Группа электромагнитных волн представлена многочисленными подвидами, которые имеют природное происхождение. К этой категории причисляется и микроволновое излучение, которое еще называют сверхвысокочастотным излучением. Коротко такой термин называют аббревиатурой СВЧ. Частотный диапазон этих волн расположился между инфракрасными лучами и радиоволнами. Не может похвастаться этот вид облучения и большой протяженностью. Этот показатель варьируется от 1 мм до 30 см максимум.
Первоисточники излучения формата СВЧ
Многие ученые пытались доказать негативное воздействие микроволн на человека в своих экспериментах. Но в проведенных опытах они ориентировались на различные источники такого излучения, имеющие искусственное происхождение. А в реальной жизни людей окружают множество природных объектов, производящих подобное облучение. С их помощью человек прошел через все стадии эволюции и стал таким, каким является на сегодняшний день.
С развитием современных технологий к источникам естественного происхождения излучения, вроде Солнца и других космических объектов, присоединились искусственные. Наиболее распространенными среди них принято называть:
- установки радиолокационного спектра действия;
- радионавигационное оборудование;
- системы для спутникового телевидения;
- мобильные телефоны;
- микроволновые печки.
Принцип воздействия микроволн на организм
В ходе многочисленных экспериментов, где изучалось воздействие микроволн на человека, ученые установили, что такие лучи не обладают ионизирующим действием.
Ионизированными молекулами называют дефектные частицы веществ, которые приводят к запуску процесса мутации хромосом. Из-за этого клетки становятся дефектными. Причем предсказать, какой именно орган пострадает, достаточно проблематично.
Исследования на эту тему подтолкнуло ученых к выводу, что при попадании опасных лучей на ткани человеческого организма, они частично начинают поглощать поступившую энергию. Из-за этого происходит возбуждение высокочастотных токов. С их помощью нагревается организм, что приводит к усилению циркуляции крови.
В случае если облучение носило характер локального поражения, то тепловой отвод от разогретых участков может происходить очень быстро. Если же человек попал под общий поток облучения, то такой возможности у него нет. За счет этого опасность влияния лучей повышается в несколько раз.
Самой главной опасностью при влиянии СВЧ излучения на человека считается необратимость произошедших в организме реакций. Объясняется это тем, что циркуляция крови тут выступает главным звеном охлаждения организма. Так как все органы связаны между собой кровеносными сосудами, тепловой эффект тут выражается очень явственно. Самой незащищенной частью организма считается глазной хрусталик. Сначала он начинает постепенно мутнеть. А при длительном облучении, носящем регулярный характер, хрусталик начинает разрушаться.
Кроме хрусталика высокая вероятность серьезных поражений сохраняется у ряда других тканей, которые в своем составе содержат много жидкого компонента. К этой категории причисляют:
- кровь,
- лимфу,
- слизистую органов пищеварения от желудка до кишечника.
Даже краткосрочное, но мощное облучение приводит к тому, что человек начнет испытывать ряд отклонений вроде:
- изменений в крови;
- проблем с щитовидной железой;
- уменьшения эффективности обменных процессов в организме;
- проблем с психологическим состоянием.
В последнем случае возможны даже депрессивные состояния. У некоторых пациентов, которые испытали облучение на себе и при этом имели нестабильную психику, прослеживались даже попытки суицида.
Еще одной опасностью этих невидимых глазу лучей считается кумулятивный эффект. Если изначально больной может не испытывать никакого дискомфорта даже во время самого облучения, через время оно даст о себе знать. Из-за того, что на ранней стадии сложно проследить какие-либо характерные симптомы, больные часто списывают свое нездоровое состояние на общую усталость или накопившийся стресс. А в это время у них начинаются формироваться различные патологические состояния.
На начальной стадии пациент может испытывать стандартные головные боли, а также быстро утомляться и плохо спать. У него начинают развиваться проблемы со стабильностью артериального давления и даже болеть сердце. Но даже эти тревожные симптомы многие люди списывают на постоянное пребывание в напряжении из-за работы или сложностей в семейной жизни.
Регулярное и длительное облучение начинает разрушать организм на глубинном уровне. Из-за этого высокочастотное излучение было признано опасным для живых организмов. В ходе исследований выяснилось, что молодой организм более подвержен негативному влиянию электромагнитного поля. Объясняется это тем, что дети еще не успели сформировать надежный иммунитет хотя бы для частичной защиты от негативного внешнего влияния.
Признаки воздействия и стадии его развития
В первую очередь от подобного влияния развиваются различные неврологические расстройства. Это могут быть:
- повышенная утомляемость,
- снижение продуктивности труда,
- головная боль,
- головокружение,
- сонливость или наоборот – бессонница,
- раздражительность,
- слабость и вялость,
- обильная потливость,
- проблемы с запоминанием,
- ощущение прилива к голове.
Микроволновое излучение влияние на человека оказывает не только по физиологической части. При тяжелом течении болезни возможны даже обморочные состояния, неудержимый и беспричинный страх и галлюцинации.
Не менее сильно от облучения страдает сердечно-сосудистая система. Особенно яркий эффект просматривается в категории расстройство нейроциркуляторной дистонии:
- одышка даже без значительной физической нагрузки;
- болевые ощущения в области сердца;
- смещение ритма сердцебиения, в том числе и «замирание» сердечной мышцы.
