Научная статья на тему 'Анализ взаимодействия электромагнитного поля КВЧ-диапазона с кожей методами нелинейной физической акустики. Часть 1'

Анализ взаимодействия электромагнитного поля КВЧ-диапазона с кожей методами нелинейной физической акустики. Часть 1 Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
260
66
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Човнюк Юрий Васильевич, Ивановская Алла Владимировна, Овсянникова Татьяна Николаевна, Рудько Борис Федорович

Исследуются процессы взаимодействия электромагнитных полей и возбуждаемых электромагнитных волн крайневысокочастотного диапазона с живой материей в районе биологически активных точек, обычно используемых в методе микроволновой резонансной терапии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Човнюк Юрий Васильевич, Ивановская Алла Владимировна, Овсянникова Татьяна Николаевна, Рудько Борис Федорович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analisis of interaction of mm-range electromagnetic field and human skin by methods of nonlinear physical acoustics.

The paper considers the processes of interaction between the electromagnetic fields with excitable electromagnetic waves of super high frequency range (with carrying frequency f«60GHz, X=5mm) and the living matter in the region of biologically active points used, as rule, by the microwave resonance therapy method. We used the nations and physical applied in acoustics waves and electromagnetic waves with the bioobjects.

Текст научной работы на тему «Анализ взаимодействия электромагнитного поля КВЧ-диапазона с кожей методами нелинейной физической акустики. Часть 1»

УДК 543.2

АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ КВЧ-ДИАПАЗОНА С КОЖЕЙ МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ. ЧАСТЬ 1

ЧОВНЮКЮ.В., ИВАНОВСКАЯА.В., ОВСЯННИКОВА Т.Н., РУДЬКО Б.Ф.__________

Исследуются процессы взаимодействия электромагнитных полей и возбуждаемых электромагнитных волн крайневысокочастотного диапазона с живой материей в районе биологически активных точек, обычно используемых в методе микроволновой резонансной терапии.

1. Постановка проблемы в общем виде

В настоящей работе методами нелинейной физической акустики исследуются процессы взаимодействия электромагнитных полей (ЭМП) и возбуждаемых электромагнитных волн крайневысокочастотного диапазона (КВЧ) (с несущей частотой f « 60 ГГц, Х = 5мм ) с живой материей, например, с кожным покровом человека в районе биологически активных точек (БАТ), обычно используемых в методе микроволновой резонансной терапии [1]. Употребляются понятия и физические представления, применимые в акустооптике при анализе взаимодействия как акустических волн, так и электромагнитных волн с биообъектами (живой материей) на макро- и микроскопическом уровнях [2].

2. Последние достижения и публикации в данной области

Для того чтобы произвести феноменологическое описание нелинейного поведения биосред ( в рамках модели квазитвердых изотропных тел), следует использовать выражение для внутренней энергии квазитвердого изотропного тела с точностью до членов третьего порядка по степеням деформации. Ниже эти вопросы рассмотрены подробно, причем исследование построено на применении, в основном, тех аспектов нелинейной теории упругости, которые имеют непосредственные приложения к волновым задачам. При этом авторы предполагают, что биосреда (организм человека, его кожный покров, в частности) обладает пьезоэлектрическими (т.е. является “квазипьезокристаллом”), а также электрострикци-онными свойствами.

Известно [3], что фотоакустические явления представляют собой процесс возникновения звуковых волн в биосреде под действием электромагнитного излучения КВЧ-диапазона, иногда называемого квазиоптическим.

Основные механизмы фотоакустических явлений в биосреде связаны, по-видимому, с фототер-

мическим эффектом, обратным пъезоэффектом (при условии, что биосреде присущи свойства полупроводниковых структур), электрострикцией и электронно-деформационным эффектом.

В условиях реализации фототермического эффекта в биосреде (ее малом объеме - поверхностном слое кожи толщиной ~1мм и объемом ~5-6 мм3) происходит нагревание вещества в результате поглощения им ЭМП КВЧ-диапазона. Если интенсивность КВЧ-излучения модулирована, то в биосреде возникают температурные волны, центром распространения которых являются места выделения теплоты. Нестационарное нагревание вызывает в свою очередь локальные изменения плотности вещества, или термоупругие напряжения, что обуславливает возбуждение акустических волн в биосреде, окружающей область поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ). Фототермический эффект является универсальным способом бесконтактного возбуждения звука в любых средах, в том числе биосредах, удаленных от источника ЭМИ КВЧ-диапазона.

