Пространственная структура электрического поля в модельных объектах, помещенных в ближнюю зону КВЧ излучателей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

¿} л У Н ^

РОССИЙСКАЯ АОДЕШ НАУК ОРДЕНА ТРУДОбОГО КРАСНОГО ЗНАИЕЯН ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ 1Г ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

БУТКУС Гедрюо Тадсвич

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МОДЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ, ПОМЕЩЕННЫХ В БЛИЖНЮЮ ЗОНУ КВЧ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

01.04.04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА -19£2

Работа выполнена в Институте физики полупроводников, г. Вильнюс

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, профессор Бецкий О.В.

Официальные опонен^ы: доктор физико-математических

наук, профессор Чернавский ДА

кандидат физико-математическю наук Яременко Ю.Г.

г

Ведущая организация - Институт биофизики клетки РАН

Защита диссертации состоится 44. сентября 1992 года в 10

часов на заседании специализированного совета Л 002.74.01 в

Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 103907 Москва, Моховая 11 (б. пр. Маркса 18).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН.

Автореферат разослан {О августа 1992 г. »

Ученый секретарь

специализированного совета Л 002.74.01 доктор физико-математических наук

С.Н. Артеменко

РОССИЙСКАЯ I.

ГОСУДА!Ч,'?!35НКАЯ БИБЛИОТЕКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современное состояние проблемы взаимодейстЕВД крайневысокочастотного (КВЧ) электромагнитного поля (ЗИП) с биологическими объектами характеризуется, с одной стороны, достаточными знаниями для внедрения методов КВЧ терапии в клиническую практику, с другой, теп, что первичные механизмы биологического дейсгия КВЧ ЭМП остаются не до- конца выясненными. Важной предпосылкой для их понимания является определение зависимостей интенсивности реакции • биологического объекта от частоты и интенсивности облучающего поля. 0 КВЧ диапазоне условия облучения таковы, что объект, будучи неоднородный как в биологическом, так и в электродинамическом смысле, чаше всего помещается в ближнюю зону апертурных излучателей. Полагается, что в тагах условиях величиной, . определяющей интенсивность воздействия, является квадрат амплитуды внутреннего электрического поля |Й|г (далее для краткости будем называть- эту величину "полем"). Важным Фактором является также пространственное распределение , которое в ближней зоне невозможно

контролировать по- измерениям в питающем волноводе. Контроль пространственного распределения поля необходим для осуществления корректной дозиметрии облучения, что, в свою очередь, способствует лучшей воспроизводимости и правильной интерпретации экспериментальных данных. Ситуация, когда в ближней зоне антенны- помещен сильнопоглощаюншй объект, является специфичной и в электрод1шамике не рассматривается. Решение такой задачи в строгой постановке очень трудоемко. Сказанное определяет актуальность экспериментального исследования закономерностей сформирования пространственной структуры поля в модельных биологических объектах, помещенных в ближнюю зону КВЧ излучателей, наиболее часто используемых в экспериментах.

Ц§ЛЬ!?_г>а§оты являлось разработка конструкции и изготовление зонда КВЧ электрического поля, обладающего определенными- характеристиками, и исследование с его помощью закономерностей нормирования пространственной структуры поля в плоскослоистых поглоцз'-глх структурах, облучаемых ближним полек апертурных из луп те;: ей. Рассматриваемый диапазон охватывал чаш всего кспопьзу«:«» в

экспериментах частоты, примерно от 20 до 80 ГГц. В качестве излучателей использовались рупора и волновод! ле излучатели различных модификаций. Плоскослоистые структуры с достаточной точностью моделируют большинство биологических объектов, например, чашку Петри со слоем жидкости или кожный покров человека.

Целью работы являлоясь также оценка влияния структуры облучающего 1юля на проявление биологических Эффектов, в частности, их частотных зависимостей.

Важным методически« вопросом, которому г.^священа часть работы, является осуществление корректной дозиметр 'ж в условиях облучения объектов ближним попей.

В работе решались следующие конкретные задачи:

1) Разработка, изготовление и проверка характеристик зонда электрического поля КВЧ диапазона;

2) Исследование с помощью зонда закономерностей образования пространственной структуры поля в плоскослоистых поглощающих структурах, моделирующих биологические объекты и находящихся в ближней зоне апертурных излучателей, в диапазоне частот 20-80 ГГц;

3) Исследование злияния структуры поля на приявление частотных и-энергетических зависимостей биологических "эффектов КВЧ ЭМП;

4) Разработка методики дозиметрии в условиях облучения обьектов ближним полем.

