У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название Дозовые закономерности летального действия микроволнового излучения
Количество страниц 110
ВУЗ МГИУ
Год сдачи 2010
Бесплатно Скачать 24808.doc 
Содержание Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ...4

ВВЕДЕНИЕ...5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...10

1.1. Некоторые радиобиологические аспекты действия электромагнитных излучений...10

1.2. Расчетные методы дозиметрии неионизирующих электромагнитных излучений...24

1.3. Чувствительность животных разных видов к микроволновому облучению в зависимости от плотности потока энергии...27

1.4. Комбинированное воздействие микроволнового излучения с факторами окружающей среды...29

1.5. Нормирование электромагнитных излучений...32

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА...36

2.1. Методы количественной оценки поглощенной дозы и ее мощностиЗб

2.2. Математическая модель синергического взаимодействия факторов окружающей среды...42

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...46

3.1. Дозиметрические исследования...46

3.2. Зависимость гибели животных в процессе облучения от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы (частота 7 ГГц, 0,46

ГГц)...58

3.3. Зависимость чувствительности животных к микроволновому облучению от мощности поглощенной дозы и плотности потока энергии (частота 2,4 ГГц)...66

3

3.4. Летальные эффекты при микроволновом облучении животных с частотой 0,2; 10; 24 ГГц...79

3.5. Математическое описание синергического взаимодействия температуры окружающей среды и микроволн при нагреве животных...88

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...102

ВЫВОДЫ...108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...110

Введение



СПИСОК СОКРАЩЕНИИ

Вт/см2 - ватт на квадратный сантиметр - единица измерения плотности потока

энергии;

Вт/кг — ватт на килограмм — единица измерения мощности поглощенной дозы ;

ВОЗ - Всемирная Организация Здравоохранения;

ВЧ — высокая частота;

г - грамм;

Гц -герц;

ИВЧ - инфравысокая частота;

ИНЧ - инфранизкая частота;

ЛЭП — линия электропередачи;

мин -минута;

МПД — мощность поглощенной дозы;

НЧ - низкая частота;

НЭМИ - неионизирующее электромагнитное излучение;

ПДУ - предельно допустимый уровень;

ППЭ - плотность потока энергии;

РЧ — радиочастота;

СВЧ — сверхвысокая частота;

см2/г - сантиметр квадратный на грамм, единица измерения удельного сечения

поглощения;

СЧ - средняя частота;

УВЧ — ультравысокая частота;

УФ - ультрафиолет;

ЧВЧ — чрезвычайно высокая частота;

ЭМ - электромагнитный;

ЭМИ — электромагнитное излучение.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние десятилетия возник новый источник опасности - электромагнитные воздействия неионизирующей природы, сформированные источниками антропогенного происхождения.

Электромагнитные поля (ЭМП) и электромагнитные излучения (ЭМИ) не являются чуждыми человеку, они присутствовали на Земле на протяжении всего времени существования планеты. Но за последние 50 лет прошлого XX века произошел резкий скачок уровня их напряженности и интенсивности. Это во многом связано с активным развитием и освоением электротехнических и радиоэлектронных комплексов, используемых во всех сферах человеческой деятельности. Поэтому можно считать естественным большой интерес со стороны ученых всего мира к исследованиям биологических эффектов ЭМИ. При этом очень важна корректная оценка величины действующего фактора.

В последнее время опубликовано большое количество работ, посвященных анализу экспериментальных и клинических данных, описывающих воздействие на живые объекты микроволнового облучения. В отечественной литературе практически отсутствуют данные по описанию эффекта микроволн в зависимости от мощности поглощенной дозы (МПД). В России по настоящее время используют для описания воздействия микроволн плотность потока энергии (ГШЭ), падающего на облучаемый объект. Описание зависимости СВЧ эффектов от плотности потока энергии не является корректным, поскольку реальная поглощенная энергия, вызывающая реакции живых систем, может быть различной при одинаковых значениях ППЭ. Это различие определяется прежде всего соотношением между длиной волны электромагнитного излучения и размером облучаемого объекта, которое детерминирует эффективность взаимодействия радиоволн с объектами. Кроме того, на конечную эффективность ЭМИ может существенно влиять наличие

б

синергического взаимодействия излучения с другими факторами окружающей среды. Поэтому актуальным являлось преобразование зависимости биологических эффектов от плотности потока энергии в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы, а также анализ значимости синергического взаимодействия микроволн и других факторов окружающей среды.

