ВЛИЯНИЕ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ |
У многих людей в нашей стране термин излучение вызывает подсознательный страх и непреодолимое желание держаться подальше от всего, что с этим связано. Возможно, это синдром Чернобыля. Свою лепту в это вносит и сходство слов радио и радиоактивность, хотя слово радиоактивность имеет своим корнем радий — химический элемент, в котором впервые было обнаружено явление радиоактивности. Поэтому имеет смысл отделить зерна от плевел и разобраться, как в действительности микроволновое излучение влияет на биологические объекты и какую опасность оно может представлять для человека.
Как мы уже знаем, микроволны — это вид электромагнитной энергии, занимающий по шкале частот положение между радиоволнами и инфракрасным излучением (рис. 1.1), и поэтому ему присущи некоторые свойства своих соседей. Ни тепло, ни радиоволны не наносят ущерба нашему здоровью, следовательно, нет особых причин ожидать этого и от микроволнового излучения. Рассматривая шкалу электромагнитных частот, можно выделить две принципиально различные формы излучения на разных ее концах. Излучение волн с частотой больше, чем у видимого света называется ионизирующим, а если частота излучения меньше, чем частота видимого света, то такое излучение является неионизирующим. Для того, чтобы понять разницу между этими двумя видами излучения, необходимо разобраться во взаимодействии электромагнитных волн с веществом. Все в природе состоит из атомов, мельчайших неделимых частичек вещества. Атом в переводе с греческого означает неделимый. Если взять любой однородный предмет, к примеру железный трамвайный рельс, и последовательно распиливать его на все более мелкие кусочки, то в конце концов мы получим такой маленький кусочек, который является мельчайшим носителем вещества Атом можно продолжать делить и дальше, на электроны, протоны и другие элементарные частицы, но тогда это уже будет не железо. Электрон железа ничем не отличается от электрона кислорода и поэтому не несет в себе никаких свойств вещества. Сочетания атомов различных элементов могут образовывать молекулы — мельчайшие частички веществ более сложной структуры. В этом случае разрушение вещества может наступить еще раньше, на этапе деления молекул на атомы.Таблица 1.1
| Диэлектрик | е | tg5 |
| Вареный горох | 9 | 0.5 |
| Винипласт | 4.0 | 0.02 |
| Вода вблизи точки замерзания | 87.8 | — |
| Вода вблизи точки кипения | 55.6 | — |
| Вода при t=20°C | 81 | 0.11 |
| Гетинакс | 7.5 | 0.015 |
| Капрон | 4.5 | 0.06–0.1 |
| Картофель | 38 | 0.3 |
| Касторовое масло | 4.0 | 0.02 |
| Кварц плавленый | 3.8 | ПО'4 |
| Льняное масло | 3.3 | — |
| Метиловый спирт | 32.6 | — |
| Мороженая говядина npnt=-15°C | 5.0 | 0.15 |
| Мороженая свинина при t=-15°C | 6.8 | 1.2 |
| Нейлон | 4.6 | 0.04 |
| Пластмассы Э1–340–02, Э2–330–02, Э8–361–63, Э9–342–73, Э10–342–63, Э11–342–63, Э15–121–02 | 7.5–9.5 | 0.08 |
| Пластмассы ЭЗ-340–65, Э4–100–30, Э5–101–30, Э6–014–30 | 6–8 | 0.01–0.012 |
| Плексиглас | 2.61 | 8.4*103 |
| Поджаренная говядина при t=24°C | 28 | 0.2 |
| Поджаренная свинина при t=35°C | 23 | 2.4 |
| Полистирол | 2.55 | 0.5*10'3 |
| Полиэтилен | 2.26 | 0.4*10'3 |
| Сапфир | 11 | 0.26*104 |
| Слюда | 5.4 | 0.3*10'3 |
| Стекло С5–1 | 3.8 | 1*10'4 |
| Стекло С63–1 | 12 | 131*10'4 |
| Текстолит | 3.67 | 6.0*10'2 |
| Трансформаторное масло | 2.2 | 0.001 |
| Фреон 215 | 2.76 | 6.0 |
| Фторопласт-4 (тефлон) | 2.0 | 3.0*10'4 |
| Эбонит | 2.67 | 6.0*10'3 |
| Электрофарфор | 5–8 | 0.025 |
| Эпоксидный компаунд Д1 | 4 | 0.02 |
| Этиловый спирт | 24.3 | — |