У§УЙ11ЭЗ_У25У2Ь§' Проведенные в работе исследования расширили представление об электродинамических явлениях, происходящих в ближней зоне КВЧ излучателей в присутствие в ней сильнопоглошающих обьектов.

Исследование пространственной структуры поля в модельных объектах позволило объяснить некоторые особенности проявления биологического действия КВЧ. ЭМП. Показано, в частности, что частотная зависимость биоэффектов с резонансами .шириной порядка 10~2 может быть объяснена частотной зависимостью структуры ближнего поля, т.е., электродинамически. В ходе исследования не обнаружено явлений, которые могли бы вызвать более »узкие* (10 *) резонансы, что является косвенным подтверждением того, что такие резонансы инеют место на микроскопическом (молекулярном) уровне.

Показано также, что причиной некоторых эффектов, происходящих в жидких средах, является именно сильная неоднородность ближнего поля, а не присутствие поля вообще.

Важный £»«»зультатом является разработка методики дозиметрии и измерения частотных зависимостей биоэффектов в условиях облучения ближним полем.

05§к£ическая_ценность_£абдты. Исследование закономерностей Формирования структуры поля внутри модельных биологических объектов способствует корректной интерпретации и лучшей воспроизводимости экспериментальных . данных по биологическому действию КВЧ ЭМП. Результаты исследования также могут быть использованы в качестве рекомендаций по использованию КВЧ излучателей медицинского назначения и для создания, их новых типов.

Разработанные автором средства и методики измерения позволяют экспериментальное решение широкого, класса задач, связанных с измерением пространственной структуры поля КВЧ диапазона, не ограничиваясь только биологическим действием КВЧ ЭМП.

1. Поперечное распределение ближнего поля рупора отличается несколькими локальными максимумами, число, величина и положение которых сильно зависит от частоты и положения объекта относительно плоскости апертуры.

2. Зависимость структуры поля рупора от частоты вызывает частотную 'зависимость локального поля (в макроскопическом понимании) в объекте с шириной резонансов порядка 10 2, что может привести к резонансам биологических Эффектов с шириной такого же порядка.

3. Сильная неоднородность ближнего рупора поля иожет быть причиной возникновения частотнозависимых' биоэ<к>ектов посредством процессов переноса вещества и дипольных частиц в жидких средах.

4. Коэффициент продольного затухания ближнего поля апертурнкх излучателей увеличивается с уменьшением размеров апертуры относительно длины волны и имеет немонотонную дисперсию..

э. Поперечное распределение ближнего поля апертуры волновода, в котором распространяется одна основная мода, является гауссовым в обеих плоскостях симметрии.

6. В условиях облучения объектов ближним полек для

осуществления корректной дозиметрии и измерения частотной зависимости биоэффехта необходим контроль ^¡рстранственной структуры поля. Дозиметрия должна производится относительно дозиметрической величины, выбор которой определяется природой объекта и предполагаемым механизмом действия.

Ап£дбация_рабдты. Результаты работы неоднократно

обсуждались на семинарах в ИРЭ, МЭИ, Институте биофизики клетки а также докладывались на следующих конференциях:

а) VI Всесоюзный семинар "Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине", 1986, Звенигород;

б) Международный симпозиум "Механизмы, биологического действия ЭМИ", 1987, Пущино;

в) VII Всесоюзный семинар "Применение КВЧ излучения нйзкой интенсивности в биологии и медицине", 1989, Звенигород;

в) Международный симпозиум "Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине", 1991, Москва.

Стуктур'а_и_объем_работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (Глаза 2), описания конструкции и характеристик зонда электрического поля'(Глава 3), описания экспериментальной установки.(Глава 4), результатов исследования пространственной структуры поля в модельных объектах, находящихся в ближней зоне КВЧ излучателей (Глава Ь), формулировки .основных результатов и выводов (Глава 6> и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 109 стр. и включает 48 рисунков. Список литературы состоит из 82 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

изложена история и суть проблемы, обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы задачи исследования, приведены выносимые на защиту положения.

С^ава_2 диссертации посвящена обзору литературы. Основное внимание уделяется тем публикациям, которые касаются параметров облучающего поля и дозиметрии облучения.