Цель и задачи исследования. Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является сопоставление зависимости летальных эффектов микроволнового облучения от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы.

Для реализации намеченной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:

- сопоставить экспериментальные данные по дозиметрии неионизирующих электромагнитных излучений с результатами опубликованных теоретических расчетов;

- преобразовать зависимости чувствительности животных к микроволновому облучению от плотности потока энергии, опубликованные в отечественной литературе, в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы;

- выявить различия в характере зависимостей летальных эффектов от плотности потока энергии и от мощности поглощенной дозы;

- количественно описать взаимодействие температуры окружающей среды и микроволн при нагреве животных.

Научная новизна. В результате проведенных исследований были получены следующие новые данные:

- установлено соответствие экспериментальных данных по измерению поглощенных доз электромагнитных излучений с результатами теоретических расчетов;

7

- проведено преобразование зависимостей летальных эффектов от плотности потока энергии, опубликованных отечественными исследователями, в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы;

- показано, что выводы о чувствительности животных к микроволнам различны в зависимости от используемого дозиметрического параметра;

- получены математические выражения, описывающие зависимость гибели животных от продолжительности и интенсивности воздействия ЭМИ;

- продемонстрирована возможность оптимизации и прогнозирования синергического взаимодействия микроволн с факторами окружающей среды.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы могут найти применение в области радиобиологии, биофизики, медицинской радиологии и экологии неионизирующих излучений. Полученные данные о принципиальном различии зависимостей летальных эффектов от ППЭ и МПД имеют значение для экстраполяции данных на человека. Математическое описание и прогнозирование синергического взаимодействия неионизирующих электромагнитных излучений с факторами окружающей среды могут быть полезны для оценки безопасных уровней микроволнового облучения в условиях комбинированного воздействия. Весь комплекс полученных новых данных имеет практическое значение при разработке норм безопасности неионизирующих электромагнитных полей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Значения удельного сечения поглощения, полученные на основании экспериментальных данных, фактически совпали с результатами теоретических расчетов.

2. Выводы о чувствительности животных к микроволновому воздействию различны в зависимости от используемого дозиметрического параметра (ППЭ или МПД).

8

3. Летальная эффективность микроволнового облучения может возрастать или убывать с ростом массы животных в зависимости от анализируемого диапазона мощностей поглощенных доз.

4. Получены математические выражения, описывающие видовую чувствительность лабораторных животных различных видов к микроволновому облучению в зависимости от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы для частот 0,2; 0,46; 2,4; 7; 10; 24 ГГц.

5. Возможность описания и прогнозирования синергизма при нагреве кроликов после одновременного действия ЭМИ и повышенной температуры окружающей среды.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены и докладывались на:

- Международном конгрессе «Энергетика 3000» (Обнинск 1998 г.);

- Международном конгрессе «Radio Frequency Radiation Dosimetry and Its Relationship to the Biological Effects of Electromagnetic Fields» (Gozd Martuljek, Slovenia 1998 r.)

- Второй международной конференции «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Нормирования ЭМП: философия, критерии и гармонизация» (Москва 1999 г.);

- Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы аэрокосмической науки и техники» (Жуковский-Москва 2000 г.) (Диплом 1 степени);

- Международном экологическом конгрессе «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург 2000 г.);

- IV съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность). (Москва, 2001 г.)

