Низкоинтенсивное электромагнитное излучение миллиметрового диапазона воды и водных растворов

Козьмин, Алексей Сергеевич

Низкоинтенсивное электромагнитное излучение миллиметрового диапазона воды и водных растворов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Козьмин, Алексей Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Низкоинтенсивное электромагнитное излучение миллиметрового диапазона воды и водных растворов»

Автореферат диссертации на тему "Низкоинтенсивное электромагнитное излучение миллиметрового диапазона воды и водных растворов"

На правах рукописи

КОЗЬМИН Алексей Сергеевич

НИЗКОИНТЕНСИВНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

01.04.04 - физическая электроника 03.01.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

485841

3 НОЯ 2011

Волгоград - 2011

4858417

Работа выполнена в Институте Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук

Кислов Владимир Владимирович;

доктор физико-математических наук, профессор Бецкий Олег Владимирович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Ильин Евгений Михайлович;

доктор физико-математических наук, профессор Гапеев Андрей Брониславович.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Защита диссертации состоится « 24 » ноября 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 28 ь ауд. 209 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Электромагнитное излучение (ЭМИ) миллиметрового диапазона длин волн является предметом исследования физики и биофизики. Миллиметровый (крайневысокочастотный (КВЧ) диапазон длин волн от 1 до 10 мм или частоты от 30 до 300 ГГц включает длинноволновую часть терагерцового (ТГц или ТГЧ) диапазона. ТГц диапазон охватывает частоты от 100 ГГц до 10 ТГц (в длинах волн - от 3 мм до 30 мкм), нижняя граница определена частотно-временным ограничением (от 100 ГГц и выше) электронных переходов в полупроводниковых структурах, а верхняя - максимальной длиной волны квантовых переходов лазерных структур.

Электромагнитным излучением пронизано все окружающее нас пространство. Источником слабого ЭМИ являются окружающая среда и биологические объекты. Показано, что живые объекты обладают, во-первых, способностью генерировать собственное КВЧ излучение и, во-вторых, сами реагируют на внешнее КВЧ и ТГц облучение [1].

В ТГц области определен диапазон лечебных частот и средств, используемых в медицинской практике. Новое перспективное направление в физиотерапии, было названо «терагерцовая (ТГЧ-) терапия».

На протяжении последних лет накоплен большой экспериментальный материал, позволивший разделить все эффекты воздействия электромагнитного излучения на живые организмы на два больших класса: тепловые и нетепловые. Тепловой эффект в биологическом объекте наблюдается при облучении полем с плотностью потока мощности более 10 мВт/см", нагрев тканей при этом превышает величину 0,1 °С, при меньшей мощности - «низкоинтенсивное излучение», наблюдается нетепловой эффект.

Процессы, происходящие при воздействии мощных электромагнитных полей, получили теоретическое описание, хорошо согласующееся с экспериментальными данными, а эффекты при низкоинтенсивном облучении, остаются слабо изученными.

Биофизические свойства волн ТГц диапазона проявляются при взаимодействии с физическими и биологическими средами. Известно, что основной мишенью при облучении миллиметровым излучением является вода. В работе [2] показано, что предварительно облучённая в КВЧ и ТГЧ диапазонах вода приобретает новые уникальные свойства. Этот эффект получил название «память воды» [3].

При всём многообразии работ, посвященных изучению КВЧ и ТГц излучения, до сих пор остаются не раскрытыми характеристики и механизмы действия этого излучения на физико-химические свойства воды и водных растворов. Выявление эффектов ЭМИ КВЧ и ТГц диапазонов является актуальной задачей физической электроники.

Разработка новых нетрадиционных методов генерации и усиления колебаний в терагерцовом диапазоне длин волн представляет важную и актуальную задачу для широкого использования этого излучения в различных областях науки и техники, в частности, для биофизических исследований. В данной работе изучается один из возможных подходов к решению этой задачи.

Целью работы является изучение электромагнитных свойств воды и жидкостей с различными физико-химическими свойствами в КВЧ и ТГЧ диапазонах на биологически значимых частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

При реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- создана экспериментальная установка на базе сверхчувствительных узкополосных радиометров и генераторов ЭМИ;

- исследованы собственные электромагнитные излучения воды и водных растворов на частотах 61,2 ГГц; 118 ГГц и 150 ГГц;

- исследованы радиофизические эффекты («радиофизический отклик») воды и водных растворов после их облучения на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц;

- исследованы времена восстановления («время релаксации») исходного уровня электромагнитного излучения (величины собственного излучения) после облучения воды и водных растворов;

- исследованы поляризационные эффекты «радиофизического отклика» дистиллированной воды;

- исследованы радиофизические эффекты при внутрижидкостном облучении различных жидкостей на частоте 61,2 ГГц;

- проведен сравнительный анализ собственного излучения, «радиофизического отклика» и «времени релаксации» исследованных жидкостей на различных частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обнаружено новое физическое явление - эффект «долгоживущих» низкоинтенсивных электромагнитных колебаний в КВЧ и ТГЧ диапазонах длин волн воды и водных растворов;

- установлено, что после облучения воды и водных растворов на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц интенсивность вынужденного излучения достоверно выше, чем собственное излучение каждой жидкости - эффект «переизлучения»;

- установлено, что «время релаксации» различается у исследованных жидкостей и зависит от продолжительности предварительного облучения;

- «радиофизический отклик» не связан с тепловым эффектом. Излучение электромагнитных волн исследованных жидкостей определяется межмолекулярными взаимодействиями воды с растворёнными в ней веществами.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- выявленные закономерности излучения дистиллированной воды и водных растворов в КВЧ и ТГц диапазонах, позволяют понять результаты биофизических экспериментов проводимых в ММ-диапазоне длин волн;

- зарегистрированные вынужденные излучения («переизлучение») у всех исследованных жидкостей создают основу для использования обнаруженного эффекта с целью создания новых методов и приборов в терагерцовом диапазоне длин волн;

- применение сверхчувствительных радиометров открывает новые возможности для создания методов дистанционного анализа и исследования растворов и происходящих в них процессов.