Квант энергии неионизирующего излучения не способен оторвать электрон от атома и поэтому не представляет угрозы для биологической ткани. Особо подчеркнем, что мощность излучения в этом случае не имеет значения, так как если для ионизации молекулы нужна определенная энергия, то этого не смогут сделать и миллион квантов с вдвое меньшей энергией. Микроволновое излучение по шкале частот расположено ниже инфракрасного, поэтому никакого ионизирующего воздействия на вещество не оказывает. Однако это вовсе не означает, что оно вообще не представляет опасности. Любой вид энергии несет в себе определенную угрозу, и риск тем больше, чем выше уровень энергии и время ее воздействия. к примеру, электрическая батарейка и линия высоковольтной передачи заключают в себе один и тот же вид энергии, но степень риска при работе с ними изменяется от пренебрежимо малой до смертельно опасной. Можно получать удовольствие, принимая солнечные ванны, но, если переусердствовать, это может закончиться ожогом или солнечным ударом. Микроволновое излучение здесь не исключение. Работая с СВЧ оборудованием мощностью 100 Вт, у того сломаны все защиты и блокировки, самое худшее, что может случиться, эквивалентно нагреву тканей тела нагревателем такой же мощности. Это может быть неприятно, но не смертельно. Аналогичная ситуация с оборудованием мощностью 100 кВт, превратит субъекта, оказавшегося в неподходящее время в неподходящем месте, в пепел в течение нескольких минут. Единственным утешением для скорбящих родственников будет экономия на крематории. Как правило, не бывает четкой границы между опасным и безопасным уровнем мощности. Считающееся вполне безопасным напряжение 36 В, при определенных условиях может вызвать поражение электрическим током. Поэтому в качестве стандарта безопасного излучения принимается такое, то ни при каких условиях не может нанести вреда.
Влияние СВЧ полей на биологические объекты до конца еще не изучены. Имеются сведения о положительном воздействии микроволн на семена сельскохозяйственных культур. Существуют медицинские аппараты, использующие микроволновую энергию для лечения различных заболеваний. В печати были сообщения о том, что так называемое биополе есть не что иное, как микроволновое излучение с длиной волны около 8 мм, (впрочем за достоверность этого создатель поручиться не может). Основным биологическим воздействием микроволнового излучения в настоящее время считается повышение температуры тела за счет поляризационных эффектов. Для количественной оценки уровня излучения используется параметр плотность мощности, измеряемый в ваттах на квадратный сантиметр. Чувствительность человеческого тела к микроволновому излучению зависит от его частоты. Излучение миллиметрового диапазона и более высокочастотное почти полно— стью поглощается кожным покровом и можег ощущаться при плотности мощности в несколько милливатт на квадратный сантиметр, На частоте работы микроволновой печи (2450 МГц) проникновение излучения внутрь тела составляет несколько сантиметров и производимый им нагрев чувствуется при плотности мощности ?0–50 мВт/См* в течение нескольких секунд. Опасность такого излучения яакпючена в возможности получения внутренних ожогов, которые могут быть гораздо более опасны, чем обычные ожоги, поскольку организм к ним менее приспособлен. Особенно чувствительны к таким ожогам глаза и яичники, поскольку низкий поток крови о этих частях тела практически не рассеивает тепло. Заметим, что необратимые изменения в организме могут наступать при достижении внутренними тканями тега температуры выше 4Э°С. Минимальная плотность излучения, при той это может произойти, составляет 20 мВт/см1. к примеру, гпотность излучения 100 мВт/см* в течение продолжительного времени может служить причиной глазной катаракты и временного бесплодия. При плотностях мощности, в десять и более раз меньшими, излучение считается полностью безопасным. к примеру, плотность излучения от телевизионной вышки, фактически производящей такое же воздействие на оргенизм человека, как СВЧ, в некоторых местах составляет единицы милливатт не квадратный сантиметр, однако мы его никак не ощущаем. В настоящее время в мире существуют два основных стандарта на уровень безопасного излучения. Один из них разработан Американским Национальным Институтом Стандартов (ANSI) и предлагает считать безопасным излучение с плотностью мощности в 10 мВт/см8. Для микроволновых печей стандартом является плотность мощности в 1 мВт/см2 на расстоянии 5 см от ночи.