Научной сессии МИФИ - 2002. (Москва - 2002 г.);

9

- Третьей международная конференции «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования». (Москва - Санкт-Петербург, 2002 г.);

- Молодежной научной конференции. XXVII Гагаринские чтения. (Москва, 2002 г.);

- Конкурсе научных работ Российского Национального Комитета по защите от неионизирующих излучений «Электромагнитная безопасность человека и экосистем». (Москва, 2004 г.) (Диплом 1 степени).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 12 публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, материалов и методов, результатов собственных исследований, обсуждения и выводов. Работа изложена на 130 стр. (включая список литературы), иллюстрирована 27 рисунками и 3 таблицами. Список литературы содержит 169 наименований, из которых 74 работы отечественных и 95 работ зарубежных авторов.

10 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В этой главе будут проанализированы описанные в литературе некоторые радиобиологические аспекты действия электромагнитных излучений на биологические объекты; расчетные методы дозиметрии неионизирующего электромагнитного излучения; сведения видовой чувствительности животных к микроволновому облучению в зависимости от плотности потока энергии, особенности комбинированного воздействия микроволнового излучения с факторами окружающей среды, а также основные принципы нормирования электромагнитных излучений. В результате анализа будут сформулированы основные цели и задачи данной работы.

1.1. Некоторые радиобиологические аспекты действия

электромагнитных излучений

В связи с бурным развитием науки и техники, интенсивность электромагнитного воздействия за последние 50 лет возросла в тысячи раз (Давыдов Б.И. и др., 1979, 1984; Антипов В.В. и др., 1980; Алексеев А.Г., Холодов Ю.А., 1997; Григорьев Ю.Г., Васин А.Л., 2003). На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания — биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природные электромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра. Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли определенную роль в эволюции организмов, что это отразилось на процессах их жизнедеятельности (Журавлев А.И., 1979; Акоев И.Г. и др., 1980, 1983, 1994;

11

Горбачев П.А., 1998; Рудаков МЛ., 1998; Протасевич Е.Т., 2000; Тихонов М.Н.; Довгуша В.В., 2000; Adair, 1983; Gordon et al., 1986; Gandhi, 1990;).

Однако с развитием цивилизации существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и это тоже сыграло, а точнее продолжает играть роль в развитии всего живого на Земле (Пресман А.С., 1956, 1965, 1968; Майкельсон С, 1975; Суворов Г.А. и др. 1998; Маслов О.И., 2000; Но, Youmans, 1972; Justesen, 1972; Massoudi etal., 1982; Michaelson, 1983).

Для всех излучений области спектра, где энергия квантов -hv (h -постоянная Планка; v - частота) больше средней кинетической энергии молекул - кТ (к -постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура) - hv > кТ (при температурах, свойственных живым организмам), многие виды биологической активности в той или иной степени были обнаружены (Пресман А.С, 1964). Иначе обстояло дело с остальной обширной областью электромагнитного спектра, где hv < kT; эта область включает диапазоны от сверхвысокочастотного до инфранизкочастотного, вплоть до «нулевой частоты» (постоянных электрических и магнитных полей). В целом проблема биологической активности области неионизирующих электромагнитных полей (НЭМП) вновь приобрела большое значение в последние годы. Это связано с ростом количества ЛЭП, радио- и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи, различных энергетических и энергоемких установок, городского электротранспорта; с широким внедрением технологического оборудования различного назначения, использующего СВЧ излучение, переменные и импульсные магнитные поля; медицинских терапевтических и диагностических установок, средств визуального отображения информации (мониторы компьютеров, телевизоры и т.д.); промышленного оборудования на электропитании; электробытовых приборов; индивидуальных средств связи (Григорьев Ю.Г., 1999; Плаксин А.А., 1999; Родионов Б.И., 2000; Рудаков М.Н., 1998, 1999). Исследования отдельных аспектов этой проблемы ведутся уже

12

давно (Пресман А.С., 1964; Майкельсон С, 1975; Маслов О.Н., 2000). На рисунке 1.1 представлена шкала электромагнитных волн, а в таблице 1.1 представлено принятое условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны (Ремизов А.Н., 1999).

