Электромагнитное излучение какого диапазона при поглощении веществом вызывает его нагрев
Перейти к содержимому

Электромагнитное излучение какого диапазона при поглощении веществом вызывает его нагрев

  • автор:

Диапазоны излучения и вещество

Хотя в вакууме электромагнитные волны всех частот распространяются одинаково — со скоростью света, их взаимодействие с веществом очень сильно зависит от частоты (а равным образом от длины волны и энергии кванта). По характеру взаимодействия с веществом излучение делят на диапазоны: гамма-излучение, рентген, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны, которые вместе образуют электромагнитный спектр. Сами эти диапазоны в свою очередь разделяют на поддиапазоны, причем в науке нет единой устоявшейся традиции такого деления. Тут многое зависит от применяемых технических средств для генерации и регистрации излучения. Поэтому в каждой сфере науки и техники поддиапазоны определяют по-своему, а нередко даже сдвигают границы основных диапазонов.

Видимое излучение

Из всего спектра человеческий глаз способен улавливать излучение только в очень узком диапазоне видимого света. От одного его края до другого частота излучения (а равно длина волны и энергия квантов) меняется менее чем в два раза. Для сравнения самые длинные радиоволны в 10 14 раз длиннее видимого излучения, а самые энергичные гамма-кванты — в 10 20 энергичнее. Тем не менее, на протяжении многих тысяч лет большую часть информации об окружающем мире люди черпали из диапазона видимого излучения, границы которого определяются свойствами светочувствительных клеток человеческой сетчатки.

Разные длины волн видимого света воспринимаются человеком как разные цвета — от красного до фиолетового. Традиционное деление видимого диапазона спектра на семь цветов радуги является культурной условностью. Никаких четких физических границ между цветами нет. Англичане, например, обычно делят радугу на шесть цветов. Известны и другие варианты. За восприятие всего разнообразия цветов и оттенков видимого света отвечают всего три различных типа рецепторов, которые чувствительны к красному, зеленому и синему цвету. Это позволяет воспроизводить практически любой цвет, смешивая на экране эти три основных цвета.

Для приема видимого света от далеких космических источников используют вогнутые зеркала, которые собирают излучение с большой площади практически в одну точку. Чем крупнее зеркала, тем мощнее телескоп. Зеркала должны изготавливаться с чрезвычайно высокой точностью — отклонения формы поверхности от идеальной не должны превышать десятой доли длины волны — 40 нанометров, то есть 0,04 микрона. И такая точность должна сохраняться при любых поворотах зеркала. Это определяет высокую стоимость больших телескопов. Диаметр зеркал самых крупных оптических инструментов — телескопов Кека на Гавайях — 10 метров.

Хотя атмосфера прозрачна для видимого света (отмечено голубыми стрелками на плакате), она всё же создает серьезные помехи для наблюдений. Даже если забыть про облака, атмосфера немного искривляет лучи света, что снижает четкость изображения. Кроме того, сам воздух рассеивает падающий свет. Днем это голубое свечение, вызванное рассеянным светом Солнца, не позволяет вести астрономические наблюдения, а ночью — рассеянный свет звезд (и в последние десятилетия искусственная засветка неба наружным освещением городов, автомобилями и т. п.) ограничивает видимость самых бледных объектов. Справиться с этими трудностями позволяет вынос телескопов в космос. Телескоп «Хаббл» по земным меркам имеет очень скромные размеры — диаметр 2,24 метра, однако благодаря заатмосферному размещению он позволил сделать множество первоклассных астрономических открытий.

Ультрафиолетовое излучение

С коротковолновой стороны от видимого света располагается ультрафиолетовый диапазон, который делят на ближний и вакуумный. Как и видимый свет, ближний ультрафиолет проходит через атмосферу. Органами чувств человек его не воспринимает, но на коже ближний ультрафиолет вызывает появление загара. Это защитная реакция кожи на определенные химические нарушения под действием ультрафиолета. Чем короче длина волны, тем большие нарушения может вызывать ультрафиолетовое излучение в биологических молекулах. Если бы весь ультрафиолет проходил через атмосферу, жизнь на поверхности Земли была бы невозможна. Однако выше некоторой частоты атмосфера перестает пропускать ультрафиолетовое излучение, поскольку энергии его квантов становится достаточно для разрушения (диссоциации) молекул воздуха. Одним из первых ультрафиолетовый удар принимает на себя озон, за ним следует кислород. Вместе атмосферные газы предохраняют поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, которое называют вакуумным, поскольку оно может распространяться только в пустоте (вакууме). Верхний предел вакуумного ультрафиолета — 200 нм. С этой длины волны начинает поглощать ультрафиолет молекулярный кислород (O2).

Телескопы для ближнего ультрафиолетового излучения строятся по тем же принципам, что и для видимого диапазона. В них тоже используются зеркала, покрытые тонким отражающим металлическим слоем, но изготавливать их надо с еще большей точностью. Ближний ультрафиолет можно наблюдать с Земли, вакуумный — только из космоса.

Рентгеновское излучение

Формальной границы между жестким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением нет. К ее определению есть два основных подхода: с одной стороны, к рентгену принято относить излучение, способное вызывать возбуждение атомных ядер — подобно тому, как видимое и инфракрасное излучение возбуждает электронные оболочки атомов и молекул. В этом случае даже жесткий вакуумный ультрафиолет в некоторых случаях может быть отнесен к рентгену. В другом подходе рентгеном считают излучение с длиной волны меньше характерного размера атомов (0,1 нм). Тогда получается, что большую часть мягкого рентгеновского диапазона следует считать сверхжестким ультрафиолетом.

Мягкое рентгеновское излучение еще может отражаться от полированного металла, но только при скользящем падении — под углом менее 1 градуса. Более жесткое излучение приходится концентрировать иными способами. Для задания направления используют узкие трубки, отсекающие кванты, приходящие сбоку, а приемником служит сцинтиллятор, в котором рентгеновские кванты ионизируют атомы, а те, вновь объединяясь с электронами, испускают видимое или ультрафиолетовое излучение, которое регистрируют при помощи фотоэлектронных умножителей. По сути, в телескопах жесткого рентгеновского диапазона ведется подсчет отдельных квантов излучения и уже потом при помощи компьютера формируется изображение.

От рентгена к гамма

Граница, на которой рентгеновский диапазон сменяется гамма-излучением, также условна. Обычно ее связывают с энергией квантов, которые испускаются при ядерных реакциях (или наоборот, могут их вызывать). Другой подход связан с тем, что тепловое излучение не принято относить к гамма-диапазону, как бы ни была высока его энергия. Во Вселенной наблюдаются относительно стабильные макроскопические объекты, разогретые до десятков миллионов градусов — это центральные участки аккреционных дисков вокруг нейтронных звезд и черных дыр. А вот объекты с температурой в миллиарды градусов — например, ядра массивных красных гигантов — практически всегда укрыты непрозрачной оболочкой. Впрочем, нередко даже излучение в их недрах называют не мягким гамма-излучением, а сверхжестким рентгеном. Устойчивых образований с температурой выше десятков миллиардов градусов в современной Вселенной неизвестно. Это дает основание считать, что гамма-излучение всегда генерируется нетепловым путем. Основным механизмом является излучение при столкновении заряженных частиц, разогнанных до околосветовых скоростей мощными электромагнитными полями, например, у нейтронных звезд.

