромагнитные волны, некоторые керамические материалы, включая ZnO, 22, 34, 35 MnO ₂, 39 Mn ₃ O ₄, 40 В ₂ O ₅, 41 SiC, 42, 43 SiO ₂, 44 и MgO45 обладают исключительной высокой коррозионной стойкостью, электроизоляцией и превосходной термической стабильностью.Керамика находит широкое применение в чрезвычайно суровых условиях и демонстрирует отличные характеристики поглощения электромагнитных волн. Многочисленные композиты графен / керамика для поглощения электромагнитных волн были приготовлены разными методами.

ZnO как полупроводник с широкой запрещенной зоной широко исследовался в области поглощения электромагнитных волн. Сообщалось о некоторых исследованиях поглощения электромагнитных волн нанокомпозитами RGO / ZnO. Zhang et al. изготовили композиты RGO / тетраподоподобный ZnO (T-ZnO).37 Наноструктуры и свойства поглощения ЭМ композитов показаны на Рис. 5. Максимальное RL -59,50 дБ достигается на частоте 14,43 ГГц.

а, б) СЭМ-изображения RGO и T-ZnO. c) Поперечное сечение трещин композитов RGO / T-ZnO с 5 мас.% RGO и 10 мас.% нитевидных кристаллов T-ZnO. г) Кривая RL композита RGO / T-ZnO с 5 мас.% RGO и 10 мас.% T-ZnO при 2–18 ГГц. Воспроизведено с разрешения 37. Авторское право 2015 г., Королевское химическое общество.

Были исследованы и другие структуры ZnO, такие как полые сферы ZnO, нанокристаллы ZnO и т. Д. 34, 38 Полые сферы ZnO, покрытые графеном, и механизмы поглощения электромагнитных волн показаны на рисунке Рис. максимальное поглощение -45,05 дБ на частоте 9,7 ГГц. Комбинация графеновых нанолистов с различными структурами ZnO является эффективным способом создания легких поглотителей электромагнитных волн.