НЭМП долгое время считали не оказывающими какого-либо влияния на живые организмы. К такому заключению приводили простые физические соображения: поскольку кванты энергии в этой области спектра значительно меньше средней кинетической энергии молекул (hv«kT), то поглощение ЭМП в живых тканях может быть связано только с усилением вращения или колебания молекул как целого, т.е. с преобразованием электромагнитной энергии в тепловую (Шван, 1971; Ярмоленко СП., 1992; Шандала М.Г. и др., 1998). А поглощение энергии постоянного или медленно изменяющегося электрического и магнитного полей - с ориентацией молекул. Расчёты показывали, что сколько-нибудь значимых для организма тепловых эффектов ЭМП можно ожидать только при весьма высоких напряженностях — порядка 102В/м для сверхвысоких частот и до 106В/м для инфранизких частот, т.е. при напряженностях, на много порядков превышающих значение напряженностей естественных ЭМП биосферы. Что касается биологически значимого эффекта ориентации молекул под действием постоянных или медленно изменяющихся полей, то такой эффект возможен, если энергия взаимодействия поля с молекулой не меньше кТ. Многие ученые скептически относились к появлявшимся время от времени сообщениям биологов о реакциях животных и человека на ЭМП, значительно более слабые, чем это требовалось для теплового эффекта (Durney et al., 1985; Klauenberg et al., 1995; Repacholi, 1999).

Биологические исследования показали, что организмы самых различных видов - от одноклеточных до человека - чувствительны к постоянному магнитному полю. Различная реакция организмов на воздействие электромагнитных полей возникает при интенсивности, которая в тысячи, сотни тысяч и даже миллионы раз ниже, чем это следует из теоретических

13

Инфракрасное излучение

Радиоволны

Видимый свет

Ультрафиолетовое излучение

Рентгеновское излучение

у - излучение

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Ху м 10> 1 102 ю-4 I0"6 ю-'" ю-" ю-

1 1 1 1 1 1

3*105

3*105

3*10'

3*10'

3*10'

3*10z

v, Гц

Рис. 1.1. Шкала электромагнитных волн (X - длина волны ЭМИ, м; v -частота ЭМИ, Гц) (Ремизов А.Н., 1999)

14

Таблица 1.1

Радиочастотные диапазоны (Ремизов А.Н., 1999)

Частоты, МГц Обозначение Определение

<0,03 инч Инфранизкая частота

0,03 - 0,3 нч Низкая частота

0,3-3 сч Средняя частота

3-30 вч Высокая частота

30-300 ивч Инфравысокая частота

300-3000 УВЧ Ультравысокая частота

3000-30000 свч Сверхвысокая частота

30000-300000 чвч Чрезвычайно высокая частота

15

представлений об энергетическом характере биологических эффектов ЭМИ. Особенно высока чувствительность к многократно повторяющимся сверхслабым ЭМП, т.е. имеет место кумулятивное их воздействие на организмы. Высокая чувствительность к ЭМП проявляется у целостных организмов; она значительно ниже у изолированных органов и клеток и ещё ниже у белковых растворов (Michaelson, 1971; McCall, Corder, 1995; Grayson, Lyons, 1996 Toler et al., 1997).

Реакция организма на электромагнитное облучение может носить различный характер (Allen, 1979; Adair, 1983, 2000; Armitage, 1983; Alpeter et al., 1995; Hurt, 1999; Maison, 1999; Pakhomov, 1999; Ziriax, 1999). Возникают нарушения регуляции физиологических функций (ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т.д.). ЭМИ влияют на характер чувственных ощущений: у человека - зрительных, звуковых, осязательных, у животных — проявляющихся в изменении эмоционального состояния (от угнетённого до подобного эпилептическому)(Давыдов Б.И., 1984; Акоев И.Г. и др., 1994; Григорьев Ю.Г., 1997). Особенно ярко выраженные нарушения наблюдаются в регуляции процессов развития. Резкие нарушения отмечаются при патологических состояниях организма (D'Anderta, 1999; Merritt, 1999; Jauchem etal., 1998).