Реализация результатов исследования. Работа велась в рамках НИР:

- «Исследование физических механизмов взаимодействия низкоинтенсивных терагерцовых волн с биологическими объектами и разработка рекомендаций для построения электронных устройств широкого применения» (Шифр «Маятник»), выполняемая на базе Фрязинского филиала Института Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН;

- «Регистрация радиофизического отклика от воды и водных растворов веществ, имитирующих биологическую ткань, с помощью узкополосных миллиметровых радиометров», выполняемая по программе фундаментальных исследований президиума РАН №20 («Создание и совершенствование методов химического анализа и исследования структуры веществ и материалов»), выполняемая на базе Фрязинского филиала Института Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Результаты исследования включены в достижения ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН за 2010 год.

Достоверность результатов исследования обусловлена: адекватностью выбранных методов исследования, необходимым объёмом и статистической обработкой экспериментальных данных, строгой аналитической аргументацией полученных теоретических положений на основе классических физических законов, сопоставлением экспериментальных и литературных данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Показано, что вода и водные растворы имеют различные собственные излучения на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

2. Обнаружено, увеличение интенсивности электромагнитного излучения (эффект «переизлучения») у всех исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц после облучения на тех же частотах. «Переизлучение» не связано с тепловым эффектом.

3. Обнаружено, наличие различного «времени релаксации» у исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

4. Обнаружено, что отражение ЭМИ от поверхности исследованных жидкостей на частоте 61,2 ГГц составляет 5-10%.

5. Показано, что у облученных жидкостей отсутствует эффект поляризации на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

По области исследования диссертация соответствует специальностям 01.04.04 «Физическая электроника» (пункт 4 - «Физические явления в твердотельных микро- и наноструктурах, молекулярных структурах и кластерах; проводящих, полупроводниковых и тонких диэлектрических пленках и покрытиях» и 03.01.02 «Биофизика» - («биоэнергетика, биофизика сложных систем»).

Апробация результатов. Результаты исследования докладывались: на 14-ом Российском симпозиуме с международным участием «Миллиметровые волны в медицине и биологии» (Москва, 2007 г.); на 17-ом Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (Украина, 2007 г.); на конкурсе молодых ученых им. И.В. Анисимкина (Москва, 2008 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них две - тезисы докладов на Всероссийских, Международной научно-технических конференциях, шесть - статьи, из них четыре в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Список работ приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. Диссертант полностью выполнил экспериментальное исследование в соответствии с задачами, поставленными научным руководителем: создал экспериментальную установку, провел многочисленные эксперименты, обработал, провел численные расчеты и проанализировал полученные результаты исследований. Основные научные результаты, содержащиеся в диссертации, опубликованы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы «методы и объекты», двух глав, отражающих собственные экспериментальные исследования и их обсуждение, заключения, списка используемой литературы. Материалы диссертации изложены на 135 страницах, иллюстрированы 33 рисунками и 9 таблицами. Библиографический список цитируемой литературы содержит 132 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цели исследования и положения, выносимые на защиту.

Первая глава является обзором литературы по теме диссертации. В ней приведен анализ диапазонов электромагнитных волн. Перечислены основные физические особенности электромагнитных колебаний ММ-диапазона, которые отличают их от колебаний остальных участков спектра. Рассмотрены различия между волнами КВЧ и ТГЧ диапазонов. Представлены основные физико-химические свойства воды. Приведены данные о влиянии ЭМИ на воду. Систематизированы основные результаты применения волн ММ-диапазона в медицине, биотехнологии, сельском хозяйстве. Рассмотрены имеющиеся основные механизмы и модели действия ЭМИ КВЧ и ТГЧ диапазонов на живые объекты, воду и водные растворы. Рассмотрены имеющиеся литературные данные об эффектах возникающих при облучении в КВЧ и ТГЧ диапазонах воды и водных растворов. Описаны принципы работы сверхчувствительных радиометров. Сформулированы задачи, решению которых посвящена данная работа.

Вторая глава посвящена методам и объектам исследования. В ней представлена разработанная схема экспериментальной установки и методика проведения экспериментов на различных частотах. Перечислены жидкости, используемые в качестве объектов исследования. Описаны методики расчета и обработки полученных результатов.

Для измерения собственного излучения и влияния воздействия гигагерцового и терагерцового излучения на воду и водные растворы создана экспериментальная установка, состоящая из: генератора, радиометра, волновода и чашки Петри изготовленной из медицинского полистирола. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки: I - генератор, 2 - чашка Петри с исследуемой жидкостью, 3- рупор, 4 - радиометр, 5 - блок питания

радиометра, б-ПК

Исследования воды и водных растворов проводились с помощью сверхчувствительных радиометров с фиксированной частотой КВЧ и ТГЧ диапазонов (НПО «Исток», г. Фрязино). Выбор указанных частот 61,2; 118 и 150 ГГц основан на их широком практическом применении.

В экспериментах для облучения исследуемых жидкостей использовались генераторы: на частоте 61,2 ГГц - генератор миллиметрового излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне 53-^78 ГГц (Г4-142); на частоте 118 ГГц - генератор Г4-142М с измененной лампой (ЛОВ), диапазон перестройки частот 94^120 ГГц; на частоте 150 ГГц - генератор Г4-161 с источником электромагнитного излучения типа «Гейзер» (JIOB-76), диапазон перестройки частот 125 > 160 ГГц. Облучение жидкостей проводилось в режиме непрерывной генерации с фиксированной частотой. Проведены также эксперименты, в которых облучение проводилось внутри исследуемых жидкостей. Для этих целей использовался мобильный КВЧ генератор - «Аквастим» с аппликатором с фиксированной частотой - 61,2 ГГц.

