Физика/1. Теоретическая физика

Байтусова М.М.

Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева, Казахстан

Исследование влияния мобильной связи на параметры электронного парамагнитного резонанса

Явление электронного парамагнитного резонанса было открыто в 1944 году Евгением Константиновичем Завойским, который обнаружил, что парамагнитный образец, помещенный в постоянное магнитное поле, может поглощать энергию подаваемого на него электромагнитного поля. Поглощение электромагнитного излучения парамагнитными образцами имело избирательный (резонансный) характер, поскольку оно наблюдалось лишь при определенном соотношении между напряженностью постоянного магнитного поля и частотой переменного электромагнитного поля. Поэтому открытое явление получило название электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Метод ЭПР нашел широкие применения в физике, химии, биологии и медицине. В статье рассмотрены история открытия и физические основы явления ЭПР, также влияние мобильной связи.

Открытию ЭПР предшествовали несколько работ выдающихся физиков. Еще в 1922 году А. Эйнштейн и П. Эренфест упомянули о возможности переходов между магнитными энергетическими подуровнями атомов под действием излучения. Исходя из этого, Я.Г. Дорфман в 1923 году предсказал резонансное поглощение электромагнитного излучения парамагнетиками. Голландский физик К.Й. Гортер пытался непосредственно зарегистрировать резонансное поглощение энергии парамагнетиками калориметрическим методом, основанным на измерении теплового эффекта. Однако этот метод оказался недостаточно чувствительным. Первую теоретическую интерпретацию явления ЭПР как индуцированного резонансного перехода между соседними зеемановскими уровнями дал Я.И. Френкель. Впервые зарегистрировать сигналы ЭПР удалось Е.К. Завойскому, который воспользовался для этого радиотехническим методом и разработал соответствующую высокочувствительную аппаратуру. Используя разработанный им оригинальный радиотехнический метод регистрации электромагнитного излучения метрового диапазона, Завойский обнаружил, что если на парамагнитный образец, помещенный в постоянное магнитное поле, подать слабое переменное электромагнитное поле, то при определенном соотношении наблюдается поглощение энергии электромагнитного поля. Явление магнитного резонанса можно объяснить в рамках классической и квантовой физики.

Исследование рассеяния и поглощения электромагнитных волн неоднородными диэлектрическими телами представляет не только теоретический интерес. В первую очередь это связано с широкими возможностями практического использования результатов, например, при проектировании поглощающих и интерференционных покрытий для уменьшения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) тел, для расчета обтекателей антенн, при изучении взаимодействия ЭМВ с биологическими структурами. В настоящее время во многих странах ведутся интенсивные научные исследования в области радиолокации, направленные на снижение уровня энергии, переизлученной объектом в заданном направлении. Для этого используют поглощающие и интерференционные покрытия, импедансные нагрузки. В первых двух случаях на металлический объект наносят диэлектрический слой из однородного или неоднородного материала, параметры которого и обеспечивают снижение уровня переизлученного электромагнитного поля. Развитие исследований в области анализа вторичных полей объектов с поглощающими покрытиями показало, что для значительного снижения коэффициента отражения необходимо в случае однородного покрытия увеличивать его толщину или же использовать неоднородные (многослойные) материалы [1]. Изготовление таких покрытий и последующие экспериментальные исследования требуют больших затрат, поэтому огромный интерес вызывают теоретические и численные исследования.

На протяжении многих лет к основным источникам радиоизлучения, охватывающим территории с высокой плотностью населения и воздействующим на людей, прежде всего относились системы эфирного телерадиовещания, международные и национальные системы спутниковой связи и глобальные навигационные системы. Поэтому с появлением и широким распространением в последнее десятилетие новых телекоммуникационных средств связи все чаще и чаще затрагиваются вопросы, связанные с опасностью облучения человеческого организма электромагнитными волнами. На сегодняшний день к перечисленным источникам добавились сотовые системы подвижной радиотелефонной связи, компьютеры, абонентские терминалы, бытовая техника и другие радиоэлектронные средства массового применения. Постоянно растущее число излучающих объектов приводит к тому, что совокупная плотность потока мощности техногенного электромагнитного излучения на несколько порядков выше естественного фона у поверхности Земли.

Мощности абонентских передающих устройств подвижной радиосвязи составляют от 10мВт до 10Вт, а во время сеанса связи эти источники облучения находятся в руках оператора и в непосредственной близости от жизненно важных органов. Учитывая огромную популярность, которой пользуются радиотелефоны, можно говорить о возможной опасности непрофессионального облучения как пользователей, так и населения в целом [2] .

Вопросами влияния радиочастотного изучения на здоровье людей начали заниматься сравнительно давно, когда развивалась и внедрялась мощная радиопередающая и локационная техника. Однако имеющихся знаний недостаточно, так как в отличие от стационарной аппаратуры сотовые телефоны имеют более низкий уровень излучения и расположены в непосредственной близости от человека. Воздействие СВЧ полей антенн мобильных станций на пользователей является новой, мало изученной проблемой, актуальность которой подтверждается большим количеством конференций, по проблеме влияния сотовой радиотелефонной связи на здоровье людей. в исследовании влияния мобильной связи на объекта для практичного использования результатов используются ЭПР спектрометры.

Спектрометр - прибор, в котором измерения и регистрация осуществляются спектральным сканированием и преобразованием оптического излучения в электрические сигналы приемниками излучения.

В данной научной работе рассмотрено влияния антенн сотовых телефонов на пользователей. Для решения поставленных задач разработаны эффективный алгоритм совместного использования и пакеты программ, которые были протестированы. При тестировании проводилось сравнение с результатами, полученными и опубликованными для частных случаев геометрии задачи другими авторами, а также с результатами, полученными другими методами.

Рассмотренные в научной работе решения позволяют получить результаты для практически важных задач (прямых и обратных) в радиолокации; в медицине для СВЧ-гипертермии, СВЧ-диагностики, для анализа степени облучения пользователей радиотелефонов; в дефектоскопии; при поиске полезных ископаемых, в геофизике при зондировании подповерхностгных неоднородностей.

Исследование влияния антенн радиотелефонов на пользователей показало, что удельная поглощенная мощность излучения внутри биологических объектов может превышать предельно допустимую в несколько раз. Однако степень безопасности можно повысить, воспользовавшись приведенными в работе рекомендациями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Инграм Д. Электронный парамагнитный резонанс в свободных радикалах. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.133 с.

2. Блюменфельд Л.А., Воеводский В.В., Семенов А.Г. Применение электронного парамагнитного резонанса в химии. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1962. 85с.