а) СЭМ-изображение готовых полых сфер из ZnO.б) СЭМ изображение полых сфер графен / ZnO. c) Схематический подход к усилению поглощения электромагнитных волн сферами ZnO, обернутыми графеном. Воспроизведено с разрешения 38. Авторское право 2014 г., Королевское химическое общество.
MnO ₂ предложил другой путь для разработки усовершенствованных материалов, поглощающих электромагнитные волны, благодаря его низкой стоимости и экологичным характеристикам. Максимальная эффективность ЭМ-экранирования графеновых нанолент, декорированных MnO ₂, составила 57 дБ.39 Кроме того, наибольшая эффективность экранирования достигается за счет поглощения электромагнитных волн. Характеристики поглощения электромагнитных волн Mn ₃ O ₄ были изучены.40 Композиты RGO / Mn ₃ O ₄ достигли максимального RL -29 дБ в диапазоне 2–18 ГГц. V ₂ O ₅ — другой аналогичный оксид переходного металла с привлекательными электронными, электрохимическими и электрокаталитическими свойствами. Эффективная ширина полосы RL ниже -10 дБ для 3D-RGO / V ₂ O ₅ составляла 6.63 ГГц при толщине 2,5 мм. 41 SiC является хорошим кандидатом в качестве материала для поглощения электромагнитных волн из-за его высокой прочности и отличной термической стабильности. Han et al. подготовленные трехмерные композиты RGO / SiC, состоящие из нанопроволок RGO и SiC (NW) .42 Композиты RGO / SiC и их характеристики поглощения электромагнитных волн показаны на Рис. 7. Пены RGO / SiC обеспечивают эффективное поглощение во всем X- группа. SiC ННК с многочисленными дефектами упаковки, мостиковыми переходами и интерфейсами двойникования играют важную роль в улучшении характеристик поглощения электромагнитных волн.В других работах композиты SiOC, содержащие RGO, были получены методом выращивания in situ. Композиты продемонстрировали сильный пик поглощения электромагнитных волн -69,3 дБ. В высокотемпературной среде эффективная ширина полосы поглощения композитов с 2 мас.% RGO составляла 3,9 ГГц в X-диапазоне.43 Высокоэффективное поглощение электромагнитных волн композитами графен / керамика в основном объясняется отличным согласованием импеданса, поскольку а также диэлектрические потери.
а) СЭМ-изображение пены RGO / SiC NW.б) СЭМ-изображение с высоким разрешением типичного спая SiC ННК. в, г — рассчитанные значения RC для пены rGO и пены rGO / SiC ННК при разной толщине. Воспроизведено с разрешения 42 Copyright 2017, Американское химическое общество.
3.2.3 Композиты графен / сульфид металла для поглощения электромагнитных волн
В последнее время оксиды переходных металлов широко применяются для поглощения электромагнитных волн. Сульфид переходного металла, включая CuS, 23 MoS ₂, 36, 46 и CoS ₂, 47, также считается новым материалом, поглощающим электромагнитные волны.Теоретически сульфид металла обладает лучшей проводящей способностью, чем его оксидные аналоги из-за его относительно меньшей ширины запрещенной зоны. Сульфид металла также обладает большей способностью к передаче электронов. Поэтому он редко используется в качестве загрузочного материала с высокопроводящим графеном. CoS ₂ вызвали особый интерес благодаря своим уникальным магнитным и электрическим свойствам. Максимальный RL наногибридов RGO / CoS ₂ достиг -56,9 дБ на частоте 10,9 ГГц. Между тем, RL ниже -10 дБ был получен в диапазоне частот 9.1–13,2 ГГц.47 MoS ₂ — еще один дихалькогенид переходных металлов со слоистой структурой. Изображения на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) и характеристики поглощения электромагнитных волн композитов RGO / MoS ₂ показаны на рисунке . 8. Композиты RGO / MoS ₂ демонстрируют отличные характеристики поглощения электромагнитных волн с эффективной полосой пропускания 5,72 ГГц и максимальное RL -50,9 дБ.48 Принимая во внимание низкую стоимость и высокую стабильность, сульфид металла заслуживает дальнейшего исследования.
а) ПЭМ изображение RGO / MoS ₂. б) ПЭМ-изображение агломерата нанолистов MoS ₂. в, г) Кривые RL композитов MoS ₂ / RGO при различной толщине. Воспроизведено с разрешения 48 Copyright 2015, Американское химическое общество.
3.2.4 Композиты графен / проводящий полимер для поглощения электромагнитных волн
Композиты графен / проводящий полимер обладают многочисленными преимуществами, включая легкий вес, гибкость и регулируемую проводимость.Графен в композитах графен / полимер соединен друг с другом, образуя проводящую сеть. Таким образом, ориентационное движение носителей приводит к кондуктивным потерям в изменяющемся ЭМ поле. Более того, диполь, образованный на границах раздела графен / полимер, вызовет колебания решетки. ЭМ волна будет ослаблена в виде тепловой энергии. Кроме того, рассеяние и многократные отражения также могут быть получены из-за разницы диэлектрической проницаемости на границах раздела.Следовательно, кондуктивные потери, дипольная поляризация, межфазное и многократное рассеяние являются основными причинами поглощения электромагнитных волн. В последнее время полианилин (PANI), 49, 50 полипиррол (PPy), 51, 56 нитрилбутадиеновый каучук (NBR), 52 поли (этиленоксид) (PEO), 53 поли (3, 4-этилендиокситиофен) (PEDOT), 54 поливинилиденфторид (PVDF) 55 и полиэфиримид (PEI) 57 привлекли большое внимание.
Chen et al. подготовленные гибриды расширенный графен / PANI 50. Подготовленные гибриды графен / PANI и характеристики поглощения электромагнитных волн показаны на Рис. 9.Максимальный RL гибридов графен / PANI составляет -36,9 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения, соответствующая RL ниже -10 дБ, составляет до 5,3 ГГц. Эффективная полоса поглощения аэрогеля / губки RGO, подобных композитам PPy, составляла 6,76 ГГц, а максимальное RL достигало -54,4 дБ на частоте 12,76 ГГц.51 Улучшенные свойства поглощения электромагнитных волн графеном / проводящими полимерами являются результатом уникальной структуры и превосходного импеданса. согласование и диэлектрические потери.
а) Схема интеркаляционной полимеризации ANi ⁺ в EG для синтеза гибридов графен / PANI.б) ПЭМ-изображение композитов, полученных интеркаляционной полимеризацией ANi ⁺ в 1 мас.% EG (обозначается как PANi / EG-1). в) Расчетная КД образцов толщиной 3,5 мм в диапазоне частот 2–18 Гн. Воспроизведено с разрешения. 50 Copyright 2014, Wiley-VCH.
NBR обладает хорошими качествами, включая защиту от коррозии и легкость. Композиты RGO / NBR показали высокие значения RL -57 дБ на частоте 9,6 ГГц.52 Композиты восстановленный графен / PEO были получены химическим методом, и их характеристики поглощения электромагнитных волн показаны на Рис. 10.53 Максимальный RL композитов восстановленный графен / ПЭО составляет -32,4 дБ. Характеристики поглощения электромагнитных волн композитами RGO / PEO объясняются потерями электрической проводимости и диэлектрическими потерями. Остаточные дефекты и группы границы раздела графена благоприятны для осаждения нановолокон PEDOT.54 Что касается композитов PEDOT / графен, максимальное значение RL составило -48,1 дБ.