Возбуждаемые таким образом в биосреде звуковые волны и фототермические деформации образцов (биоткани) позволяет бесконтактным образом получать информацию о процессах превращения энергии ЭМИ КВЧ-диапазона в тепло и о наличии неоднородностей в объеме непрозрачных биообъектов. Следует заметить, что такая возможность связана прежде всего с тем , что выделение теплоты происходит не непосредственно при поглощении ЭМИ, а в результате релаксации вызванных этим ЭМИ возбуждений электронной подсистемы биосреды. Например, в рамках модели биосреды, как полупроводниковой структуры, при межзонном поглощении ЭМИ КВЧ-диапазона возникают неравновесные электроны и дырки, а теплота выделяется с задержкой во времени в процессе их термализации и рекомбинации, который сопровождается переносом носителей заряда в пространстве биосреды. Возникающая частотная и пространственная дисперсия тепловых источников при наличии температурных волн приводит к дисперсии звуковых волн и может быть определена путем анализа частотных зависимостей их амплитуды и фазы. Таким образом, кстати, можно определить характеристики процессов рекомбинации и переноса носителей заряда.

3. Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является исследование методами нелинейной физической акустики процессов взаимодействия электромагнитных полей и возбуждаемых электромагнитных волн крайневысокочастотного диапазона с живой материей.

Вначале рассмотрим процесс взаимодействия электромагнитного излучения КВЧ-диапазона с живой материей, в результате которого посредством эффекта, аналогичного акустическому, происходит трансформация ЭМП в поле акустических фононов, т.е. в звук.

РИ, 2004, № 2

149

4. Физические процессы внутри кожи

Возможность электронно-деформационного эффекта в биосредах обусловлена тем, что в квазитвердых биотелах электроны (как валентные, так и свободные) в значительной мере определяют силы взаимодействия между атомами, приводящие к изменению силы связи между ними и возникновению механических напряжений нетепловой природы. При нестационарном ЭМИ-воздействии КВЧ-диапазона (импульсный режим воздействия на кожу человека в районе БАТ) эти напряжения и создают звуковые волны. В этом случае тензор напряжений а ^ пропорционален концентрации созданных ЭМИ КВЧ-диапазона неравновесных носителей заряда, поэтому электронно-деформационный механизм фотоакустических явлений в биосредах оказывается существенным в том случае, когда указанная среда моделируется полупроводником с достаточно большим временем жизни носителей заряда. Например, при межзонном поглощении КВЧ-излучения (фотонов квазиоптического диапазона) [3 ]:

а* = DjkAn - DjAp, (1)

где D* и Dj — константы деформационного потенциала для дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, а дп , Ар — концентрации неравновесных электронов и дырок в биосреде (в рамках ее полупроводниковой модели). В особенности при высоких частотах модуляции КВЧ-излучения такая физическая причина фотоакустических явлений становится преобладающей.

В рамках модели биосреды как высокоомного пьезополуповодника существенен механизм обратного пьезоэффекта при межзонном поглощении модулированного КВЧ-излучения, когда нестационарные электрические поля возникают вследствие пространственного разделения электронов и дырок, например, за счет эффекта Дембера или встроенных полей p-n переходов/ гетеропереходов.

Электрострикция является преобладающим механизмом фотоакустических явлений в прозрачных биодиэлектриках при достаточно высоких частотах (в данном случае квазиоптического диапазона). Она представляет собой деформацию твердых, жидких и газообразных (био) -диэлектриков в электрическом поле, обусловлена их поляризацией и пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. Квадратичная зависимость деформации от поля Е означает, в частности, что знак электрострикции не зависит от направления поля. В переменном поле в результате электрострикции механические колебания в биосреде происходят с частотой вдвое большей, чем частота КВЧ-поля (т.е. с гиперзвуковой частотой ~120 ГГц). В квазитвердых биотелах электрострикция выражается квадратичной формой [4]:

llm(E) = ZZqijlmEiEj, (2)

і j

где llm — компонента тензора деформации; Et и Ej - составляющие электрического поля; qtjim — коэффициенты электрострикции

(/, j,l,m) = (1,2,3, Од3) = (х> у, 3- В газах и жидкостях электрострикция описывается формулой:

lkk =AV/V = AE2,k = (1,2,3), (3)

здесь под повторяющимися индексами подразумевается суммирование, AV /V — относительная объемная деформация (кластеры биоклеток кожи), А— постоянная электрострикции.