Если в этот период человек обращается к кардиологу за консультацией, то врач может выявить у пациента гипотензию и приглушение тонов сердечной мышцы. В редких случаях у больного прослеживается даже систолический шум на верхушке.
Немного по-другому выглядит картина, если человек попадает под воздействие СВЧ на нерегулярной основе. В таком случае у него будет прослеживаться:
- легкое недомогание,
- чувство усталости без причины;
- болевые ощущения в области сердца.
Во время физической нагрузки у больного даст о себе знать одышка.
Схематически все виды хронического облучения от микроволн можно разделить на три стадии, которые отличаются степенью симптоматической выраженности.
Первая ступень предусматривает отсутствие характерных признаков астении и нейроциркуляторной дистонии. Могут прослеживаться только отдельные симптоматические жалобы. Если прекратить облучение, то через время все неприятные ощущения исчезают без дополнительного лечения.
На второй стадии прослеживаются более отчетливые признаки. Но на этом этапе процессы все еще остаются обратимыми. Это означает, что при правильном и своевременном лечении больной сможет вернуть себе здоровье.
Третья фаза встречается очень редко, но все же имеет место быть. При подобном раскладе у человека происходят галлюцинации, обмороки и даже нарушения, связанные с чувствительностью. Дополнительным признаком может стать коронарная недостаточность.
Биологический эффект от полей СВЧ
Так как каждый организм имеет собственные уникальные особенности, биологический эффект от облучения тоже может разниться от случая к случаю. В основе выявления тяжести поражения лежат несколько основополагающих принципов:
- интенсивность излучения,
- период влияния,
- длина волны,
- изначальное состояние организма.
Последний пункт включает в себя хронические или генетические заболевания отдельно взятого пострадавшего.
Главной опасностью при излучении выступает тепловое действие. Оно предусматривает повышение температуры тела. Но доктора также фиксируют в подобных случаях и нетепловое действие. В такой ситуации классического повышения температуры не происходит. А вот физиологические сдвиги все равно наблюдаются.
Тепловое воздействие под призмой клинического анализа подразумевает не только стремительный рост температуры, а и:
- учащение пульса,
- одышку,
- повышенное давление,
- усиление саливации.
Если же человек находился всего 15-20 минут под воздействие лучей маленькой интенсивности, которые не превышали предельно допустимые нормативы, то у него происходят различные изменения нервной системы на функциональном уровне. Все они имеют различную степень выражения. Если же провести несколько идентичных повторных облучений, то происходит накапливание эффекта.
Как защитить себя от СВЧ-излучения?
Перед тем как искать методы защиты от СВЧ излучения, сначала нужно разобраться с характером влияния такого электромагнитного поля. Здесь следует учитывать сразу несколько факторов:
- удаленность от предполагаемого источника угрозы;
- время облучения и интенсивность;
- импульсивного или непрерывного вида облучения;
- некоторых внешних условий.
Чтобы высчитать количественную оценку опасности, специалисты предусмотрели введение понятия плотности излучения. Во многих странах эксперты принимают за стандарт этого вопроса показатель в 10 микроватт на сантиметр. На практике это означает, что мощность потока опасной энергии в месте, где человек проводит большую часть времени, не должна переваливать за этот допустимый предел.
Каждый человек, который заботится о своем здоровье, может самостоятельно оградить себя от возможной опасности. Для этого достаточно просто сократить количество времени провождения около искусственных источников СВЧ-лучей.
По-другому необходимо подходить к решению этой проблемы тем людям, чья работа тесно связана с воздействием микроволн разного проявления. Им потребуется использовать специальные средства защиты, которые условно делятся на два типа:
- индивидуальные,
- общие.
Чтобы свести к минимуму возможные негативные последствия от влияния такого излучения, важно увеличить расстояние от работника до источника облучения. Другими действенными мерами по блокировке возможного негативного влияния лучей принято называть:
- изменение направления лучей;
- уменьшение потока излучения;
- сокращение временного промежутка воздействия;
- использование средства экранирования;
- дистанционное управление опасными объектами и механизмами.
Все существующие защитные экраны, направленные на сохранение пользовательского здоровья, разделяются на два подвида. Их классификация предусматривает разделение по свойствам самого микроволнового излучения:
- отражающее,
- поглощающее.
Первый вариант защитного оборудования создается на основе металлической сетки, либо листового металла и металлизированной ткани. Так как ассортимент подобных помощников достаточно велик, сотрудникам различных вредных производств будет из чего выбрать.
Наиболее распространенными версиями числятся листовые экраны из однородного металла. Но для некоторых ситуаций этого недостаточно. В таком случае необходимо заручиться поддержкой многослойных пакетов. Внутри у них будут располагаться слои изоляционного или поглощающего материала. Это может быть обычный шунгит или углеродистые соединения.
Отдельно внимание служба безопасности предприятий обычно всегда уделяет средствам индивидуальной защиты. Они предусматривают специальную одежду, которая создается на основе металлизированной ткани. Это могут быть:
- халаты,
- фартуки,
- перчатки,
- накидки с капюшонами.
При работе с объектом излучения или в опасной близости к нему дополнительно потребуется использовать особенные очки. Их главным секретом выступает покрытие слоем металла. С помощью такой предосторожности получится отражать лучи. В общей сложности ношение индивидуальных средств защиты может снизить уровень облучения до тысячи раз. А очки рекомендуется носить при излучении в 1 мкВт/см.