Плотность потока мощности излучения всех генераторов составляла ~ 3 мВт на 1 см".

Время однократного облучения исследуемых жидкостей варьировалось от 15 до 40 минут, а для дистиллированной воды оно составляло от 10 до 90 минут. Регистрация излучения жидкостей осуществлялась в течение 1 минуты после окончания облучения.

В качестве объектов исследования для измерения радиофизического сигнала на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц были выбраны дистиллированная вода и биологически значимые жидкости с различными физико-химическими характеристиками. В частности, водный бидистиллят; водопроводная вода; физраствор (0,9% водный раствор NaCl); 1-моль водный раствор KCl; 1-моль раствор мочевины в воде; 96% этиловый спирт; 40% водный раствор этилового спирта -водка; 40% водный раствор этилового спирта с добавлением дигидроквертици-на (С15Н1207) - (ДГК) в концентрации 50 мг/л; обогащенная кислородом вода -«OxiVital» (содержание кислорода > 60 мг/л, минерализация < 11 мг/л).

Проведены четыре серии экспериментов, в которых исследовались все указан-

ные жидкости в КВЧ и ТГЧ диапазонах. В общей сложности проведено более 500 измерений.

Обработка результатов измерений.

Визуализация и обработка экспериментальных данных проводилась с помощью персонального компьютера и специального программного обеспечения (СПО).

В данных программах по оси абсцисс откладывается время проведения измерений, а по оси ординат напряжением на выходе Усилителя Низкой Частоты (УНЧ) радиометра в Вольтах. Напряжение на выходе УНЧ в вольтах умноженное на 100 даёт эффективную температуру исследуемого объекта в Кельвинах.

Тэфф(К) = иут(В)х100

Из величины Тэфф используя формулу Тя = Тзфф.к„ [4] можно получить ра-диояркостную температуру, где к,, = 1-£п С — коэффициент отражения по мощности на частоте v. Из формулы видно, что напряжение на выходе радиометра прямо пропорционально радиояркостной температуре т.е. величине электромагнитного излучения исследуемого объекта. В данной работе представлены относительные величины сигнала радиометра, перевод значения напряжения на выходе радиометра в радиояркостную температура не производился.

Порядок расчета величины собственного излучения исследуемых жидкостей проводился следующим образом. На первом этапе вычислялось относительное значение собственного излучения жидкостей, путем вычитания из усредненного значения фонового сигнала - «П» и дистиллированной воды - «Д» средних величин собственного излучения исследуемых жидкостей - «X».

При изучении влияния внешнего ЭМИ на исследуемую жидкость - «радиофизический отклик», вычислялась разница Д(Хо6луч - X) между максимумом отклонения - «Хо6луч» и контролем - «X».

Для определения времени возврата излучения жидкостей к исходному уровню («время релаксации»), после окончания однократного облучения проводились многократные измерения интенсивности излучения жидкостей с интервалом 1 минута. Таким образом, вычислялись усредненные значения величин «времени релаксации» для каждой жидкости по всей совокупности данных.

Из полученных значений величин собственного и вынужденного излучения, а также «времени релаксации» исследованных жидкостей составлялся вариационный ряд, в котором рассчитывались усредненные значения и, используя методы статистической обработки, вычислялся доверительный интервал с коэффициентом Стьюдента а=0,05.

В третьей главе представлены результаты исследования собственного и вынужденного ЭМИ исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

3.1 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 61,2 ГГц

В первой серии экспериментов, проводилось исследование собственного и вынужденного (после предварительного облучения) электромагнитного излучения воды и указанных жидкостей. Регистрация ЭМИ осуществлялась до и после облучения - «радиофизический отклик» (величина эффекта «переизлуче-

ния») и время восстановления исходного уровня сигнала - «время релаксации» в КВЧ диапазоне - 61,2 ГГц. В этой серии проведено более 165 измерений.

Установлено, что все исследованные жидкости имеют разное собственное излучение по отношению к фону излучению и к дистиллированной воде. Максимальное собственное излучение имеет 1-моль раствор KCl, а минимальное имеет 96% этиловый спирт. Физраствор - 0,9% раствор NaCl, 1-моль раствор мочевины и водопроводная вода имеют близкие значения.

В результате исследования влияния предварительного облучения на указанные жидкости обнаружено, что эффект «переизлучения» наблюдается у всех исследованных жидкостей. «Радиофизический отклик» для ряда жидкостей достоверно отличается, но для некоторых жидкостей, при одинаковом времени облучения, принимает близкие значения. Наибольшее значение «радиофизического отклика» при 15 минутном облучении наблюдалось у воды насыщенной кислородом - «OxiVital», а при 20 + 40 минутах - у этилового спирта. Минимальный «радиофизический отклик», на всех временах облучения, наблюдался у водки с добавлением дигидрокверцетина (ДГК) и водки.

Необходимо отметить однотипный характер зависимостей «радиофизического отклика» от времени предварительного облучения у дистиллированной воды, водопроводной воды, растворов NaCl и мочевины. Для растворов NaCl, KCl и мочевины после 15 и 20 минут облучения, а после 30 минут у мочевины и водопроводной воды значения величин «радиофизического отклика» практически совпадают.

Наряду с оценкой «радиофизического отклика», у исследованных жидкостей регистрировалось - «время выхода» или «время релаксации». Обнаружено, что «время релаксации» зависит от времени предварительного облучения для всех исследованных жидкостей. Характерно увеличение «времени релаксации» по мере увеличения времени предварительного облучения. Наименьшее «время релаксации» в интервале 15-^40 минутах предварительного облучения имеет этиловый спирт, максимальное - в интервале 15^30 минут имеет мочевина, а при 40 - водопроводная вода.