Электрострикция обусловлена поляризацией биодиэлектриков в электрическом поле, т.е. смещением под действием поля атомов, несущих на себе электрические заряды (ионы, электрические диполи), или изменением ориентации диполей. Элект-рострикцией обладают все “твердые” биодиэлектрики независимо от их структуры и симметрии в отличие от пьезоэффекта, который наблюдается только у сред, не имеющих центра симметрии. С другой стороны, создание механических напряжений в биосредах, обладающих электрострикцией, но не являющихся пьезоэлектриками, не сопровождается возникновением электрической поляризации и соответственно электрического поля: в биосредах, обладающих центром симметрии, однородная деформация, возникающая под действием механических напряжений, вызывает однородное изменение расстояний между зарядами атомов, что, следовательно, не приводит к появлению электрического момента, т.е. поляризации, но задает синхронное (“когерентное”) движение зарядов атомов. Поэтому электрострикция в биосреде приводит к возбуждению гиперзвука с частотой, удвоенной по отношению к частоте электрического поля ЭМИ КВЧ, но не к преобразованию звуковых колебаний в электрические.

Величина электрострикционной деформации квазитвердых биотел меньше, чем пьезоэлектрической. Так, величина коэффициентов электрострикции у квазикристаллов лежит в пределах 10-14-1010 ед. СГСЕ, а в поле с напряженностью Е«300В/ см обусловленная электрострикцией деформация в квазикристаллах не превышает 3х10-10 [4], в то время как пьезоэлектрическая деформация даже

при относительно малом пьезомодуле dik=10-8ед. СГСЕ равна 10-8, а в некоторых случаях достигает ~10-5.

Среди жидкостей наибольшей электрострикцией обладают дипольные (H2O , например), хотя зависимость плотности от электрического поля имеет место в любой диэлектрической жидкости. В соответствии с термодинамическими представлениями в изотропном веществе постоянная электрострик-ции

* р (^

A = —р —

8 л ^ ф )

(4)

150

РИ, 2004, № 2

где р — сжимаемость; р — плотность; в —диэлектрическая проницаемость.

Наличие в биосреде свободных зарядов (электронов и ионов) не исключает электрострикцию, которая наблюдается не только у чистых диэлектриков, но и у ионизированных веществ (электроны, полупроводники). Однако вследствие экранирования свободными зарядами, поле, действующее на связанные с атомами заряды, оказывается уменьшенным.

В рамках сегнетоэлектрической модели поведения кластера клеток кожи в районе БАТ, подверженного воздействию ЭМИ КВЧ-диапазона, роль механизма электрострикции особенно возрастает, поскольку в этой ситуации аномально большой пьезоэффект обусловлен так называемой линеаризованной электорстрикцией, которая имеет место благодаря наличию в отдельных клетках кластера (размером в несколько микрон) собственной “спонтанной” поляризации Ps (модель кластера клеток как сегнетоэлектрика), а значит и большого “спонтанного внутреннего поля” Es, пропорционального Ps (являющегося по своей физической сущности параметром порядка в системе кластера биоклеток, находящихся в ЭМИ КВЧ-диапазона). При воздействии переменного внешнего ЭМП КВЧ-диапазона с амплитудой E~ < Es (“пороговый” эффект) основную роль в выражении для эффекта электрострикции играет член с частотой перемен -ного ЭМП КВЧ-диапазона и амплитудой ~ Es, E~ , т.е. напряженность поля Es собственно отдельно взятой биоклетки (либо их кластера) входит в качестве одного из сомножителей в выражение (2), тем самым линеаризуя и усиливая деформацию, возникающую в результате приложения внешнего ЭМИ КВЧ-диапазона.