Польза от микроволнового излучения
Кроме распространенного мнения о том, насколько вредны микроволны, существует и обратное утверждение. В некоторых случаях СВЧ способно приносить даже пользу для человечества. Но эти случаи должны быть тщательно изучены, а само излучение обязано производиться дозировано под присмотром опытных специалистов.
Терапевтическая польза от микроволнового излучения основывается на его биологическом воздействии, происходящем в процессе физиотерапии. Для генерирования лучей в лечебных целях (что называется стимуляцией) используются специальные медицинские генераторы. При их активации начинает производиться излучение по четко заданным системой параметрам.
Здесь учитывается заданная экспертом глубина, чтобы прогревание тканей дало обещанный положительный эффект. Главным преимуществом подобной процедуры выступает возможность провести качественную болеутоляющую и противозудную терапию.
Медицинские генераторы используют по всему миру, чтобы помогать людям, которые страдают:
- фронтитом,
- гайморитом,
- невралгией тройничного нерва.
Если же в оборудовании используется микроволновое излучение с увеличенной проникающей способностью, то с его помощью врачи успешно вылечивают ряд заболеваний по следующим направлениям:
- эндокринные,
- дыхательные,
- гинекологические,
- почки.
Если соблюдать все предписанные комиссией по безопасности правила, то СВЧ не нанесет существенного вреда организму. Прямое тому доказательство – использование его в лечебных целях.
Но если нарушить эксплуатационные правила, отказавшись добровольно себя ограничивать от сильнодействующих источников облучения, то это может привести к непоправимым последствиям. Из-за этого всегда стоит помнить, насколько опасными бывают микроволны, использующиеся бесконтрольно.
Среди огромного разнообразия электромагнитных волн, существующих в природе, весьма скромное место занимает микроволновое или сверхвысокочастотное излучение (СВЧ). Отыскать этот частотный диапазон можно между радиоволнами и инфракрасной частью спектра. Протяжённость его не особенно велика. Это волны длиной от 30 см до 1 мм.
Поговорим о его происхождении, свойствах и роли в сфере обитания человека, о том, как влияет этот «молчаливый невидимка» на человеческий организм.
Источники СВЧ-излучения
Существуют природные источники микроволнового излучения - Солнце и другие космические объекты. На фоне их излучения и происходило формирование и развитие человеческой цивилизации.
Но в наш, насыщенный всевозможными техническими достижениями век, к естественному фону присовокупились ещё и рукотворные источники:
- радиолокационные и радионавигационные установки;
- системы спутникового телевидения;
- сотовые телефоны и микроволновые печи.
Как микроволновое излучение влияет на здоровье человека
Результаты исследования влияния микроволнового излучения на человека позволили установить, что СВЧ лучи не обладают ионизирующим действием. Ионизированные молекулы - это дефектные частички вещества, приводящие к мутации хромосом. В результате живые клетки могут приобрести новые (дефектные) признаки. Этот вывод не означает, что микроволновое излучение не оказывает вред на человека.
Изучение влияния СВЧ-лучей на человека, позволило установить следующую картину - при их попадании на облучаемую поверхность, происходит частичное поглощение поступающей энергии тканями человека. В результате в них возбуждаются высокочастотные токи, нагревающие организм.
Как реакция механизма терморегуляции, следует усиление циркуляции крови. Если облучение было локальным, возможен быстрый отвод тепла от разогретых участков. При общем облучении такой возможности нет, поэтому оно является более опасным.
Поскольку циркуляция крови выполняет роль охлаждающего фактора, то в органах, обеднённых кровеносными сосудами, тепловой эффект выражен наиболее ярко. В первую очередь - в хрусталике глаза, вызывая его помутнение и разрушение. К сожалению, эти изменения необратимы.
Наиболее значительной поглощательной способностью отличаются ткани с большим содержанием жидкого компонента: крови, лимфы, слизистой желудка, кишечника, хрусталика глаза.
В результате могут наблюдаться:
- изменения в крови и щитовидной железе;
- снижение эффективности адаптационных и обменных процессов;
- изменения в психической сфере, которые могут привести к депрессивным состояниям, а у людей с неустойчивой психикой - спровоцировать склонность к суициду.
Микроволновое излучение обладает кумулятивным эффектом. Если в первое время его воздействие проходит бессимптомно, то постепенно начинают формироваться патологические состояния. Вначале они проявляются в учащении головных болей, быстрой утомляемости, нарушениях сна, повышении артериального давления, сердечных болях.
При длительном и регулярном воздействии СВЧ излучение приводит к глубинным изменениям, перечисленным ранее. То есть, можно утверждать, что СВЧ излучение оказывает негативное влияние на здоровье человека. Причём отмечена возрастная чувствительность к микроволнам - молодые организмы оказались более подверженными влиянию СВЧ ЭМП (электромагнитного поля).
Средства защиты от СВЧ-излучения
Характер воздействия СВЧ излучения на человека зависит от следующих факторов:
- удалённости от источника излучения и его интенсивности;
- продолжительности облучения;
- длины волны;
- вида излучения (непрерывное или импульсное);
- внешних условий;
- состояния организма.