Пока неизвестны точно первичные механизмы биологического

действия-- КВЧ ЭМП, полагается, что величиной, определяющей интенсивность воздействия, является квадрат амплитуды внутреннего (в макроскопическом понимании) электрического поля 1Ё!г, либо другая,. ей пропорциональная величина, например, удельная поглощенная мощность (УПМ). В условиях, когда неоднородный объект помещен в ближним зону излучателя, важным фактором является также пространственной распределение этой величины в системе координат, связанной с объектом. Критически рассматривается общепринятая традиция определять интенсивность воздействия по плотности потока мощности (ППМ) падающей ,на объект волны, .рассчитанной по измерениям в питающем' волноводе. Пространственное распределение ППМ или |£|г в .ближней зоне невозможно контролировать по измерениям в волноводе, более того, в ближнёй( зоне между этими величинами не существует однозначной зависимости.

Далее в обзоре рассматриваются наиболее часто встречаемые в экспериментах условия облучения (излучатели, объекты и их расположение относительно друг друга), а . также основные, эксперийентально установленные, закономерности действия КВЧ ЗИП на биообъекты различной , степени сложности. Особое внимание уделяется энергетическим и частотным зависимостям . наблюдаемых биологических Эффектов, так как по характеру этих зависимостей часто судят о первичных механизмах действия. В связи с этим Формулируется вопрос, не являются ли частотные зависимости части биологических эффектов следствием размерных резонансов внутреннего 'поля в объектах, или же специфики структуры ближнего поля излучателей. Публикации, ■ в которых предприняты попытки теоретического решения этого вопроса,.- можно разделить на две группы. В первой из них облучающее поле моделируется плоской волной. Анализ результатов показывает, что интерференция плоской волны КСЧ диапазона в биологических объектах, поглощение в которых в основном определяется поглощением воды, может вызвать резонансн шириной порядка 1 (Г1 и вряд ли может быть объяснением частотных зависимостей наблюдаемых Эффектов, особенно острорезонансннх (шириной' порядка 10 л). Размерные резонансы такой ширины проявляются липа» в слабопоглетающих слоях, например, в роговом слое кожи, и в еолее высокочастотном диапазоне.

Вторая группа', менее многочисленная, охватывает работы, г;

которых облучающее поле моделируется с учетом специфики ближней зоны (большинство экспериментальных результатов по"учено именно в таких условиях). Теоретическое решение задачи в строгой постановке принципиально возможно, однако, очень трудоемко. В основном рассматриваются упрощенные двумерные модели системы излучатель-обьект. Наиболее существенным результатом таких, работ является то, -что показана возможность теоретического объяснения наблюдаемого различными методами распределения ближнего поля многомодовой интерференцией в раскрыве излуча-. .-ля. При этом, однако, не рассматриваются условия возбуждения выстих типов волн.

Вторая часть обзора посвящена зонду электрического поля, как инструментальному средству. Рассматриваются публикации, описывающие различные конструкции зонда и анализирующие его характеристики. Отмечается, что использование зонда осуществляется в более низкочастотном диапазоне (до единиц гигагерц) и преследует несколько иные цели, нежели поставленные перед автором. Теоретический анализ характеристик зонда основывается на представлении его элементов идеализированными моделями. Отмечается, что такое моделирование правомерно только .. в мегагерцевом диапазоне Частот. Из-за отсутствия данных об использовании, характеристиках и методиках калибровки зонда в КВЧ диапазоне отмечается актуальность такой работы. В конце раздела Формулируются требования к характеристикам и конструкции зонда, необходимым для решения поставленных задач. Эти требования основываются на закономерностях биологического действия КВЧ ЗИП, а также на- априорно известных данных о структуре ближнего поля используемых излучателей.

В_Главе_3 описываются конструкция и характеристики зонда электрического поля.

В качестве чувствительного элемента зонда использовалась короткая дипольная антенна, нагруженная на диод Шотки, представляющий собой квадратичный де-тектор. Идея использования электрически короткого диполя, (1кЫ << 1, где к - волновой вектор в свободном пространстве, Ь - полудлина диполя) исходит из того, что такая антенна слабо искажает измеряемое поле и обеспечивает лучшую разрешающую способность, что очень важно для невозмущающего

измерения поля сложной структуры.