3.2 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 118 ГГц

Во второй серии экспериментов, проводилось исследование собственного и вынужденного электромагнитного излучения воды и водных растворов до и после облучения в ТГц диапазоне - на частоте 118 ГГц (рисунок 2). Исследованные жидкости указанны на рисунках 2; 3 и 4. Доверительный интервал а=0,05.

В экспериментах обнаружено существование собственного излучения у всех исследованных жидкостей на частоте 118 ГГц. Собственное излучение жидкостей достоверно отличается по отношению к фону и к дистиллированной воде.

На рисунках 3 и 4 представлены результаты исследований предварительного облучения исследованных жидкостей, по оси абсцисс отложено время предварительного облучения (в минутах).

118 ГГц Д(П-Х) и Л(Д-Х)

-0,15 J

Д 0,9%NaCi Мочевина OxyVital Спирт Водка Водка + ДГК Водопровод КС!

По оси ординат указана величина сигнала на выходе радиометра в Вольтах. Столбцы с диагональными линиями - обозначение сигнала относительно фона. Столбцы с горизонтальными линиями -обозначение сигнала относительно дистиллированной воды. Рисунок 2 - Рассчитанные относительные средние значения собственного излучения исследованных жидкостей А(П-Х) иА(Д-Х) на частоте 118 ГГц

118 ГГц Д(Х„Г„„Ч-Х)

-Д —«—NaCl —Водко+ДГК -i-Мочевина

0,05 ■ 0,045 ■ 0,04 0,035 а 0,03 j 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 О

toöji = 15 МИН и^гомин tofin = 30 мин ^МОмии

--^-■Смирп

Дистиллят'

По оси ординат указана величина «радиофизического отклика» в Вольтах.

Рисунок 3 - Зависимость «радиофизического отклика» исследованных жидкостей от времени предварительного облучения на частоте 118 ГГц

Из рисунка 3 видно, что эффект «переизлучения» наблюдается у всех исследованных жидкостей, при этом «радиофизический отклик» для большинства жидкостей достоверно отличается.

Результаты исследования «времени релаксации» представлены на рисунке 4. Обнаружено, что «время релаксации» зависит от времени предварительного облучения для всех исследованных жидкостей. Можно отметить достоверное возрастание «времени релаксации» по мере облучения. Вместе с тем, характер зависимости «времени релаксации» от времени предварительного облучения у ряда исследованных жидкостей достоверно отличается.

118 ГГц (:„„„

toG» = 15 мин и, «20 мни и,= 30мин и»3 40 мин ; * Водка^ДГК -—ь—'Мочевина - — Вэдопрооод —о — KCl_1

По оси ординат отложено время возврата излучения жидкости после окончание

облучения к исходному уровню («время релаксации») в минутах. Рисунок 4 - Зависимость «времени релаксации» от времени предварительного облучения исследованных жидкостей на частоте 118 ГГц

3.3 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 150 ГГц

В третьей серии экспериментов, проводилось исследование собственного и вынужденного электромагнитного излучения жидкостей на частоте 150 ГГц. Наименования исследованных жидкостей представлены на рисунках 5; 6 и 7. Доверительный интервал с коэффициентом Стьюдента а=0,05.

В результате проведенных экспериментов обнаружено, что у всех исследованных жидкостей существует собственное излучение на частоте 150 ГГц, причем, у разных жидкостей оно достоверно отличается по отношению к фону и дистиллированной воде (рисунок 5).

1 Дистиллят —^—O^NaCl —Спирт —~ — КС! 4— Мочевина —*—Водка

ВП-Х вд-х

150 ГГц (ЦП-Х) и А(Д-Х)

По оси ординат - сигнал на выходе радиометра в Вольтах. Столбцы с диагональными линиями - обозначение сигнала относительно фона. Столбцы с горизонтальными линиями - обозначение сигнала относительно дистиллированной воды. Рисунок 5 — Рассчитанные относительные средние значения собственного излучения исследованных жидкостей А (П-Х) и А (Д-Х) на частоте 150 ГГц

На рисунках 6 и 7 представлены результаты влияния предварительного облучения на различные жидкости, по оси абсцисс отложено время предварительного облучения (в минутах).

150 ГГц Л(Х„Ьг,„-Х)

0,03-

0.9% NaC! Мочевине KCI

Спирт Водка

to6„=15MHH t«,^ 20 мин ^.-ЗОмиц (оЛ = 40мш1

По оси ординат - указана величина «радиофизического отклика» в Вольтах.

Рисунок б - Зависимость «радиофизического отклика» исследованных жидкостей от времени предварительного облучения на частоте 150 ГГц

Из рисунка 6 видно, что величина «переизлучения» всегда больше собственного излучения для всех исследованных жидкостей. Максимальные значе-

ния величины «радиофизического отклика» у всех исследованных жидкостей наблюдались после более длительного времени облучения.

Результаты измерений «времени релаксации» представлены на рисунке 7. Обнаружено, что «время релаксации» зависит от времени предварительного облучения для всех исследованных жидкостей. Наибольшее «время релаксации», у всех исследованных жидкостей наблюдалось после более длительного облучения. Вместе с тем, зависимость «времени релаксации» от времени предварительного облучения для ряда исследованных жидкостей достоверно отличается.

150 ГГц tB,

По оси ординат отложено «время релаксации» в минутах. Рисунок 7 - Зависимость «времени релаксации» от времени предварительного облучения исследованных жидкостей на частоте ¡501 Тц

3.4 Сравнительный анализ собственного излучения, «радиофизического отклика» и «времени релаксации» исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц

Сравнивая результаты относительных (по сравнению с дистиллированной водой) средних значений собственного излучения исследованных жидкостей, полученные на частотах 61,2; ИВ и 150 ГГц установлено, что разные жидкости имеют различную интенсивность собственного излучения. Максимальное собственное излучение имеет раствор KCl на частотах 61,2 и 118 ГГц. Этиловый спирт имеет максимальное собственное излучение на частоте 150 ГГц, а водка и водка с добавлением ДГК на частоте 61,2 ГГц.

