Электромагнитные излучение и поле

Электромагнитное излучение представляет собой электромагнитные волны, испускаемые ускоренно движущимися электрическими зарядами, возбужденными атомами и молекулами, радионуклидами и другими излучающими системами. В зависимости от длины волны (или частоты колебаний) различают гамма-излучения, рентгеновское излучение, оптическое излучение (инфракрасный и видимый свет, ультрафиолетовое излучение).

Диапазон электромагнитных излучений находится в пределах от ≤ 10^{-10 м (гамма-излучение) до 10 м и более (радиоволны). Электромагнитное излучение обладает как волновыми (длина волны или частота, направление распространения), так и корпускулярными (энергия кванта и импульс) свойствами.}

По источнику излучения электромагнитные излучения подразделяются на изучение искусственного (антропогенное) и естественного (земные, солнечные, галактические) происхождения. К последним следует также отнести электромагнитные колебания, возникающие при протекании процессов жизнедеятельности на различных уровнях организации живых систем. Особенностью искусственных электромагнитных излучений является их высокая временная и пространственная конкретность, обусловливающая возможность значительной концентрации энергии в узких областях спектра, тогда как для естественных излучений характерен широкий спектр частот.

Электромагнитное поле – особая форма материи, посредством которой электрически заряженные частицы взаимодействуют между собой. Электромагнитная энергия широко используется в радиосвязи, телевидении, радиолокации, для осуществления различных процессов и операций. В медицине энергия электромагнитного поля применяется в физиотерапии, для быстрого снятия гипотермии после операции на открытом сердце, для нагревания крови при трансфузиях.

При воздействии электромагнитного поля на организм человека действующим фактором являются наведенные внутренние поля. Их параметры и распределение в теле человека зависят от частоты электромагнитных колебаний, электрических свойств тканей, формы и размеров тела и его ориентации относительно векторов напряженности электрического и магнитного полей. Электрические свойства тканей в значительной степени определяются частотой воздействующего поля. При одних частотах ткань проявляет свойства проводника, при других – изолятора (диэлектрика). По диэлектрическим свойствам все биологические ткани принято подразделять на две группы: ткани с высоким содержанием воды более 80% (кровь, мышцы, кожа, ткань мозга и др.), и ткани с относительно низким содержанием воды (жировая и костная ткани). Магнитные свойства ткани тела практически такие же как, воздуха, в силу чего напряженность магнитного поля внутри них фактически не отличается от таковой внешнего магнитного поля. Магнитное поле наводит в тканях вихревое электрическое поле индукции, которое в свою очередь вызывает колебания ионов и дипольных молекул среды, что в конечном счете обусловливает поглощение энергии и образование тепла.

Таким образом, поглощение энергии электромагнитного поля в тканях определяется двумя процессами: колебаниями свободных зарядов и дипольных молекул (с частотой воздействующего поля). Оба процесса сопровождаются потерей энергии (первый - за счет электрического сопротивления среды, второй – за счет трения дипольных молекул в вязкой среде) и в результате ведут к нагреву тканей.

Исходя из особенностей взаимодействия электромагнитного поля с биологическими тканями и телом человека в целом, весь спектр излучения радиочастот можно подразделить на 5 участков.

Что касается диапазона частот первого участка (от единиц Гц до 10 кГц), то практическое значение имеют лишь отдельные составляющие его поля – электрическая и магнитная. Тело человека достаточно хорошего проводит электрическую составляющую поля, в связи с чем, внутри него она практически отсутствует.

Энергии электромагнитного поля второго диапазона частот (от 10 кГц до 30 МГц) поглощается преимущественно поверхностными структурами тела.

Максимальное поглощение энергии третьего диапазона частот (от 30 МГц до 10 ГГц) имеет место в случае резонансного поглощения ее при определенном соотношении длины волны и размеров биологического объекта. При этом поглощенная энергия, распределяясь в теле неравномерно, образует области так называемых горячих пятен.

Энергия четвертого диапазона частот (от 10 до 200 ГГц) быстро затухает при прохождении ее через ткани, (энергия проникает в ткань примерно на глубину 0,1 – 0,01 длины волны; удельное поглощение энергии не зависит от размеров и формы тела).

Электромагнитные колебания, относящиеся к пятому диапазону частот (от 200 до 3000 ГГц), поглощаются самыми поверхностными слоями кожи. Вызываемые ими эффекты связывают исключительно с раздражениями рецепторов кожи или с действием на биологически активные точки.