Гамма-излучение

Деление гамма-излучения на поддиапазоны носит еще более условный характер. К сверхвысоким энергиям относят гамма-кванты, генерация которых выходит за пределы возможностей современных технологий. Все источники такого излучения связаны исключительно с космосом. Но поскольку технологиям свойственно развиваться, это определение нельзя назвать четким.

Атмосфера защищает нас и от гамма-излучения. В мягком и жестком поддиапазонах она полностью его поглощает. Кванты диапазона сверхвысоких энергий, сталкиваясь с ядрами атомов в атмосфере, порождают каскады частиц, энергия которых постепенно снижается и рассеивается. Однако первые эшелоны частиц в них движутся быстрее скорости света в воздухе. В таких условиях заряженные частицы порождают так называемое тормозное (черенковское) излучение, в чем-то подобное звуковой ударной волне от сверхзвукового самолета. Ультрафиолетовые и видимые кванты тормозного излучения достигают поверхности Земли, где улавливаются специальными телескопами. Можно сказать, что сама атмосфера становится частью телескопа, и это позволяет наблюдать с Земли гамма-излучение сверхвысоких энергий. Это отмечено на плакате красными стрелками.

Еще более энергичные кванты — ультравысоких энергий — порождают настолько мощные каскады частиц, что они пробивают атмосферу насквозь и достигают поверхности Земли. Их называют широкими атмосферными ливнями (ШАЛ) и регистрируют сцинтилляционными датчиками. Частицы ШАЛ наряду с естественной радиоактивностью земных пород могут повреждать биологические молекулы, в частности ДНК, и вызывать мутации в живых организмах. Тем самым они вносят свой вклад в эволюцию жизни на Земле. Но если бы их интенсивность была заметно выше, это могло бы стать серьезным препятствием для жизни. К счастью, чем выше энергия гамма-квантов, тем реже они встречаются. Самые энергичные кванты с энергией около 10 20 эВ приходят примерно раз в сто лет на квадратный километр земной поверхности. Происхождение столь энергичных гамма-квантов пока не вполне ясно. Значительно большей энергией кванты обладать не могут, так как выше некоторого порога они начинают взаимодействовать с реликтовым микроволновым излучением, приводя к рождению заряженных частиц. Иначе говоря, Вселенная непрозрачна для излучения заметно более энергичного, чем 10 21 –10 24 эВ.

Инфракрасное излучение

Отправляясь от видимого света в длинноволновую сторону спектра, мы попадаем в диапазон инфракрасного излучения. Ближнее ИК-излучение физически ничем не отличается от видимого света, за исключением того, что не воспринимается сетчаткой глаза. Его можно регистрировать теми же приборами, в частности, телескопами, что и видимый свет. Человек также ощущает инфракрасное излучение кожей — как тепло. Именно благодаря инфракрасному излучению нам тепло сидеть у костра. Большую часть энергии горения уносит вверх восходящий поток воздуха, на котором мы кипятим воду в котелке, а инфракрасное (и видимое) излучение испускается в стороны молекулами газов, продуктов сгорания и раскаленными частицами угля.

С ростом длины волны атмосфера теряет прозрачность для инфракрасного излучения. Это связано с так называемыми колебательно-вращательными полосами поглощения молекул атмосферных газов. Будучи квантовыми объектами, молекулы не могут вращаться или колебаться произвольным образом, как грузы на пружинке. У каждой молекулы есть свой набор энергий (и, соответственно, частот излучения), которые они могут запасать в форме колебательных и вращательных движений. Однако даже у не самых сложных молекул воздуха набор этих частот столь обширен, что фактически атмосфера поглощает всё излучение в некоторых участках инфракрасного спектра — это так называемые инфракрасные полосы поглощения. Они перемежаются небольшими участками, в которых космическое ИК-излучение достигает поверхности Земли — это так называемые окна прозрачности, которых насчитывается около десятка. Их существование представлено на плакате разрозненными голубыми стрелками в инфракрасном диапазоне. Интересно отметить, что поглощение ИК-излучения почти полностью происходит в нижних слоях атмосферы из-за повышения плотности воздуха у поверхности Земли. Это позволяет вести наблюдения почти во всем инфракрасном диапазоне с аэростатов и высотных самолетов, которые поднимаются в стратосферу.

Деление инфракрасного излучения на поддиапазоны также весьма условно. Граница между ближним и средним инфракрасным излучением проводится примерно в районе абсолютной температуры 300 К, которая характерна для предметов на земной поверхности. Поэтому все они, включая приборы, являются мощными источниками инфракрасного излучения. Чтобы в таких условиях выделить излучение космического источника, аппаратуру приходится охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю, и выносить за пределы атмосферы, которая сама интенсивно светит в среднем ИК-диапазоне — именно за счет этого излучения Земля рассеивает в космос энергию, постоянно поступающую от Солнца. Основной тип приемника излучения в этом диапазоне — болометр, то есть, попросту говоря, маленькое черное тело, поглощающее излучение, соединенное со сверхточным термометром.

Дальний инфракрасный диапазон — один из наиболее сложных, как для генерации, так и для регистрации излучения. В последнее время благодаря разработке особых материалов и сверхбыстродействующей электроники с ним научились достаточно эффективно работать. В технике его часто называют терагерцевым излучением. Сейчас активно идет разработка бесконтактных сканеров для определения химического состава объектов на основе генераторов терагерцевого излучения. Они смогут выявлять пластиковую взрывчатку и наркотики на контрольных пунктах в аэропортах.

В астрономии этот диапазон чаще называют субмиллиметровым излучением. Он интересен тем, что в нем (а также в соседнем с ним микроволновом диапазоне) наблюдается реликтовое излучение Вселенной. До уровня моря субмиллиметровое излучение не доходит, но поглощается оно в основном в самых нижних слоях атмосферы. Поэтому в горах Чили и Мексики на высоте около 5 тысяч метров над уровнем моря сейчас строятся крупные субмиллиметровые телескопы — в Мексике 50-метровый, а в Чили массив из 64 телескопов диаметром 12 метров.

Микроволны и радиоволны

К инфракрасному диапазону примыкает радиоизлучение, которое охватывает весь длинноволновый край электромагнитного спектра. Энергия квантов в радиодиапазоне очень мала. Ее обычно не хватает для существенных изменений в структуре атомов и молекул, но хватает, чтобы взаимодействовать с вращательными уровнями молекул, например, воды. Энергии радиоволн также достаточно для того, чтобы воздействовать на свободные электроны, например, в проводниках. Колебания электромагнитного поля радиоволны вызывают синхронные колебания электронов в антенне, то есть переменный электрический ток.

