CC BY
32Свойства электромагнитных полей биологических и водных сред
С.В. Савельев, Л.А. Морозова
Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН mila-morozova.ludmila@yandex.ru
Предложен метод исследования статистических свойств электромагнитного излучения биологических сред и растворов веществ, которыми являются характеристики люминесценцентного и спонтанного ЭМИ, такие как Фурье-спектры и фазовые портреты, а так же параметры вынужденного ЭМИ, или радиоотклика.
Введение
Информационно-волновым свойствам водной среды в научной литературе уделяется особое внимание, см., например, статью [1] и приведённые в ней ссылки. Такое название своих электромагнитных свойств вода получила преимущественно из-за амплитудно-частотной зависимости общей картины экспериментальных результатов, полученных при исследованиях водных растворов, живых организмов, то есть всего множества наблюдаемых в присутствии воды электромагнитных явлений [2]. В ФИРЭ им В.А. Котельникова РАН построена качественная теория воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) коротковолнового спектра частот, начиная с СВЧ диапазона, миллиметров (ММ) и выше, дающая объяснение, каким образом ЭМИ указанных диапазонов, затухающее в водной среде на расстоянии меньше 1 мм, например, в ММ диапазоне длин волн, проникает вглубь живых и водных сред. Теория базируется на генерации вынужденного излучения воды, или радиоотклика, на внешнее электромагнитное воздействие [3]. В дальнейшем эта плодотворная идея была развита авторами настоящей работы, и экспериментально было показано, что спектр радиоотклика может занимать сверхширокий диапазон радиочастот от самых низких, декаметровых волн, вплоть до как минимум терагерцовых волн [4, 5]. Такой подход позволил дать теоретическое объяснение равнозначного по порядку величины действия, силе и физической природе ЭМИ практически любого частотного диапазона длин волн на биологические и водосодержащие объекты. В дополнение к теории радиоотклика, для однозначного ответа на поставленный вопрос авторами статьи предложен метод исследования статистических характеристик ЭМИ живых организмов и растворов исследуемых веществ, которыми являются характеристики люминесценцентного и спонтанного ЭМИ. Наиболее значимыми из них являются изменение радиояркостных свойств ЭМИ в реальном времени, Фурье-спектры и фазовые портреты, вид которых сможет определить состояния живых организмов и составы водных растворов.
Основная часть
Цель настоящей работы - дать описание метода определения физических свойств ЭМИ водосодержащих сред и растворов веществ путем определения количественных и статистических параметров их вынужденных, спонтанных и люминесцентных ЭМИ.
В работе [5] впервые экспериментально показана возможность генерации вынужденного ЭМИ, или радиоотклика на внешнее ЭМИ на частотах выше, чем частота внешнего возбуждающего поля. В экспериментах было установлено, что параметры радиоотклика живых организмов отличаются от параметров радиоотклика водосодержащих сред.
Кроме того, было замечено, что параметры радиоотклика различаются при небольшом изменении физических, химических или иных параметров исследуемых сред, например [6, 7]. В многочисленных экспериментах отмечается, что радиоотклик есть неотъемлемая часть реакции водной среды живых организмов или водных растворов веществ на действие ЭМИ. Несмотря на сверхмалую амплитуду радиоотклика, которая обычно в среднем превышает люминесцентное или спонтанное ЭМИ исследуемого живого или водо-содержащего объекта не более чем на 10 дб, экспериментально существует возможность установить основные параметры радиоотклика. Впервые в работе [3] было показано, что радиоотклик водных объектов есть значимая характеристика исследуемой водной субстанции. Однако, как показывают эксперименты, радиоотклик возможно фиксировать только с помощью свервысокочувствительных радиоприемников - радиометров. Радиометры имеют флуктуационную чувствительность принимаемого сигнала не более 0,15К при минимальном значении измеряемой мощности Рмин = 4-10-16 Вт. Исследования показывают, что даже при таком низком уровне мощности измеряемого вынужденного ЭМИ есть возможность определить различия параметров радиоотклика в зависимости от исследуемой в эксперименте субстанции.
Набор значений величин ЭМИ сможет в некоторой мере являться достаточным условием для определения таких физических параметров исследуемых растворов, как вид химического соединения базового вещества и его концентрация. ЭМИ живых организмов и растворов веществ в свободном состоянии являет собой электромагнитное люминесцентное или спонтанное излучение водных свободных или связанных осцилляторов со случайной временной радиояркостной характеристикой, в общем случае хаотически меняющейся во времени. При внешнем воздействии ЭМИ, благодаря поляризации молекулы воды и механизму генерации радиоотклика на внешнее ЭМИ, возможно частичное упорядочивание молекул воды, которое может сказываться и после воздействия внешних электромагнитных полей. Эффект генерации радиоотклика и остаточные явления групповой переориентации молекул воды изменяют люминесцентное и спонтанное ЭМИ живых систем и водных структур, чьи параметры могут быть идентифицированы с помощью прецизионных измерений. Эксперименты по исследованию физических свойств люминесцентных и спонтанных ЭМИ живых организмов и водосодержащих сред указывают на взаимно-однозначное соответствие параметров ЭМИ и их физических, химических и медико-биологических параметров, таких как температура, наличие или отсутствие патологий, вид и концентрация химических соединений базовых веществ. Любое изменение в макромолекуле воды проявляется в изменении статистических свойств люминесцентного, спонтанного или вынужденного ЭМИ исследуемого объекта, которое на первый взгляд является просто белым шумом. Однако статистические характеристики, которыми являются Фурье-спектр радиояркостной характеристики ЭМИ и сопутствующие Фурье-спектру математические объекты, такие как фазовые портреты во множестве параметрических пространств системы, полученные с помощью высокочувствительных радиометров, могут с высокой степенью вероятности указать характер воздействия ЭМИ, химический состав исследуемых водосодержащих сред [3], наличие нестандартных или патологических изменений жизнедеятельности исследуемых объектов [6, 7].