Некоторые жидкости имеют одинаковое собственное излучение на разных частотах, что характерно для водного раствора KCl на частотах 61,2 и 150 ГГц.

При анализе собственных излучений водопроводной воды и OxiVital на частоте 150 ГГц обнаружены одинаковые значения с дистиллированной водой.

Таким образом, разные жидкости проявляют различное собственное излучение на разных частотах.

Сравнивая «радиофизический отклик» исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц обнаружено, что разные жидкости имеют различный эффект «переизлучения» на этих частотах. Для большинства исследованных жидкостей максимальный «радиофизический отклик» наблюдался после облучения на частоте 150 ГГц. Максимальная величина «радиофизического отклика» на всех частотах наблюдалась у этилового спирта. Минимальное значения «переизлучения» на всех частотах среди всех исследованных жидкостей наблюдалось у водки с содержанием ДГК. Для большинства исследуемых жидкостей обнаружены минимальные значения на частоте 61,2 ГТц.

Максимальные значения «радиофизического отклика» на всех частотах наблюдались после более длительного времени облучения (при 40 минутах). На всех частотах при увеличении продолжительности предварительного облучения возрастала величина «радиофизического отклика». Однако разные жидкости проявляли различный эффект «переизлучения», в зависимости от времени облучения на разных частотах, т.е. реакция жидкостей носила избирательный характер.

Таким образом, «радиофизический отклик» в динамике отражает частоту, продолжительность предварительного облучения и свойства жидкости.

При сравнении «времени релаксации» исследованных жидкостей после облучения на различных частотах: 61,2; 118 и 150 ГГц обнаружено, что разные жидкости демонстрируют максимальное и минимальное «время релаксации» на различных частотах. Максимальное значение «времени релаксации» обнаружено у раствора мочевины на частоте 150 ГГц, а минимальное значение - на частоте 118 ГГц у этилового спирта.

Для всех исследованных жидкостей максимальные значения «времени релаксации» наблюдается после более длительного облучения. Минимальные значения «времени релаксации» для всех исследованных жидкостей всегда проявляется при наименьшем времени предварительного облучения

Таким образом, можно видеть, что «время релаксации» зависит от частоты, длительности предварительного облучения и свойств жидкости.

«Радиофизический отклик» и «время релаксации» для исследованных жидкостей находятся в обратной зависимости: чем больше величина «радиофизического отклика», тем меньше «время релаксации».

3.5 «Радиофизический отклик» и «время релаксации» при виутрижидкостиом облучении на частоте 61,2 ГГц

В четвертой серии экспериментов, для измерения отраженной мощности ЭМИ от поверхности исследуемых жидкостей, проводилось исследование вынужденного электромагнитного излучения - «радиофизического отклика» и «времени релаксации» на частоте 61,2 ГГц дистиллированной воды, физраствора (0,9% NaCl) и 96% этилового спирта при помещении рупора генератора в жидкость.

В результате проведенных экспериментов обнаружено, что после внутри-жидкостного облучения исследуемых жидкостей величина «радиофизического отклика» больше на 5 - 10%, чем после внешнего облучения и достоверно возрастает при увеличении продолжительности облучения. Полученные данные показывают, что при внешнем облучении лишь 5-10% мощности отражается от поверхности исследуемых жидкостей.

«Время релаксации» исследованных жидкостей также как и «радиофизический отклик» положительно коррелируют со временем облучения. В отличие от «радиофизического отклика», «время релаксации» исследованных жидкостей практически но меняется при внешнем и внутреннем облучении.

3.6 Контроль теплового эффекта в «радиофизическом отклике» на примере дистиллированной воды

Для выяснения роли теплового эффекта в «радиофизическом отклике» проведены контрольные эксперименты, в которых облучение проводилось на одной из частот - 61,2 или 118 ГГц, а регистрация вынужденного излучения осуществлялась на другой частоте - 118 или 61,2 ГГц, соответственно.

В результате проведенных экспериментов установлена основная закономерность - облученная дистиллированная вода всегда «переизлучает» на частоте облучения. Это однозначно указывает на то, что обнаруженные нами эффекты «радиофизического отклика» не связаны с нагревом исследованных жидкостей.

В четвертой главе обсуждаются полученные результаты экспериментов.

В работе впервые проводилось комплексное исследование ЭМИ в миллиметровом диапазоне длин волн воды и водных растворов. В результате проведенных исследований установлено существование вынужденного предварительным облучением излучения исследованных жидкостей на частотах - 61,2; 118 и 150 ГГц.

Миллиметровый диапазон электромагнитных волн (30 + 300 ГГц) является информативным диапазоном для исследования веществ в жидкой фазе. Этот диапазон соответствует частотам вращательных и либрационных переходов молекул и поэтому по изменению радиофизических параметров веществ можно определять малые изменения состава и молекулярной структуры растворов. Особенно информативен этот диапазон для исследования водных растворов органических и неорганических веществ [5].

Особого внимания заслуживает анализ эффекта «переизлучения» - способность предварительно облученной жидкости излучать электромагнитные волны в течение некоторого времени после прекращения облучения на частоте обучения, т.е. «памяти воды», которая проявляется после предварительного воздействия на неё КВЧ и ТГц волн. Иными словами, вода «помнит» факт её облучения и после выключения генератора выполняет функцию генератора КВЧ и ТГц волн в течение некоторого времени [6]. Это свойство воды и водных растворов получило экспериментальное подтверждение в наших исследованиях.