а) Схематическое изображение возможного пути рассеяния электромагнитной волны в композитах CR-G / PEO.б) Кривые RL для композитов 2,6 об.% CR-G / PEO. Воспроизведено с разрешения 53. Авторское право 2011 г., Американское химическое общество.
Комбинация графена и PVDF была использована для новых материалов, поглощающих электромагнитные волны. Максимальное RL мембраны RGO / PVDF достигало -25,6 дБ на частоте 10,8 ГГц, а эффективная полоса поглощения ниже -10 дБ составляла от 8,48 до 12,80 ГГц.55 Графеновые аэрогели были созданы с использованием сигаретных фильтров в качестве шаблонов.56 Графеновые аэрогели показал максимальное RL -30.53 дБ на частоте 14,6 ГГц, а ширина полосы поглощения RL менее −10 дБ составила 4,1 ГГц. Кроме того, максимальное RL графеновых аэрогелей достигало -45,12 дБ благодаря покрытию из полипропилена.
В заключение, улучшенные свойства поглощения электромагнитных волн композитами графен / проводящие полимеры можно отнести к ковалентному сцеплению и синергетическим эффектам. Связь с ковалентной связью изменила плотность электронного облака графена и улучшила параметры ЭМ графена.Более того, некоторые проводящие полимеры с π-сопряженными основными цепями имеют делокализованную электронную структуру и отличительные электрические свойства. Индивидуальная структура и свойства проводящих полимеров открывают большие возможности для создания материалов с высокими характеристиками, поглощающими электромагнитные волны.
3.2.5 Композиты графен / магнитные наночастицы для поглощения электромагнитных волн
Механизм поглощения электромагнитных волн графена — диэлектрические потери.Кроме того, ЭМ параметры графена не сбалансированы и плохо подходят для согласования импеданса. Следовательно, сочетание графена и компонентов магнитных потерь является эффективным способом модуляции межфазной поляризации и согласования импеданса. Традиционные магнитные металлы и оксиды, такие как Fe, 58, 67 Co, 68, 69 Ni, 70 γ-Fe ₂ O ₃, 59, 72, 73 Fe ₃ O ₄, 60, 76- 79 NiO, 61 CoFe ₂ O ₄, 62, 63 и NiFe ₂ O ₄, 64 Co ₃ O ₄, 80 обладали большой намагниченностью насыщения и высоким пределом Снука.Модификации магнитных наночастиц на поверхности графена широко исследовались в области поглощения высокочастотных электромагнитных волн. Диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость композитов графен / магнитные наночастицы совместимы на частоте гигагерца.
Микроструктуры и характеристики поглощения электромагнитных волн подготовленных композитов графен / Fe показаны на рисунке Рис. 11.65 Максимальное RL составляет -45 дБ на частоте 7,1 ГГц. Между тем эффективная ширина полосы поглощения композитов графен / Fe составляет до 4.4 ГГц. Композиты графен / магнитный металл имеют некоторые недостатки, такие как легкость коррозии и большая диэлектрическая проницаемость. Чтобы преодолеть недостатки, было проведено множество исследований композитов графен / магнитный оксид металла. Гетеро-наноструктуры трехмерного графена / γ-Fe ₂ O ₃ были изготовлены методом затравки.71
а) ПЭМ-изображение графена / Fe, на вставке — увеличенное изображение отдельной наночастицы Fe.б) Петля магнитного гистерезиса для графена / Fe при комнатной температуре. в, г) Расчетные значения RL разной толщины для контрольной группы и графен / Fe. Воспроизведено с разрешения. 65 Copyright 2013, Nature Publishing Group.
Микроструктуры и характеристики поглощения электромагнитных волн композитов RGO / γ-Fe ₂ O ₃ показаны на рисунке Рисунок 12.72 Максимальный RL пористых композитов RGO / γ-Fe ₂ O ₃ составляет -38 дБ на 14,78 ГГц. Эффективная ширина полосы поглощения до 5.8 ГГц. Превосходные характеристики поглощения электромагнитных волн RGO / γ-Fe ₂ O ₃ связаны со специальными структурами и синергетическими эффектами. Максимальный RL подготовленных композитов RGO / Fe ₃ O ₄ составлял -49,05 дБ на частоте 14,16 ГГц74. Эффективная ширина полосы поглощения составляла около 4,60 ГГц. Максимальный RL чашеобразных полых композитов RGO / Fe ₃ O ₄ составлял −24 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла до 4,9 ГГц.75
а) СЭМ-изображение взаимосвязанной трехмерной сетевой микроструктуры композитов RGO / Fe ₂ O ₃.б) Увеличенное изображение на сканирующем электронном микроскопе наночастиц Fe ₂ O ₃, прикрепленных к поверхности или инкапсулированных внутри листов графена. в) RL композитов RGO / Fe ₂ O ₃. г) Принципиальная схема возможного механизма поглощения ЭМ композитов rGO / Fe ₂ O ₃. Воспроизведено с разрешения 72 Copyright 2015, Королевское химическое общество.
Металлический кобальт, а также оксиды кобальта также могут быть разработаны в качестве материалов, поглощающих электромагнитные волны.Максимальное значение RL композитов RGO / Co ₃ O ₄ составило -43,7 дБ. Ширина полосы поглощения электромагнитной волны с RL ниже -10 дБ составляла до 4,6 ГГц.80 Нанолисты Co ₃ O ₄ (CoNS) @RGO были приготовлены трехступенчатым химическим методом.81 Композиты CoNS @ RGO и их характеристики поглощения электромагнитных волн показаны на рис. 13. Максимальное значение RL CoNSs @ RGO композитов составляет -45,15 дБ на частоте 10,52 ГГц. Кроме того, эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн композитов равна 7.14 ГГц.
а) Типичные СЭМ-изображения CoNS @ RGO. б) ПЭМ-изображения CoNSs @ RGO; c) RL CoNS @ RGO 5 мас.%. г) 3D-графики частоты RL и ЭМ волн образца CoNSs @ RGO 5wt%. д) RL Co ₃ O ₄ 5 мас.%, CoNS @ RGO 5 мас.% и RGO 2,5 мас.%. е) 3D-графики частоты RL и ЭМ волн образца Co ₃ O ₄ 5 мас.%, CoNS @ RGO5 мас.% и RGO 2,5 мас.%. Воспроизведено с разрешения 81 Copyright 2017, Springer.
Характеристики поглощения электромагнитных волн композитами RGO / Ni в основном являются результатом синергетического эффекта диэлектрических потерь и магнитных потерь.66 Максимальное RL композитов RGO / Ni составляло -42 дБ на частоте 17,6 ГГц. Wang et al. синтезировал новый пористый цветоподобный графен NiO @ с помощью простой гидротермальной реакции и процесса отжига.82 Максимальное RL пористого цветоподобного графена NiO @ составляло -59,6 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитной волны составляла 4,2 ГГц. Другие магнитные частицы, включая гексагональный BaFe ₁₂ O ₁₉ 84, 85 и карбонильное железо83, 86, были широко разработаны в качестве материалов, поглощающих электромагнитные волны.Zhu et al. исследовали характеристики поглощения электромагнитных волн композитами RGO / сферическое карбонильное железо (RGO / SCI) .83 Максимальное RL и эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн композитов RGO / SCI достигли -52,46 дБ и 4,19 ГГц, соответственно. Максимальное RL композитов графен / Ba _0,8 La _0,2 Fe ₁₂ O ₁₉ составляло -40,26 дБ, а соответствующая эффективная ширина полосы поглощения электромагнитной волны составляла 3,87 ГГц. 84 Магнитные наночастицы CoFe ₂ O ₄ имели большую магнитокристаллическую анизотропию и высокую намагниченность насыщения.