Для количественной оценки опасности введено понятие плотности излучения и допустимой нормы облучения. В нашей стране этот стандарт взят с десятикратным «запасом прочности» и равен 10 микроватт на сантиметр (10 мкВт/см). Это означает, что мощность потока СВЧ энергии, на рабочем месте человека не должна превышать 10 мкВт на каждый сантиметр поверхности.
Как же быть? Сам собой напрашивается вывод, что следует всячески избегать воздействия микроволновых лучей. Уменьшить воздействие СВЧ-излучения в сфере быта достаточно просто: следует ограничить время контакта с бытовыми его источниками.
Совершенно иной механизм защиты должен быть у людей, чья профессиональная деятельность связана с воздействием СВЧ радиоволн. Средства защиты от СВЧ-излучения подразделяются на общие и индивидуальные.
Поток излучаемой энергии убывает обратно пропорционально увеличению квадрата расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Поэтому важнейшей коллективной защитной мерой является увеличение расстояния до источника излучения.
Другими действенными мерами по защите от СВЧ-излучения являются следующие:
Большая часть из них базируется на основных свойствах микроволнового излучения - отражении и поглощении веществом облучаемой поверхности. Поэтому защитные экраны подразделяются на отражающие и поглощающие.
Отражательные экраны выполняются из листового металла, металлической сетки и металлизированной ткани. Арсенал защитных экранов достаточно разнообразен. Это листовые экраны из однородного металла и многослойные пакеты, включающие слои изоляционных и поглощающих материалов (шунгита, углеродистых соединение) и т. д.
Конечным звеном в этой цепи являются средства индивидуальной защиты от СВЧ-излучения. Они включают спецодежду, выполненную из металлизированной ткани (халаты и фартуки, перчатки, накидки с капюшонами и вмонтированными в них очками). Очки покрыты тончайшим слоем металла, отражающего излучение. Их ношение обязательно при облучении в 1 мкВт/см.
Ношение спецодежды снижает уровень облучения в 100–1000 раз.
Польза микроволнового излучения
Вся предыдущая информация c негативной направленностью, имеет своей целью упредить нашего читателя от, исходящей от СВЧ-излучения, опасности. Однако среди специфических действий микроволновых лучей встречается термин стимуляция, то есть улучшение под их влиянием общего состояния организма или чувствительности его органов. То есть воздействие СВЧ-излучения на человека может быть и полезным. Терапевтическое свойство микроволнового излучения основано на его биологическом действии при физиотерапии.
Излучения, исходящие от специализированного медицинского генератора, проникает в организм человека на заданную глубину, вызывая прогревание тканей и целую систему полезных реакций. Сеансы СВЧ-процедур оказывают болеутоляющее и противозудное действие.
Их с успехом используют для лечения фронтита и гайморита, невралгии тройничного нерва.
Для воздействия на эндокринные органы, органы дыхания, почки, и лечения гинекологических заболеваний используют микроволновое излучение с большей проникающей способностью.
Исследование влияния СВЧ-излучения на организм человека начались несколько десятилетий назад. Накопленных знаний достаточно, чтобы быть уверенными в безвредности естественного фона этих излучений для человека.
Разнообразные генераторы этих частот, создают дополнительную дозу воздействия. Однако, их доля очень мала, а, используемая защита достаточно надёжна. Поэтому фобии об их огромном вреде не более чем миф, если соблюдаются все условия эксплуатации и защиты от промышленных и бытовых источников микроволновых излучателей.
Cекция "Tехника и технология переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья"
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СВЧ-ПОЛЯ
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Краев А.А. (кафедра физики, МГТУ)
Почти невозможно заранее рассчитать количество лучистой энергии, поглощенной телом человека в данном участке электромагнитного поля и преобразованной в теплоту. Величина этой энергии сильно зависит от основных электрических характеристик, положения, размеров и структуры мышечной и жировой тканей и направления падения волны, т. е. другими словами, эта величина зависит от входного сопротивления данной сложной структуры. Направление поляризации падающей волны относительно оси тела также играет существенную роль. В каждом отдельном случае для установления симптомов требуется точное исследование существующих условий. Действительное повышение температуры тела зависит от таких параметров окружающей среды, как температура и влажность, и от механизма охлаждения тела. Облучение в сверхвысокочастотном интенсивном поле живых тканей приводит к изменению их свойств, которые связаны с тепловыми последствиями поглощения излучения. Для изучения этих изменений живые ткани можно разделить на два класса: б) ткани, не содержащие кровеносных сосудов. При соответствующем регулировании выходной мощности генератора сверхвысоких частот и продолжительности облучения различные ткани, содержащие кровеносные сосуды, могут быть нагреты практически до любой температуры. Температура тканей, начинает повышаться сразу же после подвода к ней СВЧ-энергии. Этот рост температуры продолжается в течение 15-20 мин и может на 1-2 °С повысить температуру ткани по сравнению со средней температурой тела, после чего температура начинает падать. Падение температуры в облучаемом участке происходит в результате резкого увеличения в нем потока крови, что приводит к соответствующему отводу теплоты. Отсутствие кровеносных сосудов в некоторых частях тела делает их особенно уязвимыми к облучению сверхвысокими частотами. В этом случае теплота может поглощаться только окружающими сосудистыми тканями, к которым она может поступать только путем теплопроводности. Это в частности справедливо для тканей глаза и таких