Теоретический анализ характеристик зонда проводится на основании его эквивалентной схемы, которая, в свою очередь, строится на I.одели электрически короткого диполя. Полученные таким образом выражения для основных, характеристик зонда позволяют подобрать параметры конструкции зонда так, > чтобы его характеристики отвечали предъявляемым к ним требованиям. Так как технологические возможности не позволяли строго выполнить условие кЬ<<1 в КВЧ диапазоне, то рассматриваемая схема не являлась точной. Основные характеристики были, проверены экспериментально, что позволило определить, насколько конкретная конструкция отвечает эквивалентной схеме. Было изготовлено и проверено несколько конструкций зонда, различающихся , в основном, длиной диполя (от 2Ь=0.4 мм до 2Ь=1.8 мм) и параметрами несущей диэлектрической подложки.

Основные измеренные характеристики зонда с длиной диполя 0.4

мм :

—2

Чувствительность на частоте 50 ГГц 0.1 мВ/мВтсм

Линейный по 1Й12 динамический диапазон

на частоте 50 ГГц . 46 дБ

Разрешающая способность в перпендикулярном

к оси антенны направлении не хуже 0.3 мм

Коэффициент направленности 30 дБ

Относительная системная погрешность абсолютного измерения |2|г в диапазоне

20 - 80 ГГц ■ не более 20 У. (поликоровая подложка)

. не более 5 (полимерная подложка)

Измерение частотных зависимостей ' чувствительности различных зондов показало, что только зонд с длиной диполя 211=0.4 мм приближается к модели электрически короткого диполя, чувствительность которого постоянна в широком диапазоне частот. Зонды с 2Ь=1.2 мм и 2Ь=1.8 мм являются резонансными в рассматриваемом диапазоне. Исследовано также влияние параметров подложки на частотные характеристики зонда.

Так как в рассматриваемом диапазоне не существует стандартных методов измерения электрического поля, были

разработаны оригинальные методики относительной и абсолютной калибровки зонда как в воздухе, так и в конденсирова! гых средах (жидкостях). ■

Важный практическим результатом является разработка технологии изготовления зонда на гибкой полимерной подложке. Такой зонд отличается лучшими характеристиками, а также механической прочностью. •

Исследование характеристик, а также опыт работы с зондок показывают , что данная конструкция вполне пригодна „ля решения-поставленных экспериментальных задач. < . '

В_Главе_4 кратко описывается использованная экспериментальная установка, состоящая из источников колебаний, волноводного тракта, зонда с выносным предварительным усилителем, трехкоординат 'огб сканирующего механизма, аппаратурных и программных^ средств управления. В качестве источников колебаний использовались, серийные генераторы серии Г4, а также панорамные измерители КСВ серии Я2Р, прошедшие метрологическую проверку. Волноводный тракт включал все необходимые для развязки, .согласования, измерения: мощности, частоты и КСВ элементы. Механизм сканирования, на котором устанавливался корпус предварительного усилителя зонда, обеспечивал точность позиционирования 0.01 ' мм. Конструкция предусилителя предусматривала подключение . зонда с помощью ламельных контактов непосредственно к • его плате. Съемная конструкция зонда и использование полимерной подложки практически исключают его поломку. Блок управления механизмом обеспечивал работу в ручном и автоматическом, шаговом и непрерывном режимах сканирования, изменение скорости и величины шага. Так, при максимальной скорости 5 мм/с, измерение распределения поля в одном направлении длиной 25 мм и дискретностью 100 шагов снимается за 5 с. двумерного распределения 25 х 25'мм (50 х 50 шагов) • -за 3 мин.

Автоматическое 'Управление механизмом осуществлялось от компьютера IBK PC/AT с помощью оригинального интерфейса. Программы управления, обработки и отображения данных написаны на языке Турбо Паскаль.

Глава_5 посвящена результатам исследования структуры поля- е

плоскослоистых модельн х биологических объектах, помещенных в ближнюю зону КВЧ излучателей. Экспериментальная реализация объектов представляла собой макеты, состоящий из одного или нескольких слоев жидких диэлектриков (воды, водно-спиртовых, водно-диоксанных растворов) и позволяющие, сканировать поле в слоях в трех направлениях. Слои были разде-ены гонкой (10 мкм) радиопрозрачной пленкой. Макеты устанавливались так, чтобы поверхность первого слоя была расположена вплотную к излучающей апертуре. Для удобства изложения материала макеты классифицировались по числу и толщине слоев. Такая классификация отражала и различие наблюдаемых явлений. Так, одинарный слой (монослой) толщиной более 2 им представляет собой модель полубесконечного пространства, а менее 0.2 мм - тонкую пленку. Система из трех слоев с параметрами кожи, жировой и мышечной тканей моделирует тело человека. Сканирование поля производилась либо в продольной направлении по отношению к направлению распространения волны (продольное распределение), либо в поперечном на некоторой глубине в среде (поперечное распределение). Измеряемой величиной являлся квадрат амплитуды внутреннего электрического поля.