По нашему мнению, физический механизм формирования «переизлучения» воды, связан с сеткой водородных связей. Водородная связь между двумя молекулами воды характеризуется тем, что атом водорода, находящийся между

двумя атомами кислорода, может занимать положение либо вблизи одного, либо вблизи другого атома кислорода Ох — (1/2)Н ... (1/2)Н—Оу т.е. протон можно рассматривать как частицу, туннелирующую между двумя потенциальными ямами, соответствующими параболическому потенциалу. Если атом водорода (после поглощения кванта энергии ЭМИ) продолжительное время находиться на возбужденном энергетическом уровне, то реализуется эффект «памяти», при испускании того же кванта (возвращении атома в основное состояние) наблюдается явление которые мы называем «переизлучением». Решение уравнения Шрёдингера для двух потенциальных ям параболического вида АЕр=Ш/я'ехр{-тП/4Ь'Аг2} (Дж), где il - собственная частота колебаний протона в потенциальной яме, m - масса протона позволяет рассчитать частоту перехода протона через барьер <яр = АЕр/Ь (Гц).

В работе [8], приводятся данные моделирования молекулярных водных кластеров, показывающее, что спектр собственных частот этих образований находится в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах частот и частота перехода зависит от структуры кластеров воды. Следовательно, можно предположить, что в этих диапазонах имеет место резонансное поглощение электромагнитного излучения данными образованиями. Резонансное взаимодействие излучения с протоном и кластерными структурами вызывает разрушение последних и последующее их восстановление, что ведет к изменению водородных связей между молекулами воды, а в конечном итоге и в самой молекуле. Этот эффект подтверждает то, что, вода может являться универсальным носителем информации.

Излучение электромагнитных волн водой и водными растворами не только вызвано хаотическим тепловым движением, но и определяется межмолекулярными взаимодействиями воды с растворёнными в ней различными веществами. Это взаимодействие влияет на величину собственного и вынужденного электромагнитного излучения жидкостей.

Таким образом, исследования и использование КВЧ и ТГц волн открывают новые широкие перспективы в исследовании и анализе химических веществ и реакций, а также в медицине, биотехнологии, ветеринарии и в сельском хозяйстве.

В заключении диссертации подведены итоги исследования, перечислены полученные результаты и выводы работы.

1. Исследованные жидкости: водный дистиллят; водопроводная вода; физраствор - 0,9% водный раствор NaCl; 1-моль водный раствор KCl; 1-моль раствор мочевины; 96% этиловый спирт; 40% водный раствор этилового спирта -(водка); 40% водный раствор этилового спирта с добавлением дигидрокверти-цина (С15Н12О7) - (ДГК) в концентрации 50, мг/л; обогащенная кислородом вода - «OxiVital» (содержание кислорода >60 мг/л, минерализация <11 мг/л) имеют собственное тепловое излучение на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц. Собственное излучение исследованных жидкостей достоверно отличается.

2. Облученные жидкости «переизлучают»: наблюдается эффект вынужденного излучения исследованных жидкостей - «радиофизический отклик» на

частоте обучения (61,2; 118 и 150 ГГц). Интенсивность «переизлучения» достоверно выше собственного излучения.

3. «Радиофизический отклик» разных жидкостей достоверно отличается и зависит от состава жидкости, частоты и времени предварительного облучения. «Радиофизический отклик» достоверно возрастает при увеличении продолжительности облучения.

4. Время восстановления исходного уровня электромагнитного излучения - «время релаксации» исследованных жидкостей зависит от продолжительности облучения. Максимальные значения «времени релаксации» наблюдались при наибольшем времени предварительного облучения. Минимальные значения «времени релаксации» для всех исследованных жидкостей проявлялись при наименьшем времени предварительного облучения. «Время релаксации» достоверно отличается у различных жидкостей и зависит от частоты и времени предварительного облучения.

5. «Радиофизический отклик» исследованных жидкостей: дистиллированной воды, физраствора и этилового спирта, после внутрижидкостного облучения больше на 5 - 10%, чем после внешнего облучения. «Время релаксации» не зависит от способа облучения.

6. «Радиофизический отклик» и «время релаксации» для исследованных жидкостей находятся в обратной зависимости: чем больше величина «радиофизического отклика», тем меньше «время релаксации».

7. После облучения дистиллированной воды на всех частотах - 61,2; 118 и 150 ГГц отсутствует эффект поляризации.

8. «Радиофизический отклик» не связан с тепловым эффектом. Излучение электромагнитных волн различными жидкостями определяется межмолекулярными взаимодействиями воды и с растворёнными в ней различными веществами.

9. Выявленные закономерности излучения исследованных жидкостей в КВЧ и ТГЧ диапазонах открывают возможности для создания новых методов и приборов для химического анализа и исследований структуры веществ и материалов, для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных в ВАК РФ:

1. Бецкий О.В., Козьмин A.C., Яременко Ю.Г. Возможные применения тера-герцовых волн И Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - №3. -С. 48-56.

2. Козьмин A.C. Исследования процессов «переизлучения» водой и водными растворами низкоинтенсивного миллиметрового излучения // Нелинейный мир. - 2008. - №4. - Т.6. - С. 243-245.

3. Бецкий О.В., Козьмин A.C., Хижняк Е.Е., Хижняк Е.П., Цыганов М.А., Яременко Ю.Г. Роль температурных градиентов и конвективно-диффузионных процессов в механизмах биологических эффектов миллиметровых волн // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2009. - №12. - С. 24-34.

4. Бецкий О.В., Козьмин А.С„ Хижняк Е.Е., Хижняк Е.П., Яременко Ю.Г., Роль микроконвекции в тонких пограничных слоях жидких сред в механизмах биологических эффектов миллиметровых излучений нетепловых иптенсивно-стей // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2010. - №5. - С. 34-38.

Статьи и материалы конференций:

1. Козьмин А.С., Яременко Ю.Г. Терагерцовые волны и перспективы их применения // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2006. - №4(44). - С. 67-75.

2. Хижняк Е.Е., Козьмин А.С. Влияние процесса испарения на динамику нагрева пограничных слоев биологически значимых жидких сред при действии электромагнитных излучений миллиметрового диапазона длин волн // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2009. - №4(56). - С. 14-20.