внутренних органов, как желчный пузырь, мочевой пузырь и желудочно-кишечный тракт. Малое количество кровеносных сосудов в этих тканях затрудняет процесс авторегулирования температуры. Кроме того, отражения от граничных поверхностей полостей тела и областей расположения костного мозга при определенных условиях приводит в образованию стоячих волн. Чрезмерное возрастание температуры в отдельных участках действия стоячих волн может вызвать повреждение ткани. Отражения такого рода вызываются также металлическими предметами, расположенными внутри или на поверхности тела. При интенсивном облучении этих тканей СВЧ-полем наблюдается их перегрев, приводящий к необратимым изменениям. В то же время СВЧ-поля малой мощности благотворно воздействуют на организм человека, что используется в медицинской практике. Головной и спинной мозг чувствительны к изменениям давления, и поэтому повышение температуры в результате облучения головы может иметь серьезные последствия. Кости черепной коробки вызывают сильные отражения, из-за чего оценить поглощенную энергию очень трудно. Повышение температуры мозга происходит наиболее быстро, когда голова облучается сверху или когда облучается грудная клетка, так как нагретая кровь из грудной клетки непосредственно направляется к мозгу. Облучение головы вызывает состояние сонливости с последующим переходом к бессознательному состоянию. При длительном облучении появляются судороги, переходящие затем в паралич. При облучении головы неизбежно наступает смерть, если температура мозга повышается на 6 °С. Глаз - это один из наиболее чувствительных к облучению энергией СВЧ органов, потому что он имеет слабую терморегуляционную систему и выделяющаяся теплота не может отводиться достаточно быстро. После 10 мин облучения мощностью 100 Вт на частоте 2450 МГц возможно развитие катаракты (помутнения хрусталика глаза), в результате чего белок хрусталика коагулирует и образует видимые белые вкрапления. На этой частоте наибольшая температура возникает около задней поверхности хрусталика, который состоит из протеина, легко повреждаемого при нагревании. Мужские половые органы в высшей степени чувствительны к тепловому воздействию и, следовательно, особенно уязвимы при облучении. Безопасная плотность излучения в виде максимального уровня 5 мВт/см 2 значительно ниже, чем для других чувствительных к облучению органов. В результате облучения семенников может наступить временное или постоянное бесплодие. Повреждение половых тканей рассматривают особо, так как некоторые генетики считают, что небольшие дозы облучения не приводят к каким-либо физиологическим нарушениям, в то же время могут вызвать мутации генов, которые остаются скрытыми в течение нескольких поколений.
Диапазон радиоизлучения противоположен гамма-излучению и тоже неограничен с одной стороны - со стороны длинных волн и низких частот.
Инженеры делят его на множество участков. Самые короткие радиоволны используют для беспроводной передачи данных (интернет, сотовая и спутниковая телефония); метровые, дециметровые и ультракороткие волны (УКВ) занимают местные теле- и радиостанции; короткие волны (КВ) служат для глобальной радиосвязи - они отражаются от ионосферы и могут огибать Землю; средние и длинные волны используют для регионального радиовещания. Сверхдлинные волны (СДВ) - от 1 км до тысяч километров - проникают сквозь соленую воду и применяются для связи с подводными лодками, а также для поиска полезных ископаемых.
Энергия радиоволн крайне низка, но они возбуждают слабые колебания электронов в металлической антенне. Эти колебания затем усиливаются и регистрируются.
Атмосфера пропускает радиоволны длиной от 1 мм до 30 м. Они позволяют наблюдать ядра галактик, нейтронные звезды, другие планетные системы, но самое впечатляющее достижение радиоастрономии - рекордно детальные изображения космических источников, разрешение которых превосходит десятитысячную долю угловой секунды.
Микроволны
Микроволны - это поддиапазон радиоизлучения, примыкающий к инфракрасному. Его также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением, так как у него самая большая частота в радиодиапазоне.
Микроволновый диапазон интересен астрономам, поскольку в нем регистрируется оставшееся со времен Большого взрыва реликтовое излучение (другое название - микроволновый космический фон). Оно было испущено 13,7 млрд лет назад, когда горячее вещество Вселенной стало прозрачным для собственного теплового излучения. По мере расширения Вселенной реликтовое излучение остыло и сегодня его температура составляет 2,7 К.
Реликтовое излучение приходит на Землю со всех направлений. Сегодня астрофизиков интересуют неоднородности свечения неба в микроволновом диапазоне. По ним определяют, как в ранней Вселенной начинали формироваться скопления галактик, чтобы проверить правильность космологических теорий.
А на Земле микроволны используются для таких прозаических задач, как разогрев завтрака и разговоры по мобильному телефону.
Атмосфера прозрачна для микроволн. Их можно использовать для связи со спутниками. Есть также проекты передачи энергии на расстояние с помощью СВЧ-пучков.
Источники
Обзоры неба
Небо в микроволновом диапазоне 1,9 мм (WMAP)
Космический микроволновый фон, называемый также реликтовым излучением, представляет собой остывшее свечение горячей Вселенной . Впервые оно было обнаружено А. Пензиасом и Р. Вильсоном в 1965 году (Нобелевская премия 1978 г.) Первые измерения показали, что излучение совершенно однородно по всему небу.
В 1992 году было объявлено об открытии анизотропии (неоднородности) реликтового излучения. Этот результат был получен советским спутником «Реликт-1» и подтвержден американским спутником COBE (см. Небо в инфракрасном диапазоне). COBE также определил, что спектр реликтового излучения очень близок к чернотельному . За этот результат присуждена Нобелевская премия 2006 года.