При высокой интенсивности микроволнового излучения этот ток может вызывать значительный нагрев вещества. Это свойство используется для разогрева продуктов, содержащих воду, в микроволновых печах. Микроволновое излучение также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением. Оно является самым коротковолновым поддиапазоном радиоизлучения с длиной волны от 1 мм до 30 см. СВЧ-излучение проникает в толщу продуктов на глубину до нескольких сантиметров, что обеспечивает прогрев по всему объему, а не только с поверхности, как в случае обработки инфракрасным излучением на гриле. В микроволновом диапазоне также работают все системы сотовых телефонов и локальной радиосвязи, например, протоколы Bluetooth и WiFi, используемые беспроводными электронными устройствами.

Чем больше длина радиоволны, тем меньшую энергию она несет и тем труднее ее зарегистрировать. Для приема антенну, в которой под действием радиоволны возникают электрические колебания, подключают к электрическому контуру. При попадании в резонанс с его собственной частотой колебания усиливаются и их можно зарегистрировать. Чтобы поймать радиоволны, идущие из космоса, применяют зеркала-антенны параболической формы, которые собирают радиоизлучение всей своей площадью и концентрируют его на небольшой антенне. Тем самым повышается чувствительность инструмента.

Большая часть микроволнового излучения (начиная с длины волны 3–5 мм) проходит через атмосферу. То же можно сказать про ультракороткие волны (УКВ), на которых вещают местные телевизионные и радиостанции (в т. ч. FM-станции) и ведется космическая радиосвязь. Излучение их передатчиков регистрируется только в пределах прямой видимости антенн. Окно прозрачности атмосферы в радиодиапазоне (голубые стрелки на плакате) заканчивается примерно на длине волны 10–30 метров.

Более длинные радиоволны отражаются от ионосферы Земли. Это не позволяет наблюдать космические радиоисточники на более длинных волнах, но зато обеспечивает возможность глобальной коротковолновой радиосвязи. Радиоволны в диапазоне от 10 до 100 метров могут огибать всю Землю, многократно отражаясь от ионосферы и поверхности Земли. Правда, их распространение зависит от состояния ионосферы, на которую сильно влияет солнечная активность. Поэтому коротковолновая связь не отличается высоким качеством и надежностью.

Средние и длинные волны также отражаются от ионосферы, но сильнее затухают с расстоянием. Для того чтобы сигнал можно было поймать на расстоянии более тысячи километров, требуются очень мощные передатчики. Сверхдлинные радиоволны, с длиной в сотни и тысячи километров, огибают Землю уже не благодаря ионосфере, а за счет волновых эффектов, которые также позволяют им проникать на некоторую глубину под поверхность океана. Это свойство используется для экстренной связи с боевыми подводными лодками в погруженном состоянии. Другие радиоволны не проходят через морскую воду, которая из-за растворенных в ней солей представляет из себя хороший проводник и поглощает или отражает радиоизлучение.

Никакого теоретического предела для длины радиоволн неизвестно. На практике экспериментально удалось создать и зарегистрировать радиоволну с длиной волны 38 тыс. км (частота 8 Гц).

Электромагнитные системы и средства преднамеренного воздействия на физические и биологические объекты Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ГЕНЕРАТОРЫ / GENERATORS / ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / ELECTROMAGNETIC RADIATION / ИОНОСФЕРА / IONOSPHERE / ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ ВОЗМУЩЕНИЕ / GEOPHYSICAL PERTURBATION / СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОДАВЛЕНИЯ / ELECTROMAGNETIC SUPPRESSION SYSTEMS / ФИЗИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ / PHYSICAL OBJECTS / РАДИОМОНИТОРИНГ / RADIOMONITORING / НАГРЕВНЫЕ СТЕНДЫ / HEATING STANDS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Быстров Рудольф Петрович, Дмитриев Владимир Григорьевич, Потапов Александр Алексеевич, Перунов Юрий Митрофанович, Черепенин Владимир Алексеевич

В обзорной статье на основе теории и практики генерации наносекундных мощных электромагнитных излучений освещаются результаты зарубежных и отечественных исследований систем воздействия электромагнитного излучения на технические средства обнаружения и физические объекты , в том числе и на человека. Рассматриваются геофизические возмущения в ионосфере , создаваемые естественным и искусственным путем, как источники мощного направленного воздействия. Приводятся результаты теоретической оценки направлений радиомониторинга излучения нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы . Формулируются возможные направления развития методов воздействия электромагнитного излучения на физические объекты и окружающую среду.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Быстров Рудольф Петрович, Дмитриев Владимир Григорьевич, Потапов Александр Алексеевич, Перунов Юрий Митрофанович, Черепенин Владимир Алексеевич

Вистлеры как возможные индикаторы активных воздействий на ионосферу

Результаты измерений характеристик искусственных электромагнитных и плазменных возмущений на высотах внешней ионосферы Земли с помощью ИСЗ DEMETER

Возникновение крупномасштабных возмущений в ионосфере, инициируемых мощным нестационарным радиоизлучением

Методы решения обратной задачи мониторинга искусственных изменений в ионосфере со спутника
Активное воздействие на ионосферу сверхмощным электромагнитным излучением наземных комплексов
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ELECTROMAGNETIC SYSTEMS AND MEANS OF DELIBERATE INTERFERENCE TO PHYSICAL AND BIOLOGICAL OBJECTS

Modern development level of generation methods of powerfull electromagnetic impulses and radiation forming ways defines development possibility of wide class of directed energy systems and means. In electromagnetic systems and means impacted on biological objects (human) and environment development area and for force systems in electronic warfare (EW) area the following in most known: electromagnetic means of lethal effect, large power generation means for force systems of EW, electronic means of non-lethal effect and means of directed electromagnetic effect on environment. In the first part of the paper questions of powerful electromagnetic impulses generation improvement for force systems creation of radio-electronic suppression of different kinds of radio-electronic systems (RES) and especially systems of modern high-precision weapon are highlighted. It is exceedingly important problem in perspective armament and military equipment development. Methods and ways of powerfull nanosecond impulses generation are discussed. It contains the following works: theoretic justification of powerful nanosecond impulses generation method abilities and they’s main parameters for possible practical use in perspective systems of force electronic warfare of RES termination development is made; results of foreign and domestic researches of creation of nanoand microsecond duration UHF-pulses and ultra-thin electromagnetic pulses and also electromagnetic radiators with magnetoimplosive current generators supply are given; the variants of UHF weapon used abroad are presented and also examples are given for creation of means of directed electromagnetic impact to human for the fight against terrorism. In the second part of the paper basing on interactive materials, issues of geophysical perturbations in ionosphere made naturally and artificially are highlighted as powerfull impact sources in nature. Corresponding description of deliberate methods and means of impact to environment (HAARP type of RLS) and directing of radiation heating stands and secondary ionosphere radiation radio-monitoring is given. In the final third part of the paper problems of possible (expected) development directions of electromagnetic radiation impact on physical objects and environment methods and they’s ways of solving are approximately formulated.

Текст научной работы на тему «Электромагнитные системы и средства преднамеренного воздействия на физические и биологические объекты»

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

1Быстров Р.П., Дмитриев В.Г., 1Потапов А.А., 2Перунов Ю.М., 1Черепенин В.А.

■Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, Российская академия наук, http://www.cplire.ru 125009 Москва, Россииская Федерация

Институт динамики геосфер, Российская академия наук, www.idg.chph.ras.ru 119334 Москва, Российская Федерация

Поступила в редакцию 12.11.2014

В обзорной статье на основе теории и практики генерации наносекундных мощных электромагнитных излучений освещаются результаты зарубежных и отечественных исследований систем воздействия электромагнитного излучения на технические средства обнаружения и физические объекты, в том числе и на человека. Рассматриваются геофизические возмущения в ионосфере, создаваемые естественным и искусственным путем, как источники мощного направленного воздействия. Приводятся результаты теоретической оценки направлений радиомониторинга излучения нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы. Формулируются возможные направления развития методов воздействия электромагнитного излучения на физические объекты и окружающую среду.

Ключевые слова: генераторы, электромагнитное излучение, ионосфера, геофизическое возмущение, системы электромагнитного подавления, физические объекты, радиомониторинг, нагревные стенды.

PACS: 78.70.GQ, 84.90.+A, 89.20.DD, 92.70.MN, 93.90.+Y, 94.20.TT

2. методы и способы генерации

2.1. Теория и практика генерации наносекундных мощных импульсов (130)

211 Теоретическое обоснование применения метода генерации наносекундных мощных импульсов в силовой радиоэлектронной борьбе (131) 2111 Развитие систем силового поражения радиоэлектронных систем наоснове современных методов генерации мощного излучения (131) 2.1.1.2. Общие положения метода одноимпульсной локации (132)

2113. Характеристика параметров радио- и видеоимпульсов одноимпульсной локации (133)

2.1.1.4. Адаптация спектральных

характеристик лоцирующего импульса (134)

2.1.1.5. Максимальная дальность обнаружения оптимальным приемником на фоне шума (134)

2.1.1.6. Обнаружение и оценка параметров объекта по пачке лоцирующих импульсов (135)

2.1.1.7. Предельная точность оценки параметров отраженного сигнала (136)

2.1.1.8. Основные положения в создании генераторов большой мощности для силовых систем радиоэлектронной борьбы (137)

2.1.2. Генераторы СВЧ-импульсов микро- и

наносекундной длительности (137)

2.1.3. Генераторы сверхкоротких электромагнитных импульсов (139)

2.1.4. Электромагнитные излучатели с запиткой от взрывомагнитных генераторов тока (141)

2.1.5. СВЧ—оружие (по материалам открытой печати) (142)

2.2. Средства направленного электромагнитного воздействия на человека (146)

3. геофизические возмущения в ионосфере, создаваемые естественным и искусственным путем, как источник мощного воздействия в природе (147)

3.1. Физика и происхождение естественных магнитоизлучающих явлений в природе (147)

3.1.1. Ионосферное излучение и его основные характеристики (147)

3.1.2. Физические понятия о типовых изменениях в структуре магнитосферы (148)

3.2. Геофизические возмущения в ионосфере, создаваемые искусственным путем (151)

3.2.1. Природные катаклизмы (явления) и эффекты, методы и средства воздействий (151)

3.2.2. Преднамеренные методы и средства воздействия на окружающую среду (153)

3.3. Системы (оружие) на новых геофизических принципах (155)

3.3.1. Программа «HAARP» — путь к созданию плазменного оружия (156)

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

130 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

3.3.2.Возможныеприменениягеофизических систем в качестве оружия (157)

3.4. Направления радиомониторинга излучения нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы (158)

3.5. Возможные концепции применения искусственных ионосферных образований в интересах создания принципиально новых видов вооружений и военной техники (161)

4. возможные направления развития методов воздействия электромагнитного излучения на физические объекты и окружающую среду (165)

4.1. Ориентировочные проблемы (165)

4.2. Пути (направления) решения проблем (165)

4.3. Возможные направления проведения нир на перспективу (165)

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (166)

Современный уровень развития методов генерации мощных электромагнитных импульсов и способов формирования радиоизлучения определил возможность разработок широкого класса систем и средств направленной энергии. С учетом существующих тенденций развития фундаментальных и поисковых исследований в области разработок таких электромагнитных систем и средств воздействия на биологические объекты (человека) и окружающую среду, а также силовых систем в области радиоэлектронной борьбы (РЭБ) в настоящее время наиболее известны следующие средства.

Электромагнитные средства летального действия. В отечественной литературе часто используются термины: СВЧ-оружие, СВЧ-генераторы или

генераторы электромагнитного излучения

(ЭМИ), а в зарубежной — микроволновое оружие (включающее ЭМИ и супер-ЭМИ боеприпасы). Под электромагнитным средством (оружием) летального действия (объекты поражения: личный состав, вооружение и военная техника (ВВТ)) понимается оружие направленной энергии, основным поражающим фактором которого является электромагнитное излучение в диапазоне 100 МГц . 300 ГГц (максимум спектральной плотности или средняя частота излучения) с энергией в импульсе не менее 100 Дж (или пиковая мощность более 100 МВт или средняя мощность свыше 1 МВт).

Средства генерации большой мощности для силовых систем РЭБ. Предполагается использование метода генерации наносекундных мощных импульсов для их практического использования при создании перспективных систем силовой радиоэлектронной борьбы поражения радиоэлектронных систем (РЭС). 2

Электромагнитные средства нелетального

действия. Под этим термином понимается оружие, воздействующее на личный состав противника энергией электромагнитного излучения для кратковременного (от секунд до нескольких часов) лишения его боеспособности (создания условий для невозможности выполнять поставленные задачи).

Средства направленного электромагнитного воздействия на окружающую среду. В рамках этих средств объединяются некоторые разновидности метеорологического и геофизического оружия, использующих в качестве основного воздействующего фактора энергию электромагнитного излучения.

2. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ГЕНЕРАЦИИ НАНОСЕКУНДНЫХ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ

В настоящее время сфера возможностей и влияния радиоэлектронной борьбы на борьбу противоборствующих сторон в значительной степени расширилась и становится основой информационного аспекта вооруженной борьбы, затрагивая практически все процессы обнаружения, сбора, передачи, обработки и использования информации. Появление комплексных многоуровневых систем радио—радиотехнической разведки (РРТР), боевого управления, РЭБ и высокоточного оружия определило резко возросшую зависимость хода и исхода боевых действий от готовности и эффективности функционирования этих систем. Целью РЭБ стало не только решение частных задач по нарушению функционирования систем управления оружием и войсками (силами) противника, но и достижение решительного превосходства над ним в оперативности, устойчивости и качестве управления.

Таким образом, радиоэлектронная борьба представляет собой комплекс мероприятий, проводимых для выявления (разведки) и последующего радиоэлектронного подавления (РЭП) радиоэлектронных систем различного назначения (радиолокационные системы и системы радиосвязи), а также в целях радиоэлектронной защиты (РЭЗ) своих РЭС.