Функционализированные композиты RGO / феррит кобальта были приготовлены трехступенчатым химическим методом.87 Эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн композитов составляла 7,17 ГГц. Fu et al. синтезированные нанокомпозиты графен / полая сфера CoFe ₂ O ₄ простым методом диффузии паров и прокаливания.88 Показаны схематическая диаграмма образования и характеристики поглощения электромагнитных волн композитов графен / полая сфера CoFe ₂ O ₄ в Рисунок 14.Максимальный RL подготовленных композитов составляет -18,5 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения составляет 3,7 ГГц. Максимальный RL композитов RGO / NiFe ₂ O ₄ составлял -42 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла 5,3 ГГц.89 Характеристики поглощения электромагнитных волн RGO / CoFe ₂ O ₄ были отнесены к диэлектрическая поляризация и гистерезисные потери. Более того, композиты имели гораздо лучшее согласование импеданса.
а) СЭМ-изображения полых сфер CoFe ₂ O ₄.б) Графен / CoFe ₂ O ₄ композитов с полыми сферами. в) Расчетная RL полых сфер CoFe ₂ O ₄. г) Расчетное RL композитов графен / CoFe ₂ O ₄ полых сфер. Воспроизведено с разрешения 88 Copyright 2014, Королевское химическое общество.
3.3 Тройные графеновые композиты для поглощения электромагнитных волн
Дальнейшие разработки поглотителей электромагнитных волн были сосредоточены на характеристиках многокомпонентных графеновых композитов.Различные многокомпонентные графеновые композиты, такие как Ba _0,9 La _0,1 Fe _11,9 Ni _0,1 O ₁₉ / RGO / полианилин (BF / RGO / PANI), 85 RGO / Cu ₂ O / Cu, 91 Ag @ Fe ₃ O ₄ / RGO, 92 Cu @ Ni / GO, 93, 94 Сплав FeNi / углеродные пористые микросферы / RGO (FeNi / CS / RGO), 95 FeCo @ RGO @ PPy, 96 FeNi ₃ @SiO ₂ @ RGO / PANI, 97 графен / PPy / CoFe ₂ O ₄, 99 графен / PANI / CoFe ₂ O ₄ 100.Эти абсорбенты имеют схожие механизмы поглощения электромагнитных волн, а соединение различных абсорбентов увеличивает интенсивность ослабления.90
RGO / Cu ₂ Композиты O / Cu были синтезированы с помощью мягких влажных химических реакций.91 Максимальное RL композитов составляло -51,8 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла 4,1 ГГц. Композиты Ag @ Fe ₃ O ₄ / RGO имели максимальное RL -40,05 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла 3.1 ГГц.92 Поглощение электромагнитных волн Cu @ Ni / RGO было результатом синергетического эффекта диэлектрических потерь и магнитных потерь.94 Wang et al. синтезированные композиты Cu @ Ni NW / RGO.93 По сравнению с Cu @ Ni NW или чистым rGO, композиты Cu @ Ni NW / RGO имели наивысшее значение RL -42,8 дБ. Композиты FeNi / CS / RGO были изготовлены химическим методом.95 Микроструктуры и свойства поглощения электромагнитных волн изготовленных композитов показаны на Рис. 15. Максимальное значение RL композитов FeNi / CS / RGO составляет -45.2 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляет 5,0 ГГц.
а) Схематическое изображение образования композита FeNi / CS / rGO. б) СЭМ изображение FeNi / CS / rGO. в) ПЭМ изображение FeNi / CS / rGO. Воспроизведено с разрешения 95 Copyright 2017, Королевское химическое общество.
Новые тройные графен / проводящие полимеры, включая PANI49, 50 и PPy51, 56, были изготовлены многими методами. Wang et al. синтезирована тройная сэндвич-структура нанокомпозитов FeCo @ RGO @ PPy.96 Максимальный RL нанокомпозитов FeCo @ RGO @ PPy составлял -40,7 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитной волны составляла 5,7 ГГц. Ding et al. синтезированных FeNi ₃ @SiO ₂ @ RGO / PANI многокомпонентных композитов и максимальное RL многокомпонентных композитов достигло -40,18 дБ.97 Максимальное RL нанокомпозитов PPy / RGO / Co ₃ O ₄ увеличилось до -33,5 дБ на 15,8 ГГц.98 Кроме того, композиты графен / PPy / CoFe ₂ O ₄ 99 и графен / PANI / CoFe ₂ O ₄ 100 имели отличные характеристики поглощения электромагнитных волн.Максимальный RL композитов графен / PPy / CoFe ₂ O ₄ составил -50,8 дБ. По сравнению с композитами графен / PANI / CoFe ₂ O ₄, композиты RGO / CoFe, содержащие полипропилен, RGO / CoFe ₂ O ₄ обладают более высокими характеристиками поглощения электромагнитных волн. Ba _0,9 La _0,1 Fe _11,9 Ni _0,1 O ₁₉ / RGO / PANI композиты были получены полимеризацией in situ.85 Максимальное RL композитов достигало -49,1 дБ, а эффективная полоса поглощения электромагнитных волн составляла с 12.От 4 до 16,72 ГГц.
Для дальнейшего улучшения характеристик поглощения электромагнитных волн графеновыми композитами, оксид магнитного металла, включая MnFe ₂ O ₄, 21 Fe ₃ O ₄, 101-103 Co ₃ O _{4 Разными методами синтезированы}, 104 CoO, 105 NiFe ₂ O ₄, 106 CoFe ₂ O ₄ и 107 ZnFe ₂ O ₄108. Zhang et al. сообщили о получении композитов RGO / Fe ₃ O ₄ / Fe с нанопрокладками.102 Характеристики поглощения электромагнитных волн и микроструктуры приготовленных композитов показаны на Рис. 16. Максимальное RL композитов с нанокольцами RGO / Fe ₃ O ₄ / Fe составляет -23,09 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляет 3,9 ГГц.
а) СЭМ-изображения наноколец α-Fe ₂ O ₃. б) Морфология колец FeNR @ rGO. Свойства микроволнового поглощения FeNR @ rGO различного состава и толщины: в) GF11, г) GF11-3h.Воспроизведено с разрешения 102 Copyright 2016, Springer.
Ren et al. синтезировали нанокомпозиты RGO / Fe ₃ O ₄ @ Fe / ZnO.103 Характеристики поглощения ЭМ-волн синтезированных нанокомпозитов показаны на Рис. RL ниже -20 дБ. Углеродистый Co ₃ O ₄ / Co / RGO композиты показали максимальное RL -52,8 дБ при 13.12 ГГц.104 Максимальное RL композита CoO / Co / ZnO / графен достигало -51,1 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла 4,7 ГГц.105
а) ПЭМ-изображение с низким разрешением четвертичных нанокомпозитов G / Fe ₃ O ₄ @ Fe / ZnO. б) HRTEM изображение индивидуальной наночастицы Fe ₃ O ₄ @Fe в нанокомпозитах. c) ПН тройных нанокомпозитов G / Fe ₃ O ₄ @Fe. г) ПН четвертичных нанокомпозитов G / Fe ₃ O ₄ @ Fe / ZnO.Воспроизведено с разрешения 103 Copyright 2012, Американское химическое общество.
Тройной NiFe ₂ O ₄ @SiO ₂ @RGO композиты имели максимальное RL -42,9 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн с RL ниже -10 дБ составляла 6,2 ГГц.106 Другой тройной CoFe ₂ O ₄ / RGO / SnS ₂ композиты имели максимальное RL, достигающее -54,4 дБ при 16,5 ГГц.107 В качестве обычного ферритового материала шпинели MnFe ₂ O ₄ и ZnFe ₂ O ₄ широко используются в полях поглощения электромагнитных волн.ZnFe ₂ O ₄ @SiO ₂ @RGO композиты с иерархической структурой были получены методом «покрытие-покрытие ».108 Максимальный RL ZnFe ₂ O ₄ @SiO ₂ @RGO композиты достигнут −43,92 дБ, а эффективная ширина полосы поглощения электромагнитных волн составляла 6,0 ГГц. Таким образом, приготовленные тройные графеновые композиты обладают превосходными характеристиками поглощения электромагнитных волн на высоких частотах. Использование композитов с тройным графеном — важный путь для разработки новых и превосходных материалов, поглощающих электромагнитные волны.