Известно [4], что под сегнетоэлектричеством понимается совокупность явлений, наблюдаемых в квазикристаллических (биосреды) веществах, у которых в результате самопроизвольного понижения симметрии (фазовый переход 1 -го рода) квазикристаллической решетки в определенном интервале температур и механических напряжений возникает независимо от наличия внешнего электрического поля макроскопический электрический момент, т.е. спонтанная поляризация. Величина и направление спонтанной поляризации в таких веществах (биосредах—в рамках сегнетоэлектрической модели) существенно зависят от температуры и могут быть изменены как электрическим полем, так и механическими напряжениями.

Сегнетоэлектрики, как правило, состоят из отдельных областей (доменов), в качестве которых в биосреде могут (в рамках развиваемой модели сегнетоэлектрика) выступать отдельные биоклетки кластера. В пределах каждой биоклетки сохраняется одно и то же направление “спонтанной поляризации”, созданное собственным внутренним полем этой клетки Es. Естественно, что в отсуствие внешнего электрического поля и механических

напряжений “клетки-домены” ориентированы так, что средний электрический момент образца равен нулю; это соответствует более выгодному энергетическому его состоянию. При этом размеры “до-менов”~10-6м, а размеры кластера биоклеток -’’доменов” зависят в определенной степени от температуры биосреды. При помещении в электрическое поле КВЧ-диапазона “домены” приобретают преимущественную ориентацию (“растут”), и при определенных интенсивностях ЭМП кластер клеток становится как бы “однодоменным”, причем это состояние сохраняется и после исчезновения электрической напряженности поля, приложенного к отдельно взятой клетке (или кластеру).

В рамках сегнетоэлектрической модели функционирования кластера биоклеток, находящихся в ЭМП КВЧ-диапазона, следует отметить их уникальные (отличительные) свойства, которыми не обладают обычные пироэлектрики (так как не имеют доменной структуры). К ним относятся:

1) аномально высокая диэлектрическая проницаемость e и имеющая резко выраженный максимум вблизи температуры, при которой возникает или исчезает спонтанная поляризация (точка Кюри);

2) нелинейная зависимость поляризации р от электрического поля Е и наличие диэлектричекого гистерезиса (рис.1);

Рис. 1. Зависимость поляризации Р сегнетоэлектрика от напряженности электрического поля Е и петля диэлектрического гистерезиса (в рамках сегнетоэлектрической модели биосреды): АВ-участок начальной кривой; ОД-остаточная поляризация; ОК-спонтанная поляризация; OF — коэрцитивное поле

3) сильно выраженная зависимость поляризации от механических напряжений и, как следствие, большое значение некоторых пьезоэлектрических постоянных, зависимость от температуры;

4) изменение расстояний между атомами квазикристаллической решетки “сегнетоэлектрика”, зависящее от ориентации поляризации (спонтанная деформация) и происходящее при температуре ниже точки Кюри;

5) нелинейная зависимость деформации от напряжения электрического поля и наличие электромеханического гистерезиса (рис.2);

РИ, 2004, № 2

151

Рис. 2. Зависимость деформации от напряженности электрического поля Е и кривая ОАВСДА электромеханического гистерезиса (модель сегнетоэлектри-ка для биосреды)

6) наличие максимума у теплоемкости в области точки Кюри, а в некоторых случаях выделение или поглощение тепла при переходе через точку Кюри;

7) зависимость от напряженности электрического поля и механических напряжений диэлектрических, механических и пьезоэлектрических коэффициентов.

Следует отметить, что большая чувствительность свойств “сегнетоэлектриков” (моделей биосреды) от внешних воздействий с феноменологической точки зрения - результат сегнетоэлектричекого фазового перехода, физическая природа которого заключается в том, что при понижении температуры вблизи точки Кюри квазикристалл становится неустойчивым и переходит в другое, энергетически более выгодное состояние, при котором появляется спонтанная поляризация, квазикристаллическая “решетка” деформируется и меняется ее симметрия.