Рассматривались три типа апертурных излучателей, различающихся размерами апертуры - прямоугольный рупор, снабженный иногда Фторопластовым кольцом, используемым В КВЧ установках медицинского назначения, апертура волновода с Фланцем 'и ' суженный волновод с диэлектрическим клином. Измерения в основном производились в диапазоне 35 "- 53 ГГц, охватывающем две, так называемые "терапевтические частоты".

Прежде всего исследована самая простая система - одинарный толстый поглощающий слой, моделирующий полубесконечное пространство. Экспериментальная ее реализация представляла собой тонкостенную чашку Петри со слоем Жидкости, установленную на апертуру вертикально ориентированного излучателя. Продольное распределение г лй в такой системе экспоненциально для всех излучателей, однако коэффициент затухания при этом значительно зависит от размеров апертуры (при фиксированной частоте и параметрах среды) и имеет немонотонную дисперсию,- особенно, на высокочастотном краю диапазона. Немонотонность дисперсии можно объяснить присутствием в ближнем поле нескольких типов волн с

различными константами распространения.

Характер поперечного распределения качественно зависит от размеров апертуры. Так, распределение поля воновода или суженного волновода является гауссовым в обеих плоскостях на всех частотах, на которых питающий волновод работает в одномодовом режиме. Распределение же поля рупора и рупора с кольцом отличается несколькими ярко выраженными максимумами, число, величина и положение которых сильно зависит от частоты и положения поверхности слоя относительно апертуры. Присутствие нескольких максимумов в поперечном распределении объясняется интерференцией нескольких типов волн, образующихся в раскрыве рупора. С удалением поверхности слоя от апертуры распределение быстро превращается в гауссовое. При уменьшении толщины слоя до примерно двух значений глубины проникновения поля, поперечное распределение внутри слоя начинает зависеть от его толщины. Обьясняется это влиянием интерференции прошедшей через слой волны.

Наиболее подробно была исследована система из трех слоёв, моделирующая тело человека. Прежде всего были произведены расчеты продольного распределения поля,плоской волны. Данные о параметрах тканей (типичные толщины и диэлектрические проницаемости) взяты из литературы. Расчеты показали, что интерференция внутреннего поля в такой системе незначительна и вызывает резонансы локально ' поля шириной не менее 10"1. Были произведены и измерения поля плоской волны на макете. Моделирующие жидкости оыли подобраны так, чтобы их параметры приблизительно совпадали с параметрами соответствующих тканей. Макет при этой устанавливался в дальней зоне рупора для обеспечения локально-плоской волны. Произведены также расчеты для макета. ' Ое 'аружено хорошее качественное совпадение расчетных и измеренных распределений, что свидетельствует о корректности методики измерения.

.Распределение ближнего поля (макет расположен вплотную к апертуре) всех излучателей имеет тот же характер, что и в полубесконечном пространство. Интерференция поля внутри слоев лишь несколько изменяет распределение. Определены условия, при которых интерференция проявляется наиболее ярко. Изменены также частотные зависимости локального поля на фиксированной глубине в среде. При этом падающее поле, определенное по измерениям в питающем

волноводе, поддерживалось постоянным. Определено, что частотная

зависимость локального поля рупора гораздо более выражена, чем в

_2

случае поля плоской волны, и имеет резонансы шириной порядка 10 Причиной того является перераспределение ближнего поля с частотой.

Далее в разделе, .на основании простой модели, оценено влияние имеющихся в кожном поктэове неоднородностей на проникновение облучающего поля. Показано, что вдоль цилиндрических неоднородностей с параметрами жировой ткани и диаметром более 0.1 мм, находящихся в среде с ' параметрами кожи, возможно распространение поля с гораздо меньшим коэффициентом затухания, нежели для плоской волны в данной среде.