3.4 Резюме
Графен и его композиты считаются перспективными материалами для поглощения электромагнитных волн. Однако по-прежнему требовалось много усилий, чтобы превратить превосходные поглотители электромагнитных волн в практическое применение. Бинарные гетерогенные композиты графена с проводящими металлами, керамикой, проводящими полимерами и магнитными наночастицами для поглощения электромагнитных волн были созданы множеством различных методов. Интеграция графена и других материалов с потерями может, как правило, создавать синергетические эффекты, которые значительно влияют на характеристики поглощения электромагнитных волн.Для дальнейшего увеличения ослабления падающей электромагнитной волны, тройные и даже четвертичные композиты были тщательно исследованы.
(PDF) Воздействие высокочастотных электромагнитных волн на растительные организмы
M. Ursache et al. 12 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. М. Мураджи, Т. Асаи, В. Татебе, Скорость роста первичных корней проростков Zea mays, выращенных в переменном магнитном поле
различной частоты, Bioelectrochem. Биоэнерг., 44, 271–273, 1998.
2. Г. Фишер, М. Таус, М. Кок, Д. Гриль, Влияние слабых магнитных полей 16 2/3 Гц на рост
Параметры
молодых сеянцев подсолнечника и пшеницы. , Bioelectromagnetics, 25, 638–641, 2004.
3. А. Пазур, Х. Шеер, Рост пресноводных зеленых водорослей в слабых переменных магнитных полях с частотой
7,8 Гц, Z. Naturforsch., 47c, 690– 694, 1992.
4. МП Александр, С. Doijode, Электромагнитное поле, новый инструмент для увеличения всхожести и
силы проростков консервированного лука (Allium cepa L.) и семена риса (Oryza sativa L.) с низкой жизнеспособностью
, Информационный бюллетень по генетическим ресурсам растений, 104, 1–5, 1995.
5. А. Яно, Ю. Охаши., Т. Хирасаки, К. Фудзивара, Влияние магнитного поля 60 Гц на фотосинтез
Поглощение CO2 и ранний рост проростков редиса, Bioelectromagnetics, 25 (8), 572–581, 2004.
6. А. Фирстенберг, Использование микроволн на нашей планете: воздействие на окружающую среду Wireless Revolution:
Cellular Phone, Taskforce Press, 1997.
7. M. Zamfirescu, Gh. Сажин, И. Русу, М. Сажин, Э. Ковач, Efecte biologice ale radiaţiilor
electromagnetice de radiofrecvenţă şi microunde, Editura Medicală, Bucureşti, 2000.
8. В. Русселло, К. Тамбурелло, Микро Шиалабло. влияние на прорастание и рост семян Brassica
drepanensis, Труды 3-го Междунар. Конгресс Европейской ассоциации биоэлектромагнетиков
, 89, 1996.
9. Э. Хамада, Влияние микроволновой обработки на рост, фотосинтетические пигменты и некоторые
метаболитов пшеницы, Biologia Plantarum, 51 (2), 342–345, 2007 г.
10. П. Шмутц, Дж. Зигенталер, К. Стагер, Д. Тарьян, Дж. Б. Бухер, Длительное воздействие микроволнового излучения на молодые деревья
ели и бука с частотой 2450 МГц, Наука об окружающей среде, 180
(1), 43–48, 1996.
11. Al. Влаховичи, А. Павел, П. Гаснер, М. Трифан, Д. Крянга, Влияние микроволнового излучения на спектры флуоресценции
ассимиляционных пигментов у Chelidonium majus, Proc. Int. Coll. On
Optical and Hertzian Dielectrics, Le Mains, Franţa, 181–184, 2001.
12. эт. Туфеску, Д. Крянга, Культуры тканей мака под воздействием микроволнового излучения, OHD’03 (Международный коллоквиум по оптическим и герцевским диэлектрикам
), Кале, Франция, 77–80, 2003.
13. Д. Крянга, О. Унгуряну- Кочиш, Э. Унгуряну, Флорида. Туфеску, Воздействие микроволн на некоторые зерновые
культур, Реферат, EPS10 (Европейская физическая конференция), Севилья, Испания, 89, 1996.
14. Д. Крянга, А. Павел, И.И. Бара, К.Е. Унгуряну, П. Гаснер, Предполагаемый нетепловой эффект электромагнитных волн высокой частоты
на проростки зерновых, Сборник тезисов, 4-й Конгресс EBEA, 57–
58 Загреб, Хорватия, 1998.
15. D. Creanga, Fl. Туфеску, М. Черня, И.И. Бара, Некоторые количественные аспекты воздействия микроволн низкой интенсивности
на Secale cereale, Румынский журнал биофизики, 5, 2–3,
153–159, 1995.
16. Fl. Туфеску, Д. Крянга, Фотосинтез травяных растений под воздействием микроволнового излучения, OHD’03
(Оптические и герцевские диэлектрики, Кале, Франция, 81–84, 2003.
17. А. Павел, П. Гасснер, Д. Крянга, С.Миклаус, И. Bara, Citogenetic модификации, индуцированные
в Chelidonium низкими тепловыми микроволнами, Ann. Sc. U. Fr. Comte, Physique, B5-B8,
Besancon, 1999.
18. Fl. Туфеску, Д. Крянга, Влияние электромагнитных центриметрических волн на ядро клеток ржи,
OHD’03 (Оптические и герцевские диэлектрики), Кале, Франция, 85–89, 2003.
19. К. Унгуряну, А. Павел, Д. Creanga, P. Gassner, Цитогенетические тесты на культурах in vitro, обработанных микроволнами
, Rev.мед. chirurg., 102, 3–4, 34–40, 1998.
2. Электромагнитный спектр — Physics LibreTexts
Наше объяснение электромагнитных волн (колеблющееся электрическое поле создает колеблющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, создает колеблющееся электрическое поле). поле и так далее …) предлагает способ создания электромагнитных волн. Взяв заряды (источник электрических полей) и раскачивая их вверх и вниз, должен начаться весь процесс! Частота, с которой колеблются заряды вверх и вниз, устанавливает частоту производимых электромагнитных волн, подобно тому, как частота волны на струне задается человеком на конце струны, колеблющим ее.Для электромагнитных волн, как и для всех других волн, с которыми мы имели дело, частота определяется источником.
Разные виды света возникают на разных частотах
Однако это кажется немного странным. У большинства из нас был свитер, который мы носили в какой-то момент своей жизни, из-за накопления на нем заряда. Раскачиваясь вперед и назад, мы заставляли эти заряды колебаться, но мы не казались , чтобы внезапно создать свет! В Physics 7A мы узнали, что атомы при температурах выше абсолютного нуля колеблются, и эти атомы состоят из электронов и протонов, но большинство объектов не , похоже, светятся в темноте.На самом деле кажется, что если свет — это колебание заряда, то вообще будет очень трудно найти темноту!