Наряду с эволюционным развитием средств РЭБ в прогнозируемый период за рубежом возможно создание и развертывание нового класса техники — комплексов электромагнитного оружия, создаваемых на основе разработки генерирующих устройств со сверхмощным направленным излучением в СВЧ диапазоне, определяемых как силовая радиоэлектронная борьба поражения разнотипных РЭС [1, 2].

2.1. теория и практика генерации наносекундных мощных импульсов

Поэтому совершенствование методов генерации мощных электромагнитных импульсов для создания силовых систем радиоэлектронного подавления различного типа РЭС и, особенно, систем современного высокоточного оружия (ВТО) является актуальной и важной проблемой в развитии перспективного вооружения и военной техники (ВВТ).

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

В целом класс объектов РЭС может быть достаточно широк: входные цепи устройств ПВО, аппаратура летательных аппаратов, спутников и т.д. Однако, наиболее актуальное значение в настоящее время приобретает проблема эффективного применения силовой РЭБ для борьбы с высокоточным оружием.

Работа по решению данной проблемы (ввиду её крайней актуальности) ведется достаточно давно, но до настоящего времени неизвестны другие (не считая описанных в настоящей работе) способы и устройства генерирования пачек мощных СВЧ сверхкоротких импульсов (СКИ). Известные и применяемые способы и устройства обладают рядом недостатков. Например, в СВЧ радиолокационных станций (РЛС), действующих на основе эффекта параметрического поглощения (ЭПП), в США используются устройства задержки, которые за счет эквидистантных щелевых соединений обеспечивают разложение одиночного сверхмощного (от единиц до сотен мегаватт) СВЧ импульса на пачку мощных СКИ. Недостатки данного способа хорошо известны и описаны в научно-технической литературе, однако, до настоящего времени иного решения поставленных задач не было.

Известны не только способы использования пачек мощных СВЧ СКИ в целях радиолокационного обнаружения (РЛО) малозаметных летательных аппаратов, но и попытки использовать такие СКИ в целях создания стабилизированных энергетических образований или сгустков (СЭС). Однако до настоящего времени такие попытки приводили к положительным результатам только в США (создание СЭС со временем стабилизации порядка единиц микросекунд). Интерес к такому использованию СКИ, а также и к способам и устройствам генерирования пачек таких СКИ, связан с тем, что одиночный электромагнитный импульс (ЭМИ), излучаемый СЭС при дестабилизации, может достигать энергетических показателей, сравнимых с ЭМИ ядерного взрыва (ЯВ) средней мощности (что является весьма актуальным как в смысле поражающего фактора, так и в смысле имитации ЯВ).

2.1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ГЕНЕРАЦИИ НАНОСЕКУНДНЫХ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ В СИЛОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЕ

Целью настоящей работы является теоретическое обоснование возможностей метода генерации наносекундных мощных импульсов, их основных параметров для возможного практического их использования при создании перспективных систем силовой радиоэлектронной борьбы поражения РЭС.

2.1.1.1. РАЗВИТИЕ СИСТЕМ СИЛОВОГО ПОРАЖЕНИЯ РЭС НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ГЕНЕРАЦИИ МОЩНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В области разработок как методов мощного излучения, так и самого электромагнитного оружия в настоящее время выделяется область создания

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 131 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

различного вида электромагнитного оружия, объектами поражения которого являются не только РЭС, но даже и личный состав.

В настоящее время за рубежом проводятся интенсивные исследования по созданию средств функционального поражения с использованием мощных СВЧ генераторов различного диапазона волн, что свидетельствует об актуальности воздействия мощных электромагнитных импульсов на РЭС как средства силовой радиоэлектронной борьбы [1-8].

Анализ имеющихся в наличии результатов работ по созданию СВЧ средств воздействия (оружия) показывает, что наиболее активные работы в данной области развернуты в США.

В последние годы исследования по данному направлению были развернуты также во Франции, Англии, Германии, Израиле, Японии, Китае и Швеции. Созданием СВЧ средств воздействия занимаются практически все заказывающие управления министерства обороны США. При этом для тактического СВЧ средства (СВЧ-генераторы, мощные усилительные модули и антенные системы, источники энергоснабжения и т.п.) характерно функциональное сближение или унификация с перспективной радиолокационной техникой и средствами радиоэлектронной борьбы.

В частности, в разработках тактического СВЧ-оружия рассматривается концепция комплекса, проводящего в режиме пониженной мощности радиолокационное обнаружение и сопровождение цели, а в режиме максимальной мощности — ее функциональное или силовое поражение. В качестве типовых объектов поражения мощным СВЧ излучением рассматриваются:

• цифровые специальные вычислители

систем управления межконтинентальных баллистических ракет, тактических и оперативнотактических ракет;

• системы предохранения и взведения боевого оснащения ракет;

• электрические устройства подрыва мин и фугасов;

• навигационные приемники системы

• РЛС систем ПВО/ПРО;

• РЭС головок самонаведения зенитных управляемых ракет и ракет класса “воздух-воздух” и др.

Современный уровень развития методов генерации мощных электромагнитных импульсов полностью определяет возможность разработок широкого класса оружия направленной энергии.

Анализ существующих и разрабатываемых видов СВЧ-оружия, способов его боевого применения позволил сформировать общую схему их классификации и выявить общую динамику развития

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

132 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

таких систем в США на период до 2017 г., приведенную в таблице 1.

Общая динамика развития существующих и

разрабатываемых видов СВЧ-силовых систем в США

2002 2003-09 2010-17

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СВЧ-системы для защиты объектов ВВТ

Демонстрация: — малогабаритого широкополосного источника радиоизлучения высокой мощности — узкополосного источника радиоизлучения с высокой импульсной энергией Демонстрация: — возможностей малогабаритных систем СВЧ-оружия по поражению воздушных целей Демонстрация: — корабельных комплексов СВЧ-оружия для защиты от высокоточного оружия; — систем СВЧ-ору-жия для поражения боеприпасов, боевых частей ракет

СВЧ-системы для поражения средств управления, связи и освещения обстановки

Теоретические и экспериментальные исследования, технические разработки Наземные испытания Испытания в составе средств воздушного базирования

СВЧ-системы для поражения радиотехнических средств ПВО

Демонстрация малогабаритного узкополосного источника СВЧ-излучения большой мощности СВЧ-системы вооружения однократного действия взрывного типа Импульсные системы многократного действия

СВЧ-системы космического базирования для ПРО и ПКО

Теоретические и экспериментальны исследования, анализ эффектов Моделирование и имитация для развития концепции боевого применения Наземные испытания комплексов в интересах поражения оперативно-тактических, межконтинентальных баллистических ракет и космических аппаратов

Проведенный анализ имеющейся зарубежной печати и данных таблицы 1 дает возможность полагать, что общая динамика разработок в области создания электромагнитного оружия (СВЧ-оружия) за рубежом базируется, в основном, на базе создания следующих типов источников мощного СВЧ излучения:

• источники на основе СВЧ-генераторов различных диапазонов волн и фазированных антенных решеток, суммирующих мощности отдельных СВЧ-генераторов в узконаправленный пучок СВЧ излучения;

• СВЧ-генераторы на релятивистских электронных пучках;

• источники квазиизотропного, в том числе и широкополосного СВЧ излучения на основе взрывомагнитных генераторов;

• СВЧ-генераторы на основе специальных ядерных боеприпасов сверхмалой мощности. 2

В России также проводятся аналогичные работы по созданию средств генерации мощного излучения. К таким работам, прежде всего, относятся работы, проводимые по созданию импульсных источников мощного широкополосного микроволнового излучения.