Вариации яркости реликтового излучения по небу не превышают одной сотой доли процента, но их наличие указывает на едва заметные неоднородности в распределении вещества, которые существовали на ранней стадии эволюции Вселенной и послужили зародышами галактик и их скоплений.
Однако точности данных COBE и «Реликта» было недостаточно для проверки космологических моделей, и поэтому в 2001 году был запущен новый более точный аппарат WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), который к 2003 году построил детальную карту распределения интенсивности реликтового излучения по небесной сфере. На основе этих данных сейчас ведется уточнение космологических моделей и представлений об эволюции галактик.
Реликтовое излучение возникло, когда возраст Вселенной составлял около 400 тысяч лет и она вследствие расширения и остывания стала прозрачна для собственного теплового излучения. Первоначально излучение имело планковский (чернотельный) спектр с температурой около 3000 K и приходилось на ближний инфракрасный и видимый диапазоны спектра.
По мере расширения Вселенной реликтовое излучение испытывало красное смещение, что приводило к снижению его температуры. На сегодня температура реликтового излучения составляет 2,7 К и оно приходится на микроволновый и дальний инфракрасный (субмиллиметровый) диапазоны спектра. На графике показан приближенный вид планковского спектра для этой температуры. Впервые спектр реликтового излучения был измерен спутником COBE (см. Небо в инфракрасном диапазоне), за что в 2006 году была присуждена Нобелевская премия.
Радионебо на волне 21 см , 1420 МГц (Dickey & Lockman)
Знаменитая спектральная линия с длиной волны 21,1 см - это еще один способ наблюдения нейтрального атомарного водорода в космосе. Линия возникает благодаря так называемому сверхтонкому расщеплению основного энергетического уровня атома водорода.
Энергия невозбужденного атома водорода зависит от взаимной ориентации спинов протона и электрона. Если они параллельны, энергия чуть выше. Такие атомы могут спонтанно переходить в состояние с антипараллельными спинами, испуская квант радиоизлучения, уносящий крохотный избыток энергии. С отдельным атомом такое случается в среднем раз в 11 млн лет. Но огромное распространение водорода во Вселенной делает возможным наблюдение газовых облаков на этой частоте.
Радионебо на волне 73,5 см , 408 МГц (Бонн)
Это самый длинноволновый из всех обзоров неба. Он был выполнен на волне, на которой в Галактике наблюдается значительное число источников. Кроме того, выбор длины волны определялся техническими причинами. Для построения обзора использовался один из крупнейших в мире полноповоротных радиотелескопов - 100-метровый боннский радиотелескоп.
Земное применение
Главное преимущество микроволновой печи - прогрев со временем продуктов по всему объему, а не только с поверхности.
Микроволновое излучение, имея большую длину волны, глубже инфракрасного проникает под поверхность продуктов. Внутри продуктов электромагнитные колебания возбуждают вращательные уровни молекул воды, движение которых в основном и вызывает нагрев пищи. Таким образом происходит микроволновая (СВЧ) сушка продуктов, размораживание, приготовление и разогрев. Также переменные электрические токи возбуждают токи высокой частоты. Эти токи могут возникать в веществах, где присутствуют подвижные заряженные частицы.
А вот острые и тонкие металлические предметы в микроволновую печь помещать нельзя (это особенно касается посуды с напыленными металлическими украшениями под серебро и золото). Даже тонкое колечко позолоты по краю тарелки может вызвать мощный электрический разряд, который повредит устройство, создающее электромагнитную волну в печи (магнетрон, клистрон).
Принцип действия сотовой телефонии основан на использовании радиоканала (в микроволновом диапазоне) для связи между абонентом и одной из базовых станций. Между базовыми станциями информация передается, как правило, по цифровым кабельным сетям.
Радиус действия базовой станции - размер соты - от нескольких десятков до нескольких тысяч метров. Он зависит от ландшафта и от мощности сигнала, которую подбирают так, чтобы в одной соте было не слишком много активных абонентов.
В стандарте GSM одна базовая станция может обеспечивать не более 8 телефонных разговоров одновременно. На массовых мероприятиях и при стихийных бедствиях количество звонящих абонентов резко увеличивается, это перегружает базовые станции и приводит к перебоям с сотовой связью. На такие случаи у сотовых операторов есть мобильные базовые станции, которые могут быть оперативно доставлены в район большого скопления народа.
Много споров вызывает вопрос о возможном вреде микроволнового излучения сотовых телефонов. Во время разговора передатчик находится в непосредственной близости от головы человека. Многократно проводившиеся исследования пока не смогли достоверно зарегистрировать негативного воздействия радиоизлучения сотовых телефонов на здоровье. Хотя полностью исключить воздействие слабого микроволнового излучения на ткани организма нельзя, оснований для серьезного беспокойства нет.
Передача телевизионного изображения ведется на метровых и дециметровых волнах. Каждый кадр разбивается на строки, вдоль которых определенным образом меняется яркость.