Фактически, мы испускаем электромагнитное излучение, когда мы раскачиваемся взад и вперед, а объекты в темных комнатах действительно светятся. Свет, создаваемый в этих условиях, не является видимым светом . Для видимого света заряды должны колебаться взад и вперед примерно 10 ¹⁴ раз в секунду! Для объектов с комнатной температурой (около 300K) колеблющиеся атомы излучают электромагнитный свет с частотой примерно 10 ¹³ Гц.Этот свет называется инфракрасный , потому что его частота ближе всего к красному в видимом свете. Хотя люди не могут видеть этот свет, некоторые животные могут, и мы можем сделать камеры, которые могут обнаруживать этот свет. Например, очки ночного видения работают, обнаруживая инфракрасный свет. Если мы хотим, чтобы объект излучал значительное количество видимого света, мы должны заставить его атомы вибрировать быстрее. Как мы узнали из 7А, один из способов сделать это — повысить температуру. Например, дровяной огонь горит около 1500 градусов Кельвина.{11} \ text {Hz} \), которую мы не можем видеть напрямую. Подобно инфракрасному свету, у нас есть устройства, которые могут обнаруживать этот свет, и его изучение дает нам более глубокое понимание происхождения Вселенной.
Низкочастотный длинноволновый свет
Электромагнитные волны разных частот могут использоваться для самых разных целей. На самых низких частотах или на самых длинных волнах (потому что \ (\ lambda = v_ {wave} / f \)) у нас есть радиоволны . 9 \ text {Hz} \).{16} \ text {Hz} \) и далее разбивается на категории UVA, UVB, UVC, Far UV и Extreme UV. УФ-свет может повредить кожу (УФ-свет, испускаемый солнцем, является причиной солнечных ожогов). Риск повреждения увеличивается с увеличением частоты УФ-излучения. Солнце излучает излучение в поддиапазонах UVA, UVB и UVC, однако почти все солнечное излучение UVB и UVC поглощается озоновым слоем Земли в верхних слоях атмосферы.
Использование термина Рентген немного отличается.{16} \ text {Hz} \)) и достаточно энергичны, чтобы проходить через ткани. Поэтому мы используем рентгеновские аппараты для визуализации костей.
Гамма-лучи образуются при ядерных переходах и относятся к частотам выше 10 ²² Гц. Из-за квантованной природы света при обсуждении гамма-лучей обычно удобнее говорить об отдельных фотонах, чем о непрерывной волне. По этой причине термин «гамма-частицы» иногда используется как синоним «гамма-лучи».»
Полный спектр
Поскольку различные типы света встречаются в диапазоне частот, мы можем приписать каждый тип света части так называемого электромагнитного спектра . Диаграмма спектра показана ниже с частоты, обозначенные соответствующим образом.
Стоит отметить, что разделение между разными типами света основано на том, как люди воспринимают свет.Мы могли бы разделить спектр на любых произвольных части, если бы захотели.
Полезные приближения
В таблице 1 приведены типичные приближения порядка величин длин волн для каждой части спектра. Поскольку длина волны зависит от среды, обратите внимание, что представленные здесь длины волн действительны только в вакууме.
91amb103 \ (\ lamb103 \ (\ lambda3 \ (\ lambda \ sim \) \ sim \) Блохи
Таблица 1: Порядок величин спектральных областей
Часть спектра Типичный размер длины волны в вакууме
Коротковолновое радио \ (\ lambda \ sim \)
AM-радио, FM-радио, телевещание \ (\ lambda \ sim \) Люди
Микроволны \ (\ lambda \ sim \) Насекомые
Инфракрасный
Видимый \ (\ lambda \ sim \) Клетки
Ультрафиолет \ (\ lambda \ sim \) Молекулы
Рентгеновские лучи \ sim \) Атомы
\ (\ gamma \) — лучи \ (\ lambda \ sim \) Атомные ядра
В таблице 2 ниже приведены частоты и длины волн различных участков спектра видимого света. (разные цвета).Представленные здесь длины волн верны только в вакууме, но частоты верны в любой среде (потому что частота задается источником света).
Таблица 2:
Цвет \ (\ lambda \) диапазон (нм) \ (\ lambda \) средняя точка (нм) Частота (10 ¹⁴ Гц)
Красный 620-750 700 4.3
Оранжевый 590-620 600 5,0
Желтый 570-590 580 5,1
Зеленый 903-570 903 5,5 903 903 5,5
Синий 450-495 470 6,4
Фиолетовый 380-450 400 7,5
Fire and Chemistry2 We
температура около 1500 К.Частоты излучения света на этом пике температуры в инфракрасном диапазоне, с некоторым количеством света, излучаемым также в красном видимом диапазоне. При низкой температуре объекты, излучающие свет из-за тепловой энергии (например, горячий металл), светятся тускло-красным светом. При повышении температуры пик излучаемых частот становится выше, и начинает появляться синий свет. Тусклый красный цвет становится оранжевым по мере того, как излучаются более высокие частоты, и в конечном итоге оранжевый становится белым, который содержит много частот.Диапазон излучаемых частот также увеличивается с повышением температуры, поэтому свет всегда содержит некоторое количество красного цвета. Мы не наблюдаем такие горячие объекты, которые светятся только синим цветом — всегда присутствует некоторое загрязнение из нижней (красной) части. спектра.
Изучая химию, вы заметите, что при сжигании разных металлов (например, в горелке Бунзена) возникает пламя разного цвета. Если вы не видели этого в химии, вы, вероятно, видели это в шоу фейерверков — различные химические вещества в фейерверках при окислении выделяют разные цвета.Это, кажется, противоречит нашему предыдущему утверждению о том, что более горячие объекты светятся на разных частотах, но сохраняют красный цвет в излучаемом ими свете. Однако упомянутый здесь свет на самом деле не является тепловым. Тепловой свет возникает из-за случайного движения зарядов и равнораспределения энергии. Свет, излучаемый фейерверком, имеет разные цвета, потому что окисляющиеся чистые вещества испускают свет, частота которого определяется уровнями энергии, доступными электронам в металле. Эффект квантово-механический, а не термический.Мы обсуждаем этот эффект больше, когда говорим о фотонах и энергетическом спектре, доступном системе.
Могут ли определенные частоты электромагнитных волн или излучения влиять на работу мозга?
Амир Раз, доцент кафедры клинической нейробиологии Колумбийского университета, предлагает следующий ответ.
Определенно. Радиация — это энергия, и результаты исследований предоставляют по крайней мере некоторую информацию о том, как определенные типы могут влиять на биологические ткани, в том числе на мозг.В некоторых случаях эффект может быть терапевтическим. Например, транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — это метод, используемый для кратковременного прерывания нормальной активности в относительно ограниченной области мозга путем быстрого изменения сильного магнитного поля рядом с интересующей областью. Марк Джордж представил хороший отчет о TMS в сентябрьском номере журнала Scientific American за 2003 год. В нем он описал, как закрепленные на голове проволочные катушки могут доставлять мощные, но затухающие магнитные импульсы непосредственно в фокусные области мозга, чтобы безболезненно модулировать нервную активность, индуцируя слабые электрические токи.Клинически ТМС может помочь облегчить определенные симптомы, в том числе депрессию.