Отметим, что по мере приближения температуры к точке Кюри сильнее проявляются специфические для “сегнетоэлектрика” свойства - большие значения и нелинейная зависимость диэлектрической проницаемости, пьезомодулей и других постоянных. Для “сегнетоэлектриков”, которые выше точки Кюри не являются пьезоэлектриками, пьезоэффект в сегнетоэлектрической области имеет характер “линеаризованной” электрострикции благодаря наличию постоянной спонтанной поляризации и исчезает при обращении спонтанной поляризации в нуль.

Сегнетоэлектрические переходы подразделяются на фазовые переходы 1-го и 2 -го рода. При фазовом переходе 2-го рода наблюдаются резко выраженные максимумы температурного хода диэлектрической проницаемости, теплоемкости, коэффициента линейного расширения, пьезомодулей, других постоянных и т.д. При фазовом переходе 1-го рода, помимо этого, происходит скачок спонтанной поляризации и энтропии; имеет место температурный гистерезис и выделяется скрытая теплота перехода. В этом случае температура перехода Tc оказывается несколько выше точки Кюри 0; Tc - 0 «1-20С.

Микроскопическая теория “сегнетоэлектрических” явлений в биосреде может быть основана на представлениях об особенностях сил взаимодействия между атомами квазикристаллической решетки. Можно предположить, что спонтанная поляризация отдельных биоклеток и их кластера в целом возникает двумя путями. Во-первых, в результате смещения некоторых ионов “решетки”, из-за относительно слабых возвращающих сил и “помощи” образующегося при этом смещения внутреннего поля в биоклетках (кластере), обусловленного поляризацией соседних атомов. Такие квазикристаллы можно назвать “сегнетоэлектриками” типа “смещения”. Во-вторых, как результат упорядочения уже существующих в квазикристалле дипольных групп биоклеток, имеющих несколько возможных положений равновесия, соответствующих различным ориентациям диполей, как это обычно имеет место в ряде водородосодержащих сегнетоэлектриков (типа KH2PO4 ). Такие квазикристаллы можно назвать “сегнетоэлектриками” типа “порядок-беспорядок”.

Рассмотрим вкратце основные положения феноменологической теории термоупругости и электромагнитоупругости, позволяющие представить физически обоснованную картину взаимодействия ЭМИ КВЧ-диапазона с кластером биоклеток (в рамках “сегнетоэлектрической” модели последнего). Основные положения указанной теории изложены в [5-7]. Нас в данном случае интересуют:

1) известные соотношения между напряжениями ajj, (i,j) = (l,2,3) и деформациями ly при учете изменения температуры (соотношения Дюамеля-Неймана):

CTij =5ij [^kk - (3^ + 2p.)at(T - To)] + 2pljj, (5)

где 5jj — символ Кронекера; (А,, ц) — коэффициенты Ламэ; a t — коэффициент линейного расширения; (T - To) — отклонение температуры биосреды от начальной To , когда деформации и напряжения равны нулю;

2) зависимость энтропии S от изменения температуры и объемного расширения биотела (под повторяющимися индексами, как всегда, подразумеваем суммирование):

T

S = (ЗА. + 2p,)aTlkk + Cє ln~>

To

(6)

где аддитивная постоянная, входящая в определение энтропии, выбрана таким образом, что S = 0 при ljj = 0, и T = To . Удельная теплоемкость при постоянном тензоре деформаций C є принимается независимой от температуры вблизи T = T. Если T = T0 мало по сравнению с T0 , то (6) сводится к простому выражению:

S — (3А + 2p,)aTlkk ^ Cє

T - T0

T0

(7)

152

РИ, 2004, № 2

Решая уравнение (4) относительно lij, можно получить:

l _ 1 lij= ‘

— 8;

А

-a kk - а т(Т - То)

(8)

2р(3А + 2р)

Из (8) легко получить для объемного расширения биосреды lkk:

kk[А + р] + р(3А + 2р)ат(Т - То)

lkk -

р(3А + 2р)

(9)