Передатчик телевизионной станции постоянно выдает в эфир радиосигнал строго фиксированной частоты, она называется несущей частотой. Под нее подстраивается приемный контур телевизора - в нем на нужной частоте возникает резонанс, позволяющий уловить слабые электромагнитные колебания. Информация об изображении передается амплитудой колебаний: большая амплитуда - высокая яркость, низкая амплитуда - темный участок изображения. Этот принцип называется амплитудной модуляцией. Аналогичным образом передается звук радиостанциями (кроме FM-станций).
С переходом к цифровому телевидению правила кодирования изображения меняются, но сам принцип несущей частоты и ее модуляции сохраняется.
Параболическая антенна для приема сигнала с геостационарного спутника в микроволновом и УКВ-диапазонах. Принцип действия такой же, как у радиотелескопа , но тарелку не требуется делать подвижной. В момент монтажа ее направляют на спутник, который всегда остается на одном месте относительно земных сооружений.
Это достигается за счет вывода спутника на геостационарную орбиту высотой около 36 тыс. км над экватором Земли. Период обращения по этой орбите в точности равен периоду вращения Земли вокруг своей оси относительно звезд - 23 часа 56 минут 4 секунды. Размер тарелки зависит от мощности спутникового передатчика и его диаграммы направленности. У каждого спутника есть основной район обслуживания, где его сигналы принимаются тарелкой диаметром 50–100 см , и периферийная зона, где сигнал быстро слабеет и для его приема может потребоваться антенна до 2–3 м .
Я был сильно удивлён, когда мой простенький самодельный детектор-индикатор, зашкалил рядомс работающей СВЧ печкой в нашей рабочей столовой. Она же вся экранирована, может неисправность какая? Решил проверить свою, новую печь, ей практически не пользовались. Индикатор тоже отклонился на всю шкалу!
Такой простенький
индикатор я собираю за короткое время каждый раз, когда выезжаю на полевые
испытания приемно-передающей аппаратуры. Очень помогает в работе, не надо
таскать за собой массу приборов, простой самоделкой работоспособность
передатчика всегда легко проверить, (где антенный разъём не до конца довернули,
или питание забыли включить). Заказчикам такой стиль ретро-индикатора очень
нравится, приходится оставлять в подарок.
Достоинство – это простота конструкции и отсутствие питания. Вечный прибор.
Делается легко, намного проще, чем точно такой же «Детектор из сетевого удлинителя и тазика для варенья » средневолнового диапазона. Вместо сетевого удлинителя (катушки индуктивности) – кусок медного провода, по аналогии можно несколько проводов параллельно, хуже не будет. Сам провод в виде окружности длиной 17 см, толщинойне менее 0,5 мм (для большей гибкости использую три таких провода) является как колебательным контуром внизу, так и рамочной антенной верхней части диапазона, который составляет от 900 до 2450 МГц (выше не проверял работоспособность). Можно применить более сложную направленную антенну и согласование с входом, но такое отступление не будет соответствовать названию темы. Переменный, построечныйили просто конденсатор (он же тазик) не нужен, на СВЧ – два соединения рядом, уже конденсатор.
Германиевый диод искать не надо, его заменит PIN диод HSMP : 3880, 3802, 3810, 3812 и т.д., или HSHS 2812, (я его использовал). Хотите продвинуться выше частоты СВЧ печки (2450 МГц), выбирайте диоды с меньшей ёмкостью (0,2 пФ), возможно подойдут диоды HSMP -3860 – 3864. При монтаже не перегрейте. Паять надо точечно-быстро, за 1 сек.
Вместо высокоомных наушников - стрелочный индикатор.Магнитоэлектрическая система имеет преимущество - инерционность. Помогает плавно двигаться стрелке конденсатор фильтра (0,1 мкФ). Чем выше сопротивление индикатора, тем чувствительнее измеритель поля (сопротивления моих индикаторов составляет от 0,5 до 1,75 кОм). Заложенная в отклоняющейся или подёргивающейся стрелке информация действует на присутствующих магически.
Такой индикатор поля, установленный рядом с головой разговаривающей по мобильному телефону, сначала вызовет на лице изумление, возможно, вернёт человека к действительности, спасёт от возможных заболеваний.
Если есть ещё силы и здоровье обязательно ткните мышкой в одну из этих статей.
Вместо стрелочного прибора можно использовать тестер, который будет измерять постоянное напряжение на самом чувствительном пределе.
 |
| Схема индикатора СВЧ со светодиодом. |
 |
| Индикатор СВЧ со светодиодом. |
Попробовал в качестве индикатора светодиод . Такую конструкцию можно оформить в виде брелка, используя плоскую 3-х вольтовою батарейку, или вставить в пустой корпус мобильного телефона. Дежурный ток устройства 0,25 мА, рабочий ток напрямую зависит от яркости светодиода и составит около 5 мА. Напряжение, выпрямленное диодом, усиливается операционным усилителем, накапливается на конденсаторе и открывает ключевое устройство на транзисторе, который включает светодиод.
Если стрелочный
индикатор без батарейки отклонялся в радиусе 0,5 - 1 метра, то цветомузыка на
диоде отодвинулась до 5 метров, как от сотового телефона, так и от СВЧ печки. Насчёт
цветомузыки не ошибся, сами убедитесь, что максимальная мощность будет только
при разговоре по мобильному телефону и при постороннем громком шуме.
Регулировка.