Приведем результаты работ, проведенных в ИРЭ РАН в 2000-х годах под руководством члена-корреспондента РАН Черепенина В.А. по разработке новых методов обнаружения объектов на основе эффектов использования сверхкоротких импульсов [1, 2]. Это связано, прежде всего, с проводимыми работами по исследованию характеристик радиолокационных систем с широкополосными импульсами для обнаружения малозаметных объектов. Были проведены работы по моделированию и оценке параметров сверхширокополосного лоцирующего импульса при одноимпульсной локации малозаметных объектов. Проведены исследования пеленгации объекта сложной формы на фоне подстилающей поверхности моноимпульсными системами.

В итоге создано и испытано устройство, где в качестве источника напряжения используется мощный наносекундный генератор импульсных напряжений. Правомерным источником для указанного вывода предполагаются полученные результаты исследований нового метода радиолокации — обнаружения малоразмерных и слабоизлучающих объектов (типа «Стелс») на основе мощных наносекундных импульсов. Целесообразно более подробно остановиться на основных положениях данного интересного направления исследований, результаты которых с успехом могут быть положены в основу создания генераторов большой мощности для силовых радиоэлектронных средств РЭБ.

2.1.1.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА ОДНОИМПУЛЬСНОЙ ЛОКАЦИИ

Известно, что наиболее часто применяемый в современной радиолокации модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки определяет глубину модуляции, а фаза определяется направлением рассогласования оси антенны.

Существенным недостатком моноимпульсного метода радиолокации является одноканальный метод пеленгования с коническим и линейным сканированием луча, а также с последовательным переключением диаграммы направленности. Этот недостаток в одноимпульсной радиолокации отсутствует. При этом отраженный импульс содержит полную информацию об угловом положении цели с двумя независимыми приемными каналами. В этом случае пеленгование ведется по одному импульсу и одновременно по двум независимым каналам приема в координатной плоскости. При этом флуктуации отраженного сигнала практически не оказывают влияния на точность измерения угловых координат.

Существуют три основных способа определения координат одноимпульсной пеленгации в

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

системах — амплитудный, фазовый и комплексный. Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует последовательности отраженных импульсов, что определяет его чувствительность к флуктуациям амплитуды

принимаемых сигналов. Это наиболее существенный недостаток одноканального метода пеленгования, использующего коническое, линейное и последовательное переключение диаграммы направленности. Этого недостатка лишена

одноимпульсная пеленгация. Таким образом, пеленгование осуществляется по одному импульсу, при этом два независимых канала приема в каждой координатной плоскости практически не влияют на точность измерения угловых координат.

Одноимпульная локация перспективна при

обнаружении объектов на земной поверхности, а также при обнаружении низко летящих объектов.

Сложная задача возникает при локации небольших объектов на земной и морской поверхности, а также при обнаружении низко летящих самолетов. С помощью длинных импульсов в РЛС разрешение по дальности улучшается с применением частотной модуляции, расширяющей его эффективный спектральный диапазон. Однако, при этом возникают паразитные боковые полосы, через которые могут подаваться мощные помехи, вследствие чего малая цель может маскировать большую цель. Такая проблема не существует для РЛС с короткими микроволновыми импульсами, так как нет вообще необходимости изменения схем сжатия импульсов.

Уменьшение длительности импульса сокращает дальность действия одноимпульсной локационной системы (обнаружения объекта и воздействия на него). Это подтверждает необходимость применять в радиолокационных системах сверхмощные микроволновые импульсы. В этом случае также необходимо при переходе к более коротким импульсам сохранять и общую мощность, что позволяет также получить более высокое разрешение объектов.

2.1.1.З. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРОВ РАДИО- И ВИДЕОИМПУЛЬСОВ ОДНОИМПУЛЬСНОЙ ЛОКАЦИИ

Какими же путями в настоящее время идут российские и зарубежные исследователи при создании средств генерации большой мощности?

1-е направление. С помощью релятивистской лампы обратной волны в начале 90-х годов в Институте прикладной физики (г. Нижний Новгород) и в Институте сильноточной электроники (г. Томск) были получены мощные наносекундные радиоимпульсы дециметрового диапазона [9, 10]. В результате были генерированы радиоимпульсы с частотой 10 Гц длительностью 5 нс и с частотой повторения 100 ГГц. Средняя мощность генератора составила 250 Вт. Наносекундный цифровой локатор состоял из приемной и передающей антенн. Развязка антенн составила 60 дБ.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 133 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

В настоящее время испытания аналогичной РЛС успешно прошли в Англии: на расстоянии порядка 100 км был отчетливо виден маленький самолет с эффективной площадью рассеяния (ЭПР)

1 м2. Разрешение по дальности обеспечивалось 1 м. Частота повторения РЛС была 150 Гц. Ширина диаграммы составила 3°. При цифровой обработке сигнала был снижен уровень помех на 30 дБ.

Оказалось, что метровое разрешение давало возможность на этой дальности идентифицировать различные цели, и в том числе, отчетливо наблюдалось вращательное движение лопастей вертолета на этом же расстоянии.

2-е направление. Другой режим генерации видеоимпульсов СВЧ существенно отличается из-за отсутствия заполнения высокочастотных колебаний, при этом обладает относительно большой шириной спектра. Фактически видеоимпульс представляет собой 1-2 колебания с выбранной несущей частотой. Волна напряжения генератора может быть эффективно преобразована в электромагнитную волну при прямом излучении специальной антенной, при этом высокочастотное заполнение отсутствует, видеоимпульс характеризуется относительно большой шириной спектра. Разработки наносекундных высоковольтных мощных генераторов основаны на вырезании короткого импульса из более длинного с помощью обостряющего и срезающего газового разрядника (слайсера). Разрядники работали в азотной атмосфере под давлением 60 атмосфер и запитывались от передающих высоковольтных наносекундных генераторов (драйверов) через 50-омную линию в качестве емкостного накопителя энергии.

С помощью такого устройства были получены импульсы 1-5 нс с выходной мощностью до 400 МВт с перспективой увеличения до 1 ГВт с частотой повторения 100 Гц со стабильностью не более 3%. Стабильность же длительности импульса оказалась менее 10%, что является недостаточной для обнаружения малой эффективной площадью рассеяния. Для излучения наносекундных мощных видеоимпульсов могут применяться ТЕМ-рупоры в виде неоднородных полосковых линий.

На рис. 1 представлена форма такого мощного видеоимпульса генератора.