Анализ литературных данных, касающихся радиобиологических аспектов действия электромагнитных излучений, показал, что характер и выраженность биологических эффектов ЭМП своеобразно зависят от параметров последних (Журавлев А.И., Зубкова СМ., 1979; Давыдов Б.И., 1984; Dalziel, 1950; Deichman, 1959, 1966; Holwand, 1961; Harrington, 1972; Li et al., 1977; Gordon et al, 1986, 1987; Elder et al., 1989; Gandhi, 1990; Kues et al., 1992). В одних случаях эффекты максимальны при некоторых «оптимальных» интенсивностях ЭМП, в других - возрастают при уменьшении интенсивности, в третьих — противоположно направлены при малых и больших интенсивностях. Что касается зависимости от частот и модуляционно временных характеристик

16

ЭМП, то она имеет место для специфических реакций (условные рефлексы, изменения ориентации, ощущения) (Пресман А.С., 1964; Холодов Ю.А., 1972; Холодов Ю.А. и др., 1967; Штемлер В.М., Колесников. СВ., 1978; Chiabrera et al., 1985; Elder et al., 1989). Основным биологическим эффектом при облучении живой материи интенсивными потоками микроволн является увеличение температуры облучаемых объектов, которое прямо пропорционально количеству поглощенной энергии (Давыдов Б.И. и др., 1984; Петин В.Г. и др., 1996). Это вызвано превращением поглощенной объектом электромагнитной энергии в тепловую. Тепловой отклик животных на микроволновое облучение зависит от температуры окружающей среды, влажности и воздушных потоков (Klauenberg, 1995; Burkhardt et al., 1996; Kuster, Balzano, 1996; Klauenberg et al.,1999; Petin et al., 2000). Конечным эффектом роста температуры могут быть расстройства терморегуляции и смерть животных. При достаточном количестве поглощенной энергии и продолжительности облучения температура тела животного будет расти до некоторого критического уровня, и животное погибнет вследствие летального перегрева. Общая тепловая нагрузка объекта возрастает с увеличением продолжительности облучения животных. С ростом тепловой нагрузки, когда механизмы отвода избыточного тепла не успевают компенсировать (отводить) поглощаемую тепловую энергию, наблюдается увеличение температуры тела лабораторных животных. Следовательно, интенсивность электромагнитного поля и продолжительность облучения являются важными параметрами, определяющими количество энергии, поглощенной тканью (Cheung, 1976; Cetas, Conner, 1978; Allen, Hert, 1979; Armitage et al., 1983; Gabriel, 1996).

Механизм преобразования в живых тканях энергии ЭМП в тепловую считали единственно возможной причиной многих биологических эффектов, вызываемых ЭМП радиочастотного диапазона. На идее локального нагрева тканей были разработаны и получили широкое распространение методы

17

применения ЭМП высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот для лечения различных заболеваний (Григорьев Ю.Г. и др., 1983, 1984).

Тепловая концепция биологических эффектов ЭМП не объясняет результаты ряда исследований, проведенных с ЭМП слабых интенсивностей, когда нагрева объекта нет. Однако в случаях, когда биологические объекты подвергаются воздействию ЭМП достаточно высоких интенсивностей (при которых тепловой эффект уже возможен), эта концепция представляется вполне адекватной. В литературе подробно рассмотрены теоретические и экспериментальные данные о тепловых эффектах ЭМП различных частот (Давыдов Б.И., Антипов В.В., 1974; Антипов В.В. и др., 1980, 1984).

В низкочастотном и высокочастотном диапазонах излучения преобразование энергии ЭМП в тепловую связано в основном с потерями проводимости, возникающими за счет выделения в тканях тепла, индуцированного в них ионными токами. При выполнении условия квазистационарности 1 « А, где 1 - длина тела животного, X - длина волны, применимо следующее уравнению:

Аттп

где QnoB — плотность индуцируемого поверхностного заряда; Е — напряженность однородного электростатического поля; п — коэффициент, зависящий от формы эллипсоида (предполагаемая геометрия человеческого тела); 0 - угол между направлением на рассматриваемую точку поверхности и направлением поля. При сферической форме проводящих тел будем иметь:

Список литературы
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 1425
Скачать бесплатно 24808.doc 





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.