Для измерения характеристик люминесцентного и спонтанного ЭМИ использовался высокочувствительный радиометр, принимающий сигнал ЭМИ на длине волны 4,9 мм. Радиометр имел следующие технические параметры: рабочая частота V = 61,2 ГГц, точность установки и поддержания частоты гетеродина 200 МГц; входная полоса рабочих частот 200 МГц; флуктуационная чувствительность приемника не более 0,15К, при постоянной
времени 1 сек. Минимальное значение мощности, измеряемой радиометром: Рмин = кТ-Ду=1,38-10-23-0,15-200-106(Вт)=4,14-10-16 Вт. Приемная антенна радиометра представляла собой рупор с переходом на волновод сечением 3,6x1,8 мм с фланцем прямоугольного сечения.
В качестве предмета исследования была взята деионизированная дистиллированная вода с электропроводностью не менее 0,8 мкСм/см. Экспериментально, с помощью радиометра, измерялись радиояркостные характеристики исследуемых образцов воды. Ради-ояркостные характеристики измерялись во времени, время экспозиции одного измерения составляло 1 час.
Для проведения измерений первоначально исследуемые образцы воды помещались в чашки Петри, которые ставились на приемный рупор принимающей антенны радиометра, осуществлявшего фиксацию люминесцентного излучения ЭМИ образца. Затем образец облучался ЭМИ с интегральной мощностью 10 мВт на частоте 42,25 ГГц в течении 1 часа. После облучения фиксировалось спонтанное излучение образца. Время регистрации сигнала во всех экспериментах составлял 1 час. Сигнал с радиометра подавался на компьютер, который производил запоминание и обработку получаемой информации.
Экспериментально показана значимость эффекта изменения параметров вынужденного ЭМИ, или радиоотклика, при действии ЭМИ на водные растворы веществ и биологические среды. Установлены основополагающие параметры радиоотклика, отвечающие физическим, химическим и медико-биологическим свойствам исследуемых биологических субстанций и водных сред. Сделан вывод о том, что набор значений установленных параметров радиоотклика всего многообразия частотных диапазонов сможет служить отправной точкой для определения биологических свойств живых организмов и химических составов водосодержащих субстанций. Выводы
Установлены параметры вынужденного излучения, или радиоотклика биологических и водных сред определяющие физические свойства исследуемого объекта. Показано взаимнооднозначное соответствие фиксируемых ЭМИ и свойств водных и биологических сред.
Предложен метод определения свойств водных и биологических сред путем фиксации статистических параметров их люминесцентного и спонтанного ЭМИ. Экспериментально показано изменение Фурье-спектров и фазовых портретов в пространстве определяющих параметров временной реализации радиояркостной характеристики после воздействия на образец ЭМИ. Установлено минимально значимое время экспозиции радиоприема спонтанного ЭМИ для получения достоверных и повторяющихся экспериментальных данных, равное одному часу.
Работа выполнена в соответствии с госзаданием.
[1] Петросян В.И., Бриль Г.Е. Радиоволновые экологические факторы. // «Биомедицинская радиоэлектроника». 2018. № 4. С. 21 - 26.
[2] Синицын Н.И., Петросян В.И., Ёлкин В.А., Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В., Бецкий О.В. Особая роль системы «миллиметровая волна - водная среда» в природе. // «Биомедицинская радиоэлектронника». 1999. № 1. С. 3 - 21.
[3] Савельев С.В., Бецкий О.В., Морозова Л.А. Основные положения теории действия миллиметровых волн на водосодержащие и живые биологические объекты.// «Журнал радиоэлектроники». Раздел «Биомедицинская радиоэлектроника». 2012. № 11.
[4] Морозова Л.А., Савельев С.В., Савченко Е.В., Смирнов В.Ф. Генерация радиоотклика на внешнее электромагнитное излучение в водных и биологических средах. // «Биомедицинская радиоэлектроника». 2017. № 12. С. 46 - 49.
[5] Авшалумов А.Ш., Балтаева Р.У., Филаретов Г.Ф. Функциональная неинвазивная диагностика органов и систем человека. // М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство». 2015. 264 С. Московский институт кибернетической медицины.
[6] Савельев С.В., Бецкий О.В., Морозова Л.А., Васильев В.С. Свойства миллиметрового излучения организма человека при нормальном и патологическом состояниях. // «Биомедицинская радиоэлектроника». 2018. № 4. С. 27 - 32.