Исследователи обычно различают эффекты ионизирующего излучения (например, дальнего ультрафиолета, рентгеновских лучей и гамма-лучей) и неионизирующего излучения (включая видимый свет, микроволновое и радио). Ионизирующая разновидность может быть нежелательной, потому что она может вызвать повреждение ДНК и мутации, поэтому мы все должны ограничить наше воздействие его источников, включая радиоактивные материалы и солнечное излучение.Однако с учетом современных технологий неионизирующее излучение от линий электропередач, персональных беспроводных устройств, вышек сотовой связи и других источников практически неизбежно. Электромагнитные поля крайне низкой частоты (ЭМП) окружают бытовую технику, а также высоковольтные линии электропередачи и трансформаторы.
Доказательства воздействия ЭМП на здоровье, включая их влияние на мозг, неубедительны, и вероятность того, что воздействие ЭМП представляет реальную опасность для здоровья, в настоящее время мала.Тем не менее, воздействие высоких уровней неионизирующей энергии, например, на радиоволнах, может повредить структуру и функции нервной системы. Например, микроволновые частоты ниже 3000 мегагерц могут проникать через внешние слои кожи, поглощаться нижележащими тканями и вызывать все известные биологические эффекты нагрева, включая ожоги, катаракту и, возможно, смерть. Действительно, государственные регулирующие органы устанавливают большинство пределов воздействия, чтобы гарантировать, что количество ткани, нагретой за счет поглощения энергии, не превышает того, что может выдержать тело.
Возможно, нагрев — не единственный эффект излучения. Некоторые ученые утверждают, что человеческие ткани, в том числе мозг, могут быть нетепловыми. К сожалению, многие параметры воздействия, такие как частота, ориентация, модуляция, плотность мощности и продолжительность, затрудняют прямое сравнение экспериментов и делают конкретные выводы на нетепловых уровнях. Кроме того, важно помнить, что, как и следовало ожидать, интерпретации результатов в этой области исследования окутаны противоречиями, особенно потому, что особые интересы могут влиять на некоторые исследования.Публикация результатов не обязательно является научным подтверждением исследования.
При более низких уровнях воздействия данные о конкретных эффектах, которые могут возникать в результате прямого нейронного взаимодействия с радиочастотными полями, немногочисленны. Кроме того, многие исследования, требующие провокационных результатов, еще не были воспроизведены независимыми лабораториями. Другие исследования описывают потенциальные ассоциации. Например, в недавнем отчете предполагается, что низкоинтенсивное электромагнитное поле геомагнитных бурь — возмущения магнитного поля Земли, вызванные порывами солнечного ветра — может иметь тонкое, но измеримое влияние на уровень самоубийств среди женщин.
В последние годы сотовые телефоны, которые передают и принимают на радиочастотах, стали повсеместными. Исследователи выяснили, влияют ли эти низкоинтенсивные радиоволны на центральную нервную систему и когнитивные способности. Несколько исследований пришли к выводу, что воздействие мобильного телефона улучшает определенные аспекты когнитивных функций, измеряемых временем реакции и точностью; другие не показали никакой разницы, а некоторые, включая совсем недавнее исследование, показали, что такое воздействие имело пагубные последствия в определенных контекстах, таких как продолжительность концентрации внимания.В научной литературе крайне не хватает репликации отрицательных или положительных эффектов воздействия на познавательные способности, и требуется дополнительная работа для проверки и согласования различий между исследованиями, в которых сообщается о противоречивых эффектах или об их отсутствии.
К сожалению, по крайней мере, некоторые из этих исследований не соответствуют многим критериям хороших исследований, что еще больше снижает их научную ценность. Следовательно, необходимы более хорошо контролируемые исследования, чтобы подтвердить выводы о том, влияет ли воздействие сотовых телефонов на познание, особенно в долгосрочной перспективе.Тем не менее, большинство описанных эффектов незначительны до тех пор, пока интенсивность излучения находится в разумном нетепловом диапазоне, а его продолжительность не превышает обычного воздействия для пользователей.
В 2002 году Великобритания опубликовала брошюру, в которой рекомендовалось, чтобы дети и молодые люди как можно реже пользовались сотовыми телефонами. Годом позже министр внутренних дел Таиланда рассмотрел вопрос о запрете их использования детьми. Но в 2004 году Совет по здравоохранению Нидерландов, не сумев найти убедительных научных данных, демонстрирующих разницу между детьми и взрослыми в поглощении электромагнитной энергии, не нашел причин рекомендовать ограничение использования детьми.
Мне не было известно веских научных доказательств, подтверждающих такие опасения, но, учитывая, что мой мобильный телефон был одной из любимых игрушек моих маленьких сыновей, я позволил ему поиграть с ним только после того, как убедился, что он выключен. Осторожный подход остается оправданным, поскольку нельзя полностью исключить вредные последствия. Однако теперь, когда мой сын научился включать мой телефон, я напоминаю себе, что, когда эти телефоны используются в общественных местах, косвенное воздействие на здоровье раздраженных прохожих вполне может перевесить прямые нервные расстройства у их пользователей.
Тем не менее, совсем недавно опубликованный отчет связывает повышенный риск злокачественной опухоли головного мозга с длительным использованием сотового телефона. Этот отчет не представляет собой новое исследование, а представляет собой комбинированный анализ двух популяционных исследований случай-контроль, опубликованных в 2003 и 2005 годах. Результаты этого отчета трудно интерпретировать, поскольку экспериментальный план заметно отличается от предыдущих исследований. длительное использование сотового телефона и рак мозга. Например, оценка воздействия в основном проводилась с использованием рассылаемых по почте вопросников; множественные смешивающие факторы не учитывались, а единственная статистическая поправка корректировалась только для года постановки диагноза.Кроме того, отсутствует убедительный механизм действия, и неясно, какой физиологический процесс мог бы объяснить такую решающую корреляцию. Наконец, результаты несовместимы с большинством исследований на животных, которые не показывают взаимосвязи между воздействием сотового телефона и раком мозга.
Конечно, сотовые телефоны — это не единственная форма радиационного облучения, это просто пример популярной технологии. И, как и в случае с TMS, некоторые воздействия могут быть полезны в определенных контекстах. Магнитно-резонансная томография (МРТ) живого мозга использует внешнее магнитное поле.Предварительные данные свидетельствуют о том, что настроение пациентов с биполярным расстройством улучшается сразу после того, как они проходят определенную процедуру МРТ.