1. Форма выходного видеоимпульса мощного наносекундного генератора.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

134 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

2.1.1.4. АДАПТАЦИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОЦИРУЮЩЕГО ИМПУЛЬСА

Методы генерации мощных наносекундных электромагнитных импульсов в принципе допускают оперативную перестройку параметров излучаемых сигналов и, в частности, изменение спектра излучения, в том числе за счет использования блочно-модульного способа построения излучающей системы. Процедура адаптации параметров лоцирующего импульса может быть в этом случае построена по следующему принципу.

На первом этапе адаптивной процедуры производится облучение пространства мощным сверхширокополосным электромагнитным

импульсом и по отраженному сигналу принимается решение об обнаружении объекта. Параллельно с излучением зондирующего импульса проводится его спектральный анализ и результаты S0(w) записываются в блок хранения информации. В случае положительного решения об обнаружении производится анализ спектра отраженного сигнала S(w). Для нахождения максимума в спектральной характеристике отражающей поверхности цели о(ы) в вычислительной системе образуется отношение о(ы) = S(w)/Sg(w) и проводится анализ максимумов этой величины. Если один или несколько максимумов оказываются выше среднего значения эффективной отражающей поверхности, то производится подстройка спектра излучаемого импульса так, чтобы максимальные компоненты спектра лоцирующего импульса приходились на максимальное значение эффективной спектральной отражающей поверхности. При этом ширина спектра излучаемого импульса также должна согласовываться с зависимостью о(ы), чтобы энергия отраженного сигнала принимала максимально возможное значение. Конкретные законы изменения спектра излучаемого импульса в зависимости от измеренной величины о(ы) должны быть разработаны для конкретных экспериментальных параметров генерирующей системы, в частности, числа независимых каналов излучения, частотного перекрытия диапазона генерации, возможных характеристик предполагаемых целей, коэффициента возможного сужения спектра импульса генерации около несущей частоты и т.п. Отметим, что при наличии ошибок определения спектральных амплитуд эффективной отражающей поверхности цели адаптацию следует проводить, когда разность максимального значения о(ы) и среднего значения станет больше ошибки определения спектральных компонент о(ы).

В процессе сопровождения цели возможны медленные изменения спектральной характеристики эффективной отражающей поверхности, вызванные, например, поворотом цели и т.п. В этом случае для сохранения высокой точности определения динамических параметров цели необходимо

периодически проводить коррекцию спектра лоцирующего импульса, которая будет состоять в повторном измерении спектра отраженного сигнала, определении о(ы) и изменении в соответствии с этой новой зависимостью спектральных характеристик излучаемого импульса.

Отметим, что измерение спектральных характеристик эффективной отражающей поверхности цели позволяет также определять, какого класса объект находится в воздушном пространстве. В случае создания банка информации по спектральным портретам возможных целей периодическая коррекция параметров лоцирующего импульса может проводиться без обратной связи (без повторных измерений о(ы)) только по данным, хранящимся в банке информации, и динамическим характеристикам цели (дальность, скорость, угол наблюдения и т.п.).

2.1.1.5. МАКСИМАЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫМ ПРИЕМНИКОМ НА ФОНЕ ШУМА

При отсутствии активных помех шумовую составляющую сигнала можно считать белым гауссовым шумом со спектральной плотностью Ngg = kT, где k — постоянная Больцмана.

Отношение сигнал/шум оптимального приемника согласованного сигнала будет:

ц = — f 4(t)dn = -E, (1)

где e = f %t)dn — представляет полную энергию %(t) за время длительности импульса т.

Сигнал считается обнаруженным, если отношение сигнал/шум оказывается больше некоторого порога ^((Д, а^, зависящего от параметров вероятности правильного обнаружения и вероятности ложной тревоги: р > q(ap «2).

Максимальная дальность обнаружения цели будет:

По формуле (2) был произведен расчет для исходных данных: о = 0.1 м2, длительность импульса т = 5 нс, Т = —300К, параметр q(ap a2) = 5. Допускалось, что приемная и передающая антенны одинаковы, выходная апертура видеоимпульсов 50Х2, и ЭПР составляет 10 м2.

Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Максимальная дальность цели при разных мощностях и видах лоцирующих импульсов

Максимальная дальность обнаружения объекта, км

импульса 0.5 ГВт импульса 1 ГВт

Радиоимпульсы 550 655

Видеоимпульсы 250 310

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 135 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

2.1.1.6. ОБНАРУЖЕНИЕ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА ПО ПАЧКЕ ЛОЦИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ

Улучшить характеристики обнаружения и сопровождения цели при моноимпульсной локации малозаметных объектов оказывается возможным, используя для локации несколько одинаковых импульсов. В этом случае по-прежнему возможно определение всех параметров цели по каждому из импульсов, однако, оценка параметров по пачке оказывается тем лучше, чем больше импульсов в пачке. Кроме того, для эффективного использования адаптивной процедуры локации необходима сравнительно большая величина отношения сигнал/ шум, что также требует использования нескольких лоцирующих импульсов.

Оценка отношения сигнал/шум и дальности обнаружения для, пачки лоцирующих импульсов. Устройства, генерирующие сверхширокополосные мощные импульсы СВЧ, допускают работу в частотном режиме с частотой повторения порядка 100-200 Гц. Поэтому возможна моноимпульсная локация как одиночными импульсами, так и пачкой импульсов, включающей вплоть до нескольких тысяч импульсов.

В случае приема k импульсов на фоне стационарного случайного процесса характеристики качества обнаружения оказываются такими же, что и при приеме одного импульса, но имеющего в k раз большую энергию. Действительно, энергия лоцирующего сигнала пропорциональна мощности передатчика, умноженной на длительность импульса. В случае пачки импульсов общая длительность сигнала возрастает в k раз, что соответственно увеличивает в k раз отношение сигнал/шум. В таблице 3 показаны значения дальности обнаружения цели в случае локации радиоимпульсами и видеоимпульсами с разным количеством импульсов в пачке. Как нетрудно видеть, максимальная дальность локации видеоимпульсами при 100 импульсах в пачке может достигать 1000 км, а при локации радиоимпульсами даже оказывается больше 2000 км. Общая длительность лоцирующего сигнала в данном случае составит 1 секунду при частоте повторения импульсов 100 Гц.

Необходимо отметить, что указанный выигрыш в дальности обнаружения может быть достигнут только в случае когерентной фильтрации всех импульсов пачки (фазы всех импульсов должны совпадать). Такое возможно в случае одновременного обнаружения и оценки скорости цели. Тогда скорость цели является параметром, и оказывается возможным когерентно накапливать все импульсы пачки. «Платой» за увеличение чувствительности является существенное усложнение оптимального приемника, так как в этом случае требуется наличие как минимум трехмерной гребенки фильтров для оценки скоростей по дальности и двум углам.

Максимальная дальность обнаружения цели при различных мощностях и видах лоцирующих импульсов и для разного количества импульсов в пачке

Характеристики сигнала Максимальная дальность обнаружения цели, км

Мощность импульса 0.5 ГВт Мощность импульса 1 ГВт

Один радиоимпульс 550 655

Пачка из 5 радиоимпульсов 7820 980

Пачка из 20 радиоимпульсов 1160 1385

Пачка из 100 радиоимпульсов 1740 2070

Один видеоимпульс 260 310

Пачка из 5 видеоимпульсов 390 460

Пачка из 20 видеоимпульсов 550 655

Пачка из 100 видеоимпульсов 820 980

В то же время имеется возможность параллельной обработки всей информации, необходимой для когерентного накопления, что в принципе допускает сохранение таких же временных характеристик (скорости обработки отраженного сигнала), как и для одного импульса в пачке.