Взаимодействие ЭМП КВЧ-диапазона с упругими движениями деформируемого континуума (биосреды, кластера биоклеток, облучаемых ЭМИ) носит разнообразный характер. Это явление прямого и обратного пьезоэффекта, прямого и обратного магнитострикционного эффекта, возникновение пондеромоторных сил и др. В настоящем исследовании ограничимся механизмом взаимодействия посредством пондеромоторных сил (сил Лоренца), как ведущим, а учтем такие силы, как и в [7], путем представления тензора напряжений о ;j в виде суммы чисто упругих напряжений , связанных с деформациями изотропной (квазиизотропной) биосреды обычными соотношениями закона Гука:

aij _ ^lkkdij + 2ВЦ

и максвелловских напряжений:

ij

EiDk + HiBk _“(EkDk + HkBk)5ij

(10)

(11)

где Hi — напряженность; Bi—магнитная индукция магнитного поля (i-я компонента). Суммарные напряжения:

cij -сlj + cij

(12)

должны удовлетворять уравнениям движения (в отсутствие массовых сил):

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Say a2ui

axj р at2 , (13)

здесь р — плотность биосреды; xj — j -я пространственная координата; t — время; Ui — i-я компонента смещения, ('. Л = (1.2,3 •

Подставляя (12) с учетом (10), (11) в (9), получаем:

lkk =

-^[EkDk + ЦД] |(А+р)+р(3А+2р)ат(Т-То) 8л I

р(3А+2ц)

(14)

Поскольку количество тепла Q связано с энтропией S соотношением:

Q = T)S, (15)

то для адиабатических процессов в биосреде AQ = 0 из (6),(14) и (15) можно получить:

Т — Т

(ЗА, + 2р)а Tlkk + С є ——— = 0

Т0

либо:

(16а)

Т

(3А + 2ц)аTlkk + C8 ln^— =|

Т0

=0

(16б)

С учетом того, что в адиабатических процессах (при введенном значении константы энтропии S0 ):

a kk ^ 0, а Т (Т - Т0) ^ 0, (17)

можно получить:

88“ [EkDk + HkBk](^ + B) Т

---------------------аТ + Сє ln— = 0 .(18)

В Т0

Проинтегрировав (18) , получаем:

1 [EkDk + HkBk ]а Т(^ + В)

Т = Т0 exp<! -

ВС £

. (19)

Отсюда видно, что эффект воздействия КВЧ-поля сводится к понижению первоначальной температуры биосреды, т.е. такое “полевое” воздействие на биосреду носит негэнтропийный характер (так как при уменьшении начальной температуры среды Т0 ее энтропия уменьшается). Так ЭМИ КВЧ-диапа-зона борется с тепловым хаосом биосреды!

Используя приведенный подход, можно установить и пороговый характер побочных воздействий КВЧ ЭМИ на биосреду. Действительно, в рамках “сегнетоэлектрической модели” биосреды величины электрической напряженности переменных ЭМП

(в частности, электрических E~) должны быть не выше напряженности собственных полей биоклеток (Es), т.е. E~ < Es (иначе не наблюдаются кооперативные эффекты поляризации биосреды/ кластера биоклеток, фазовые переходы 1-го рода

при понижении Т0 биосреды и скачки энтропии). Это ограничение, с учетом (2), можно представить в виде:

lkk ~dEsE~ ~

8 [EkDk + HkBk](^, + B) 8л_____________________

ц(3А + 2ц)

< dEg .(20)

Отсюда следует, что:

^[EkDk + HkBk]

(3А + 2ц)

ЙИД < dEg,

в

(21)

где, как и в (20), тензор электрострикции заменен на феноменологическую константу d . Учитывая,

что B = ц эH, D = е э E, где цэ, в э — магнитная и диэлектрическая проницаемости биосреды,

РИ, 2004, № 2

153

8 э Ek

Р э Bk

— представляет собой энергию

единицы объема биосреды, сосредоточенную в ней в виде полевой компоненты (КВЧ ЭМП), получаем:

1

8 э Ek2

2

+ ц э Hk

(ЗА, + 2ц)

< dES .