3. Бецкий О.В., Кислов В.В., Козьмин А.С., Лебедева Н.Н., Будник М.И. и др. Терагерцовые волны и их применение в биологии и медицине // Сборник трудов 14 Российского симпозиума с международным участием «Миллиметровые волны в медицине и биологии», Москва. - 2007. - С. 85-87.

4. Бецкий О.В., Кислов В.В., Козьмин А.С., Яременко Ю.Г. и др. Терагерцовые волны и их применение // Сборник трудов 17-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Украина. - 2007. - Т.2. -С. 771-773.

Цитируемая литература:

1. Девятков Н.Д. Использование некоторых достижений электронной техники в медицине // Электронная техника, Сер.1. Электроника СВЧ. - 1970. -Вып.4. - С. 130-153.

2. Девятков Н.Д., Кислов ВЛ., Кислов В.В. и др. Обнаружение эффекта нормализации функционального состояния внутренних органов человека под воздействием активированной миллиметровым излучением воды // Миллиметровые волны в биологии и медицине. -1996. - №8. - С. 65-68.

3. Fesenko Е. Е., Geletyuk V.I, Kasachenko V.N., Chemeris N.K. Preliminary microwave irradiation of water solution changes their channel -modifying activity // FEBS Letters. - 1995. - V. 366. - P. 49-52.

4. Башаринов A.E., Поляков B.M. и др. Измерение тепловых и плазменных излучателей в СВЧ-диапазоне. - М.: Сов. радио, 1968. - 400 с.

5. Девятков Н.Д., Хургин Ю.И., Бецкий О.В. и др. Использование ММ-спектроскопии для исследования межмолекулярных взаимодействий в растворах // Нетепловые эффекты ММ-излучения. - М.: ИРЭ АН СССР, 1981. - С. 525.

6. Гапочка Л.Д., Гапочка М.Г, Королев А.Ф. и др. Воздействие электромагнитного излучения КВЧ- и СВЧ-диапазонов на жидкую воду // Вестн. МГУ. Сер. 3. - 1994. - Т.35. - №4. - С. 71-76.

8. I. P. Buffey, W. Byers Brown, H. A. Gebbie. Icosahedral water clusters // Chem. Phys. Lett. - 1988. - V. 148. N4. - P. 281-284.

Подписано в печать:

14.10.2011

Заказ № 6047 Тираж - 120 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 wvvw.autoreferat.ru

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Козьмин, Алексей Сергеевич, Москва

61 12-1/348

российская академия наук институт радиотехники и электроники им. в.а. котельникова

На правах рукописи

КОЗЬМИН Алексей Сергеевич

НИЗКОИНТЕНСИВНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

01.04.04 - Физическая электроника 03.01.02 - Биофизика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

В.В. Кислов

доктор физико-математических наук, профессор О.В. Бецкий

Москва-2011

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................12

1.1 Характеристика электромагнитных волн...............................................12

1.2 Применение ММ-волн в биологи и медицине.........................................16

1.3 Экспериментальные и теоретические исследования воды и водных растворов...............................................................................................................26

1.3.1 Структура молекул воды и её физико-химические свойства........26

1.3.2 Свойства воды и водных растворов при взаимодействии с магнитным, электрическим и электромагнитными полями..................31

1.3.3 Запоминание воздействия ММ-излучения («память воды»).........33

1.3.4 Диэлектрическая проницаемость и коэффициент поглощения воды в КВЧ и ТГЧ диапазонах......................................................................36

1.3.5 Диэлектрическая проницаемость и коэффициент поглощения водных растворов КС1 и ММ-диапазоне длин волн.......................41

1.3.6 Влияние структуры молекул растворенных в воде веществ на поглощательную способность растворов в ММ-диапазоне длин волн.43

1.4 Принцип работы и устройство радиометра.............................................45

Заключение...........................................................................................................58

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................60

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................................66

3.1 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 61,2 ГГц..................................................................................................................66

3.1.1 Собственное электромагнитное излучение исследуемых

3.1.2 Радиофизические эффекты жидкостей...............................................

облучения исследуемых

3.1.3 Радиофизические эффекты дистиллированной воды при повороте кюветы на 90°..................................................................................79

3.2 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 118 ГГц...................................................................................................................81

3.2.1 Собственное электромагнитное излучение исследуемых жидкостей...........................................................................................................82

3.2.2 Радиофизические эффекты после облучения исследуемых жидкостей...........................................................................................................86

3.2.3 Радиофизические эффекты дистиллированной воды при повороте кюветы на 90°..................................................................................93

3.3 Электромагнитное излучение исследуемых жидкостей на частоте 150 ГГц...................................................................................................................95

3.3.1 Собственное электромагнитное излучение исследуемых жидкостей...........................................................................................................95

3.3.2 Радиофизические эффекты после облучения исследуемых жидкостей...........................................................................................................98

3.3.3 Радиофизические эффекты дистиллированной воды при повороте кюветы на 90°................................................................................104

3.4 Сравнительный_анализ_собственного_излучения,

«радиофизического отклика» и «времени релаксации» исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц..................................................106

3.5 «Радиофизический отклик» и «время релаксации» при внутрижидкостном облучении на частоте 61,2 ГГц...................................109

3.6 Контроль теплового эффекта в «радиофизическом отклике» на примере дистиллированной воды..................................................................113

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...............................................116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

123

ВВЕДЕНИЕ

Электромагнитным излучением пронизано все окружающее нас пространство. Источником слабого ЭМИ являются окружающая среда и биологические объекты. Эффект влияния КВЧ воздействия на живые организмы обнаружен более 40 лет назад [36, 38]. Показано, что живые объекты обладают, во-первых, способностью генерировать собственное КВЧ излучение и, во-вторых, сами реагируют на внешнее КВЧ и ТГц облучение.