Источники высокочастотных электромагнитных излучений в производственной среде

Влияние высокочастотных ЭМИ на организм человека

Нормирование электромагнитных излучений на рабочих местах

Методы и средства защиты от электромагнитных излучений

Организация безопасного рабочего места с компьютером

Профилактические мероприятия для работников

Перспективные направления защиты от ЭМИ

Влияние электромагнитных излучений на здоровье человека. 01 февраля 2021 г.

Урок 11. применение электромагнитного излучения — Физика — 11 класс

Методы лечения

Изобретения А.С. Попова

Первый приемник

Грозоотметчик

Телефонный приемник депеш

Попов или Маркони

Электромагнитные волны, свойства. Электромагнитное поле. Тесты, курсы по физике

Тестирование онлайн

Электромагнитное поле

Свойства электромагнитных волн

Диапазон электромагнитных волн

Принцип радиосвязи

Радар (радиолокатор)

Распространение электромагнитных волн | Компьютерные сети

Возбуждение мощных высокочастотных колебаний в линии с насыщенным ферритом

Конструкция сбора энергии направлена ​​на превращение высокочастотных электромагнитных волн в полезную энергию | MIT News

Нагрев ионов высокочастотными электромагнитными волнами в замагниченной плазме: Физика плазмы: Том 20, № 7

БЛАГОДАРНОСТИ

Влияние ультравысокочастотного излучения мобильных телефонов на здоровье человека

Моза Моради

Насроллах Нагди

Хамидреза Хеммати

Маджид Асади-Самани

Махмуд Бахмани

Реферат

Введение

Методы

Результаты

Заключение

1. Введение

2. Материалы и методы

2.1. Импульсный высоковольтный модуль (SMHVM)

2.2. Радиочастотная дозиметрия

2.3 Измерения глубины проникновения RF

3. Результаты

Таблица 1

4. Обсуждение

5. Выводы

Благодарности

Сноски

Список литературы

На пути к применению поглощения высокочастотных электромагнитных волн углеродными наноструктурами — Li — 2019 — Advanced Science

3.1 Графен для поглощения электромагнитных волн

3.2 Бинарные графеновые композиты для поглощения электромагнитных волн

3.2.1 Композиты графен / проводящий металл для поглощения электромагнитных волн

3.2.2 Композиты графен / керамика для поглощения электромагнитных волн

3.2.3 Композиты графен / сульфид металла для поглощения электромагнитных волн

3.2.4 Композиты графен / проводящий полимер для поглощения электромагнитных волн

3.2.5 Композиты графен / магнитные наночастицы для поглощения электромагнитных волн

3.3 Тройные графеновые композиты для поглощения электромагнитных волн

3.4 Резюме

(PDF) Воздействие высокочастотных электромагнитных волн на растительные организмы

2. Электромагнитный спектр — Physics LibreTexts

Разные виды света возникают на разных частотах

Низкочастотный длинноволновый свет

Полный спектр

Полезные приближения

Fire and Chemistry2 We

Могут ли определенные частоты электромагнитных волн или излучения влиять на работу мозга?

Конструкция сбора энергии направлена на превращение высокочастотных электромагнитных волн в полезную энергию | MIT News