Европейский стандарт {в том числе и российский) предполагает, что уровень плотности излучения ог микроволновой печи не должен превышать 10 мкВт (0.01 мВт) на квадратный сантиметр на расстоянии 50 см. от источника излучения (рис. 1.32). Причиной такого расхождения стандартов послужили исследования, выполненные в Советском Союзе в 80-х годах, по нетепловому воздействию микроволн на живые организмы, в особенности на нервную систему. Зарегистрированы повышенная утомляемость и бессонница у людей, обслуживающих высок о часто пюе оборудование радио — и телевизионных станций. Нетепловое влияние наблюдалось также на энцефалО! рзммзх кроликов. Причины нетеплового воздействия на биологические объекты до конца не изучены; предполагается, что при этом происходи изменения в свойствах макромолекул и нервных мембран. Однако сразу оговоримся: при том уровне излучения, который допустим принятым стандартом т.е. более чем в тысячу раз меньшим безопасного уровня с точки зрения тейпового воздействия), влияние нетелповых эффектов не обнаружено. Попутно заметим, что плотность излучения от сотового телефона, примерно на порядок превышает излучение от микроволновой печи.
Рис.1.32. Уровень безопасной плотности излучения от микроволной ой печи
Для промышленных установок уровень разрешенного излучения несколько выше. В таблице 1.0 указаны предельно допустимые уровни плотности мощности в диапазоне частот 300 МГц — 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия (СанПиН 2.2.4/2.1.8.055–96). Все выпускаемые печи удовнеторяют (ребованиям безопасности, а хорошие микроволновые печи имеют уровень излучения в десятки раз ниже допустимого. Однако некоторые микроволновые печи со временем могут превысить допустимые нормы плотности излучения, но к роковым последствиям, тем не менее, это не приводит (если только ото не дыры в корпусе или дверце). До сих пор мы рассматривали только негативное влияние микроволнового излучения на биологические объекты. Это может создать у посетителя однобокое представление о предмете. Попробуем выровнять чашу весов, отметив некоторые преимущества изготовления пищи в микроволновой печи. Поскольку микроволновое излучение обеспечивает очень быстрое приготовление пищи и нагрев ее происходит изнутри, уменьшается разрушение содержащихся в продуктах витаминов. В таблице 1.3 приведены примеры степени сохранения полезных витаминов и сравнение с другими способами изготовления пищи. Таблица 1.2
| Продолжительность воздействия | Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, (мВт/см2) | Продолжительность воздействия | Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, (мВт/см2) |
| 8.0 и более | 0.025 | 3.5 | 0 057 |
| 7.5 | 0.027 | 3.0 | 0.067 |
| 7.0 | 0.029 | 2.5 | 0.080 |
| 65 | 0 031 | 2.0 | 0.100 |
| 6.0 | 0.033 | 1.5 | 0.133 |
| 5.5 | 0.036 | 1.0 | 0.2 |
| 5.0 | 0.040 | 0.5 | 0.4 |
| 4.5 | 0.044 | 0.25 | 0.8 |
| 4.0 | 0.050 | 0.2 и менее | 1.0 |
| Продукты | витаминчики | В сыром виде | Микроволновая печь | Обжаривание | Кипячение | Электрическая печь |
| Шпинат | С | 100% | 82% | 69% | ||
| Капуста | ' 100% | 93% | 73% | |||
| Перец | 100% | 80% | 79% | |||
| Сладкий картофель | 100% | 88% | 70% | 35% | ||
| Печеные яблоки | 100% | 82% | 35% | |||
| Бифштекс | В | 100% | 71% | 68% | ||
| Печеная свинина | 100% | 66% | 64% |
Угпубпенные лабораторные исследования показали, что микроволновое излучение обладает стерилизующим действием в отношении стафилококков, кишечных папочек и других микроорганизмов. Причина этого эффекта заключается в том, что температура внутри продуктов возрастает очень быстро при одновременном диэлектрическом нагреве протеинов микроорганизмов. Происходит так называемый тепловой удар, отправляющий микроорганизмы в нокаут. В качестве иллюстрации на рис. 1.33 отображено сравнение стерилизующего воздействия обычного и микровопнового нагрева на возбудителей сенной лихорадки.
Длительность нагрева, сек.
Рис. 1.33. Степень выживания возбудителей сенной лихорадки при обработке продуктов обычным способом и с помощью микроволнового нагрева
Как легко видеть из рисунка, эффект стерилизации при использовании микроволнового излучения в сотни раз выше, чем при обычных способах изготовления пищи.