Один из разделов Главы Ъ посвящен возможному влиянию характера распределения ближнего • поля на Формирование биологических эффектов. Оно, в основном, отражается на частотных зависимостях наблюдаемых эффектов. Показано, что в случае, когда первичный акт зависит от интенсивности воздействия и локализован, то наблюдаемый эффект может иметь ярко выраженную частотную зависимость. При этом не обязательно первичный акт должен сыть частотнозависимым. Предложена гипотеза, объясняющая возникновение часготнозависимых эффектов на уровне организма. Отмечается, что электродинамические явления, происходящие в ближней зоне излучателей, могут быть причиной частотных зависимостей эффектов с резонансами шириной порядка 10 г, однако'не могут < ть объяснением более острых резонансов'(шириной 10 "*).

На основании экспериментальных данных о влиянии КВЧ излучения на изолированный препарат сердца лягушки делается вывод, что в некоторых экспериментах причиной возникновения биологич^ск-х эффектов, в том числе, и частогнозависимых, является не присутсвие КВЧ поля вообще, а его сильная неоднородность в ближней зоне. Такой механизм имеет место в жидких средах посредством процессов переноса вещества и диполышх частиц в переменном неоднородном элект,ическом и порожденным им температурном полях. В качестве примера рассмотрено движение сферической частицы с параметрами средней клетки, суспендированной в воде и находящейся в поле рупора. Показано, что сила, действующая на частицу с наведе. шм дипольным моментом со стороны поля,- прямо пропорциональ,-5 градиенту поля и разнице диэлектрических проницаемостей частицы и

среды, и в реальных условиях4 облучения может значительно превышать гравитационную. Это ножет привести к пространственному перераспределению частиц и быть причиной возникновения биологического эффекта. Так, как распределение ближнего поля рупора сильно зависит от частоты, то и наблюдаемый эффект Судет частотнозависимым, несмотря на то, что первичный механизм такого действия не предполагает частотной зависимости. .

В конце Главы#5 рассматривается проблема дозиметрии. Несмотря на частую критику, большинством экспериментаторов используется одна и та же методика определения интенсивности облучения оеьектов по ППМ "падающей" на-объект волны, рассчитанной по мощности и коэффициенту отражения в питающем, волноводе. Частотные зависимости эффектов определяются при поддержании постоянной названной величины. В условиях, когда объект находится в ближней • зоне излучателя, такая методика может привести к артефактам, так как постоянство ППМ падающей волны не ' обеспечивает. постоянства амплитуды поля в любой точке ближней зоны. Кроме того, конкретная методика дозиметрии, в том числе и высор дозиметрической величины, определяется природой и структурой объекта, а такжё предполагаемым механизмом действия. Утверждается, что измерения частотных и энергетических зависимостей .биоэффектов взаимосвязаны. Предлагается следующая общая методика • "дозиметрии облучения. Пусть интенсивность эффекта описывается некой величиной I. Тогда энергетическая зависимость эффекта (зависимость от интенсивности облучения) в ' облаем случае определяется следующим образом: . - ,

.. КЛВ) = А(ДЗ) дв(г)|г^от1, . ■

где f - частота, ДВ - некая дозиметрическая " величина, А -коэффициент пропорциональности. Выбор ДВ,• как отмечалось выше, с ределяется многими факторами. Частотная зависимость Эффекта определяете^ зависимостью ДВот частоты:

кг> = а(дз) дв(п.

конкретном примере показано, что, в условиях облучения полем, разные ДВ , (ППМ, амплитуда локального поля и

На

ближние

эффективно облученный объем) имеют различные частотные зависимости, более того, если имеет место нелинейная зависимость 1(ДВ). то характер наблюдаемой частотной зависимости Эффекта изменяется с изменением интенсивности облучения (ПШ в тракте).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Оки обобщены в Главе_$ и сводятся к следующему.

1. Разработан и изготовлен зонд электрического КВЧ поля, обладающий необходимыми характеристиками для измерения ближнего поля излучателей в диапазоне 20-80 ГГц.' Разработан и изготовлен автоматизированный стенд для таких измерений. Разработаны методика абсолютной и" относительной калисровхи зонда в воздухе и жидких средах.

2. Исследование распределения поля в модельных плоскослоистых объектах, облучаемых ближним полем апертурных КВЧ излучателей, показало:

а) поперечное распределение ближнего поля рупора характеризуется присутствием нескольких максимумов, число, величина и положение которых сильно зависит от частоты и положения структуры относительно апертуры, ' '

б) перераспределение ближнего поля рупора с частотой приводит к частотной зависимости локального поля при постоянном уровне мощности падающей на структуру волны; резонансы при этом имеют ширину порядка 10 2.