Я собирал несколько таких индикаторов, и заработали они сразу. Но всё же нюансы бывают. Во включённом состоянии на всех выводах микросхемы, кроме пятого, напряжение должно быть равно 0. Если это условие не выполнено, соедините первый вывод микросхемы через резистор 39 кОм с минусом (землёй). Встречается, что конфигурация СВЧ диодов в сборке не совпадает с чертежом, поэтому надо придерживаться электрической схемы, а перед установкой я бы советовал прозвонить диоды на их соответствие.
Для удобства пользования можно ухудшить чувствительность,
уменьшив резистор 1мОм, или уменьшить длину витка провода. С приведёнными
номиналами поля СВЧ базовых телефонных станций чувствует в радиусе 50 – 100 м.
С таким индикатором можно составить экологическую карту своего района и
выделить места, где нельзя зависать с колясками или долго засиживаться с детьми.
 |
Находиться под антеннами базовых станций |
Аналоговый индикатор
уровня.
Я решил попробовать
чуть усложнить индикатор СВЧ, для чего добавил в него аналоговый измеритель
уровня. Для удобства использовал ту же элементную базу. На схеме три операционных
усилителя постоянного тока с разным
коэффициентом усиления. В макете я остановился на 3-х каскадах, хотя
запланировать можно и 4-е, используя микросхему LMV
824 (4-е ОУ в одном корпусе). Применив питание от 3, (3,7
телефонный аккумулятор) и 4,5 вольта пришёл к выводу, что можно обойтись без
ключевого каскада на транзисторе. Таким образом, получилась одна микросхема,
свч диод и 4-е светодиода. Учитывая условия сильных электромагнитных полей, в
которых будет работать индикатор, использовал по всем входам, по цепям обратной
связи и по питанию ОУ блокировочные и
фильтрующие конденсаторы.
Регулировка.
Во включённом состоянии на всех выводах микросхемы, кроме пятого, напряжение должно быть равно 0. Если это условие не выполнено, соедините первый вывод микросхемы через резистор 39 кОм с минусом (землёй). Встречается, что конфигурация СВЧ диодов в сборке не совпадает с чертежом, поэтому надо придерживаться электрической схемы, а перед установкой я бы советовал прозвонить диоды на их соответствие.
Данный макет уже прошёл испытания.
Интервал от 3-х горящих светодиодов до полностью потушенных составляет около 20 дБ.
Питание от 3-х до 4,5 вольт. Дежурный ток от 0,65 до 0,75 мА. Рабочий ток при загорании 1-го светодиода составляет от 3 до 5 мА.
Этот индикатор СВЧ поля на микросхеме с 4-я ОУ собрал Николай.
Вот его схема.
 |
| Размеры и маркировка выводов микросхемы LMV824. |
 |
| Монтаж индикатора СВЧ на микросхеме LMV824. |
Аналогичная по параметрам микросхема MC 33174D , включающая в себя четыре операционных усилителя, выполненная в дип-корпусе имеет больший размер, а поэтому более удобна для радиолюбительского монтажа. Электрическая конфигурация выводов полностью совпадает с микросхемой L МV 824. На микросхеме MC 33174D я сделал макет СВЧ индикатора на четыре светодиода. Между выводами 6 и 7 микросхемы добавлен резистор 9,1 кОм и параллельно ему конденсатор 0,1 мкФ. Седьмой вывод микросхемы, через резистор 680 Ом соединяется с 4-м светодиодом. Типоразмер деталей 06 03. Питание макета от литиевого элемента 3,3 – 4,2 вольта.
 |
| Индикатор на микросхеме МС33174. |
 |
| Оборотная сторона. |
Оригинальную конструкцию экономичного индикатора поля имеет сувенир сделанный в Китае. В этой недорогой игрушке есть: радиоприёмник, часы с датой, градусник и, наконец, индикатор поля. Бескорпусная, залитая микросхема потребляет ничтожно мало энергии, поскольку работает в режиме таймирования, на включение мобильного телефона реагирует с расстояния 1 метра, имитируя несколько секунд светодиодной индикацией аварийную сигнализацию передними фарами. Такие схемы выполняются на программируемых микропроцессорах с минимальным количеством деталей.
Дополнение к комментариям.
Селективные измерители поля для любительского диапазона 430 - 440
МГц
и для диапазона PMR
(446 МГц).
Индикаторы СВЧ полей
для любительских диапазонов от 430 до 446 МГц можно сделать селективными,
добавив дополнительный контур L
к Ск, где L
к
представляет собой виток провода диаметром 0,5 мм и длиной 3 см, а Ск -
подстроечный конденсатор с номиналом 2 – 6 пФ. Сам виток провода, как вариант,
можно изготовить в виде 3-х витковой катушки, с шагом намотанной на оправке
диаметром 2 мм тем же проводом. К контуру необходимо подсоединить антенну в
виде отрезка провода длиной 17 см через конденсатор связи 3.3 пФ.
 |
| Диапазон 430 - 446 МГц. Вместо витка катушка с шаговой намоткой. |
 |
| Схема на диапазоны 430 - 446 МГц. |
 |
| Монтаж на частотный диапазон 430 - 446 МГц. |
Кстати, если серьёзно заниматься СВЧ измерением отдельных частот, то можно вместо контура использовать селективные фильтры на ПАВ-ах. В столичных радиомагазинах их ассортимент в настоящее время более чем достаточен. В схему необходимо будет добавить ВЧ трансформатор после фильтра.
Но это уже другая тема, не отвечающая названию поста.