ц

(22)

22

Считая, что вэEk ~ цэHk, т.е. энергия ЭМП поровну сосредоточена в объеме биосреды в электрическом и магнитном переменном полях КВЧ

222

диапазона, и отождествляя Ek ~ E~ = Es, можно из (22) получить:

или:

8 [EkDk + HkBk](^ + E)

----------------< dE2

(3А + 2ц)ц

E~2 <-^(3Х + 2Д^ЬІ (А + ц) в э ‘

(23)

(24)

Если известны оценки E s, то (23) можно представить окончательно:

E~ <

ц4л (А + ц)

(3А + 2ц)

dEj

є э

1/2

(25)

Соотношения (24) и (25) характеризуют пороговый характер воздействия ЭМИ КВЧ-диапазона на биосреду.

Приведем численные оценки полученных соотношений:

а) КВЧ ЭМП проникает внутрь биосреды на глубину < 1мм;

б) энергия единицы объема биосреды составляет AW ~ 10“13 Дж/м3;

в)

А + ц Ц

1;

(3А + 2ц) ~ pq2

где Сі -продольная

скорость звука (»103м/с); р -плотность биосреды («103кг/м3, как и H2O ); (3А + 2ц) ~109 Дж/м3;

г) d (коэффициент электрострикции биосреды в

рамках “сегнетоэлектрической” модели при s э ~ 1, _2 *

что составляет ~10 є э —истинного сегнетоэлек-трика) полагаем равным

10-22 м2/В2 («10-14х10-4(10-2)м2/В2;

д) при этих оценках напряженность электрического поля в биоклетке E~ составит вполне допустимую величину ~1В/м.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Выводы

1) Эффект воздействия КВЧ-поля сводится к понижению первоначальной температуры биосреды, т.е. такое “полевое” воздействие на биосреду носит негэнтропийный характер (так как при

уменьшении начальной температуры среды То ее энтропия уменьшается). Так ЭМИ КВЧ-диапазона борется с тепловым хаосом биосреды.

2) Развитая теория, в которой предложена модель кластера биоклеток, взаимодействующего с ЭМИ КВЧ-диапазона, как сегнетоэлектрика в ЭМП, дает вполне приемлимые значения ключевых числовых параметров и совпадает с численными оценками, данными в [8] для условий порога возбуждения биосистемы, облучаемой ЭМИ указанного диапазона частот.

Литература: І.Ситько С.П., Мкртчан Л.Н. Введение в квантовую медицину. К.: Паттерн, 1994. 147с. 2. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.:Наука, 1984. 400с. 3. Фотоакустические явления. Физическая энциклопедия. Т.5. М.:Большая Российская энциклопедия, 1998. С.341-342. А.Ультра-звук. Маленькая энциклопедия/ Под ред.И.П.Голями -на.М.: Сов. энциклопедия, 1979. 400с. 5. Коваленко А.Д. Введение в теорию термоупругости. Киев: Наук. думка, 1965. 204с. 6.BiotM.A. Thermoelasticity and irreversible thermodynamics// J.Appll.Phys. 1956. V.27, N3. P.240261. 7. Шульга Н.А. Основы механики слоистых сред периодической структуры. Киев: Наук. думка, 1981. 200с. 8. Sitko S.P. The crucial Evidence in Favour of the Fundamentals of Physics of the Alive // Physics of the Alive. 1998. V.6. N1. P.6-10.

Поступила в редколлегию 16.11.2003

Рецензент: д-р техн. наук, проф. Ляшенко Н.

Човнюк Юрий Васильевич, канд. техн. наук., старший научный сотрудник, доцент, профессор Высшей школы экономики и деловой администрации АЖИО-КОЛЛЕДЖ (г.Киев, Украина). Научно-исследовательский центр квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 01033, Киев, ул.Владимирская, 61-б, тел. 244-44-39.

Ивановская Алла Владимировна, научный сотрудник Научно-исследовательского центра квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 01033, Киев, ул.Владимирс-кая, 61-б, тел. 244-44-39.

Овсянникова Татьяна Николаевна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 01033, Киев, ул.Владимирская, 61-б, тел. 244-44-39.

Рудько Борис Федорович, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом специальных измерений Научно-исследовательского центра квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 01033, Киев, ул.Владимирская, 61-б, тел. 244-44-58.

154

РИ, 2004, № 2

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.