в) поперечное распределение ближнего поля апертуры волновода является гауссовым' э обоих направлениях на всех частотах, на которых волновод работает в одномодовом режиме;

г) продольное затухание ближнего поля определяется не только параметрами «дае'ды, но и размерами апертуры; дисперсия коэффициента затухания немонотонна;

3. Пространственное перераспределение ближнего поля рупора при локализованном первичном акте биологического действия колет привести к частотнозависящему биологическом/ Эффекту, даже есйй механизм первичного акта не является частзтиозависяшим; частотные

резонансы таких Эффектов имеют гиирику порядка 10~2.

4. Сильная неоднородность ближнего поля может быть прямой причиной возникновения биологического эффекта, в том числе, и частотнозависимого; происходит этс посредством процессов термоконвекции и переноса дипольных частиц в неоднородном переменном электрическом и температурном полях.

5. Разработана методика дозиметрии в условиях облучения ближним полей. Показано, что энергетическая и частотная зависимости эффекта должны оапределятся относительно одной и той же дозиметрической величины, выбор которой зависит от многих Факторов, в том числе, природы объекта и предполагаемого механизма действия.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ю.К. Пожела, Г.Т. Буткус, К.К. Микалаускас, ■ А.'С. Паужа. Активация жизнедеятельности мышцы сердца лягушки в неоднородном электромагнитном поле // Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине / Под ред. акад. W.ü. Левяткова. - Москва. - 1985,- С.. 202-208.

2. Г.Т. Буткус, Г.М. Черняков, В.О. Самойлов и др. Методика исследования локальных физиологических Эффектов воздействия миллиметровых радиоволн на биообъекты // Физиол. журнал СССР ип. И.М.- Сеченова. - 1987. - Т. 37. - No 12.

3. ГЛ. Буткус, К. К. Микалаускас, A.C. Паужа. Измерение пространственного распределения электрического поля миллиметрового диапазона в биологических струтурах // Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения / Под ред. акад. Н.Л. Левяткова.

- Москва. - 1987.- С. 230-234.

. В.Л. Искин, Г.Т. Буткус, A.B. Бутенко, A.B. Медведовский. Экспериментальное исследование структуры КВЧ поля диэлектрических излучателей. - М. - 1389..- 60 с. - Деп. в ВИНИТИ 03.04.88, No 2104-1389.

5. Г.Т. Буткус. Измерение электрического.поля КВЧ диапазона. // Радиотехника и электроника. - 1990. - Т. 35. - Но 10.- С. 2128-2133.

В. Г.Т. Буткус Зонд электрического поля КВЧ диапазона // ПТЭ. - 1991. - No 2. - С. 233-234.

7. Г.Т. Буткус. Прохождение плоской волны КВЧ диапазона в кожу // Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине: Тез. докл. VII Всесоюз. семинара. - Москва. - 1983.- С.

8. Р.Т. Буткус, Е.П. Хижняк, Ю.Г. Яременко. Сравнение зондовой и термовизионной методик регистрации распределения КВЧ полей в кожных покровах. // Применение КВЧ излучения низкой, интенсивности в биологии и медицине: Тез. докл. VII Всесоюз. семинара. - Москва. - 1989.- С. 146.

9. Г.Т. Буткус, A.C. Паужа, К.К. Микалаускас. Особенности распределения КВЧ поля в биологических 'структурах // Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине: Сб. докл: Международного симп. - Москва. - 1991. - Т. 3.- С. 640-644.

10. ГЛ. Буткус, A.C. Паужа. Разработка миниатюрных имплантируемых зондов КВЧ поля и использование их для измерения поля в модельных биологических структурах // Миллиметровые волны в медицине / Под ред. акад. Н.Д. Левяткова. - Москва. - 1991,- Т. 2. - С. 565-572.

Изобретения:

1. Устройство для стимуляции процессов жизнедеятельности в живых тканях: а. с. 14265В4 СССР, НКИ* А61Н 39/00 / Г.Т." Буткус, Ю.К. Пожела, К.К. Микалаускас, A.C. Паужа // Открытия. Изобретения. - 1988. - No 36. - С. 23.

2. Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости: а. с. 1569747 СССР, МКИ4 G01R 27/26 / В.Д. Искин, Г.Т-. Буткус, A.B. Бутенко, А'.В. Медведовский // Открытия. Изобретения. - 1990. - Но 21. - С. 193.

104