Внешние источники КВЧ и ТГц излучения способствуют образованию на клеточных мембранах дополнительных колебаний, играющих исключительно важную роль в функционировании живых организмов, осуществляя связь между клетками и определяя, в первую очередь, характер управления процессами поддержания и восстановления постоянства внутренней среды организма [42].

В ТГц области определен диапазон лечебных частот и средств, используемых в медицинской практике [17]. Новое перспективное направление в физиотерапии, было названо «терагерцовая (ТГЧ-) терапия» [16,18].

тепловые и нетепловые. Тепловой эффект в биологическом объекте наблюдается при облучении полем с плотностью потока мощности более 10 мВт/см , нагрев тканей при этом превышает величину ОД °С, при меньшей мощности - «низкоинтенсивное излучение», наблюдается нетепловой эффект.

Биофизические свойства волн ТГц диапазона проявляются при взаимодействии с физическими и биологическими средами. Известно, что основной мишенью при облучении миллиметровым излучением является вода. В работе [45] показано, что предварительно облучённая в КВЧ и ТГЧ диапазонах вода приобретает новые уникальные свойства. Этот эффект получил название «память воды» [111].

При реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- исследованы поляризационные эффекты «радиофизического отклика» дистиллированной воды;

- исследованы радиофизические эффекты при внутрижидкостном облучении различных жидкостей на частоте 61,2 ГГц;

Научная новизна работы заключается в следующем:

Практическая значимость работы заключается в том, что:

Внедрение результатов работы.

Работа велась в рамках НИР:

веществ и материалов»), выполняемая на базе Фрязинского филиала Института Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Результаты исследования включены в достижения ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН за 2010 год.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Показано, что вода и водные растворы имеют различные собственные излучения на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

3. Обнаружено, наличие различного «времени релаксации» у исследованных жидкостей на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

4. Обнаружено, что отражение ЭМИ от поверхности исследованных жидкостей на частоте 61,2 ГГц составляет 5-10%.

5. Показано, что у облученных жидкостей отсутствует эффект поляризации на частотах 61,2; 118 и 150 ГГц.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

кластерах; проводящих, полупроводниковых и тонких диэлектрических пленках и покрытиях») и 03.01.02 «Биофизика» - («биоэнергетика, биофизика сложных систем»).

Публикации (в хронологическом порядке):

1. Козьмин A.C., Яременко Ю.Г. Терагерцовые волны и перспективы их применения // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2006. -№4(44). - С. 67-75.

2. Бецкий О.В., Кислов В.В., Козьмин A.C., Лебедева H.H., Будник М.И. и др. Терагерцовые волны и их применение в биологии и медицине // Сборник трудов 14 Российского симпозиума с международным участием «Миллиметровые волны в медицине и биологии», Москва. - 2007. - С. 8587.

3. Бецкий О.В., Кислов В.В., Козьмин A.C., Яременко Ю.Г. и др. Терагерцовые волны и их применение // Сборник трудов 17-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Украина. - 2007. - Т.2. -С. 771-773.

4. Бецкий О.В., Козьмин A.C., Яременко Ю.Г. Возможные применения терагерцовых волн // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - №3. -С. 48-56.

5. Козьмин A.C. Исследования процессов «переизлучения» водой и водными растворами низкоинтенсивного миллиметрового излучения // Нелинейный мир. - 2008. - №4. - Т.6. - С. 243-245.

6. Хижняк Е.Е., Козьмин A.C. Влияние процесса испарения на динамику нагрева пограничных слоев биологически значимых жидких сред при действии электромагнитных излучений миллиметрового диапазона длин волн // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2009. - №4(56). -С. 14-20.

7. Бецкий О.В., Козьмин A.C., Хижняк Е.Е., Хижняк Е.П., Цыганов М.А., Яременко Ю.Г. Роль температурных градиентов и конвективно-диффузионных процессов в механизмах биологических эффектов миллиметровых волн // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2009. - №12.

- С. 24-34.

8. Бецкий О.В., Козьмин A.C., Хижняк Е.Е., Хижняк Е.П., Яременко Ю.Г., Роль микроконвекции в тонких пограничных слоях жидких сред в механизмах биологических эффектов миллиметровых излучений нетепловых интенсивностей // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2010.

- №5. - С. 34-38.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Характеристика электромагнитных волн

Совокупность электромагнитных волн различных длин представляется в виде шкалы. Самый длинноволновый диапазон составляют радиоволны, затем, по мере уменьшения длины волны, следуют: инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения (рисунок 1).

Рентгеновское Инфракрасное излучение

излучение

■А_

Радиоволны

уф- у-излучение

излучение '_^_

^—|—|—I—I—I—|—|—I—I—I—I—I—1 I 1") I—I—г—1—I——

ю6 ю4 ю2 1 ю2 ю4 ю6 ю8 ю10 ю12

3-Ю2 3-'ю5 З-'ю8 3-1011 3-1014 3-1017 3 1020 V,Гц Рисунок 1 - Спектр электромагнитных волн

Границы диапазонов, разделенные по длинам волн, частотам или энергиям фотонов, приняты условно. Указанные диапазоны перекрываются друг с другом и в природе не имеют четких границ. Физическая природа всех излучений, составляющих шкалу, едина: все эти излучения -электромагнитные волны.

Рентгеновское и гамма - излучения обладают высокими энергиями квантов, что определяет их специфическое взаимодействие с веществом. Эти излучения являются ионизирующими [75].

Электромагнитные колебания, в особенности колебания, лежащие в сантиметровом, миллиметровом и терагерцовом диапазонах, обладают способностью резонансного энергетического взаимодействия с веществом [46, 78, 80]. Это обстоятельство широко используется при анализе структуры вещества методами КВЧ- и ТГЧ- радиоспектроскопии [22].

Все источники электромагнитного излучения делятся на две большие

группы: естественные и искусственные. К естественным источникам ЭМИ отн