Оценки параметров объекта для, локации пачкой импульсов. Увеличение отношения сигнал/шум при локации пачкой импульсов позволяет также существенно улучшить точность оценки параметров объекта — скорости, углового положения, угловых скоростей и др. Заметим, что улучшение точности оценки параметров пропорционально корню квадратному из энергии принимаемого сигнала, т.е. отношения сигнал/шум, и оказывается существенно более заметным, чем увеличение дальности обнаружения. Действительно, для 5 лоцирующих импульсов в пачке точность оценки параметров цели увеличивается в 2.2 раза, для 20 импульсов — в 4.5 раз, а для 100 импульсов — даже в 10 раз. Опять, как и в случае обнаружения, увеличение точности оценок связано с существенным усложнением оптимального приемного устройства, требующего наличия гребенки оптимальных фильтров для каждого параметра сигнала, так как в противном случае не удастся осуществить когерентное накопление импульсов.

Значительное увеличения отношения сигнал/ шум при локации пачкой импульсов повышает также эффективность использования адаптивной процедуры локации. Действительно, пусть при использовании только одного лоцирующего импульса объект может быть обнаружен (отношение сигнал/шум составляет несколько единиц). Этого оказывается явно недостаточно для эффективного использования адаптивной процедуры — относительная точность оценки частот, на которых

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

136 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

спектральные амплитуды эффективной отражающей поверхности цели достигают максимумов, составляет десятки процентов. В то же время применение пачки из 100 лоцирующих импульсов для той же цели обеспечивает отношение сигнал/шум уже несколько сотен, что вполне достаточно для адаптивной процедуры подстройки спектра лоцирующего импульса, так как относительная ошибка определения требуемых частот локации составляет не более пяти процентов.

Отметим, что измерение спектра с помощью пачки, содержащей k импульсов, оказывается полностью эквивалентным усреднению по ансамблю, состоящему из k реализаций. Уменьшение дисперсий оценок происходит в этом случае также в k раз.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таким образом, применение пачки импульсов вместо одиночных лоцирующих импульсов при моноимпульсной локации малозаметных объектов позволяет существенно улучшить характеристики обнаружения и оценки параметров цели. Так, увеличение дальности обнаружения может составлять более 3 раз для 100 импульсов в пачке. Одновременно с этим значительно уменьшаются ошибки оценки параметров объекта и повышается эффективность адаптивной процедуры локации.

2.1.1.7. ПРЕДЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА

Для оценки предельной точности параметров при моноимпульсной локации воспользуемся неравенством Крамера-Рао [11-14]. В этом случае дисперсия ошибок измерений определяется следующим выражением:

где SK = N Jo s(t, l — сигнал; L- истинное

значение параметра L.

Получено для оценки ошибки следующее выражение:

Проведенные расчеты по (3) показали, что при большом отношении сигнал/шум ошибка определения дальности может в принципе быть меньше длины импульса электромагнитного излучения в пространстве т.

Дисперсия определения угловых координат, исходя из неравенства Крамера-Рао, имеет следующий вид:

где 01/2 — характерная ширина диаграммы направленности приемной антенны.

Анализ полученных результатов исследований метода одноимпульсной радиолокации по обнаружению малоразмерных и слабоизлучающих объектов (типа «Стелс») на основе мощных наносекундных импульсов показывает, что имеется целый ряд новых существенных преимуществ сверхкоротких мощных импульсов в локации,

которые можно сформулировать следующим образом.

1. Использование наносекундных коротких и мощных импульсов обеспечивает дальность в несколько сот километров, что позволяет сопровождать объекты с малой ЭПР на фоне больших стационарных помех.

2. При моноимпульсной локации мощными наносекундными импульсами при доплеровской модуляции проблема слепых скоростей полностью исчезает.

3. При длительности импульса ~5 нс и длительности интервала между импульсами около 0.01с проблема «мертвого времени» исчезает, когда блокируется приемник радиолокационной станции и получение сигналах об объекте в этом случае отсутствует.

4. Так как при одноимпульсной радиолокации определение всех параметров объекта происходит по одному импульсу, то при частоте повторения импульсов в 100 Гц не возникает неоднозначности по дальности до цели. Действительно за время

0.01с все эхо-импульсы успевают достигнуть приемной антенны, если максимальная дальность обнаружения не превышает 1500 км.

5. Высокое разрешение по дальности позволяет проводить идентификацию по единственному отраженному импульсу. Действительно все детали объекта с размерами порядка 1м2 (плоскости, винты) будут работать как независимые отражатели, создавая как бы пространственный портрет объекта.

6. Высокое разрешение по дальности может дать информацию о высоте низколетящих самолетов над относительно гладкой местностью объекта по временному разделению одиночного отклика и диффузного эхо-сигнала от подстилающей поверхности.

В целом, одноимпульсная локация мощными наносекундными импульсами представляет новое направление в радиолокации, представляющее несомненный интерес для гражданского и военного применения.

Использование наносекундных импульсов обеспечивает хорошее разрешение по дальности и позволяет обнаруживать и сопровождать движущиеся цели с малой эффективной площадью рассеяния на фоне больших стационарных помех.

Данные выводы позволяют получить и другие результаты, которые являются основной целью настоящей работы, т.е. дать предложения возможного использования метода генерации наносекундных мощных импульсов для их практического использования при создании перспективных систем силовой радиоэлектронной борьбы поражения РЭС.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

2.1.1.8. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ В СОЗДАНИИ ГЕНЕРАТОРОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ СИЛОВЫХ СИСТЕМ РЭБ

На основе итоговых результатов и высказанного здравого смысла научных предположений в данной работе определяется прогноз следующих положений для реализации метода генерации наносекундных мощных импульсов в силовой борьбе поражения РЭС.

1. Для облегчения проникновения

электромагнитного излучения в поражаемую аппаратуру желательно использовать наиболее коротковолновое излучение СВЧ. Оптимальным для станций функционального поражения является миллиметровый диапазон радиоволн. Наиболее подходящим для использования в подвижных станциях является черенковский генератор, дающий в 8-мм диапазоне мощность более 1 ГВт, что более чем на порядок превышает мощность других генераторов СВЧ в этом диапазоне.

2. Для излучения СВЧ импульсов миллиметрового диапазона целесообразно использовать активные фазированные антенные решетки (ФАР). Это дает увеличение мощности излучаемого сигнала и, следовательно, дальности поражения. При этом происходит процесс сложения мощности в пространстве.

3. Из анализа схемно-конструктивных решений приёмных трактов современных радиоэлектронных средств показано, что среди полупроводниковых элементов наиболее подвержены воздействию точечно-контактные диоды с барьером Шоттки, при этом возможно как силовое воздействие в полосе пропускания, так и внеполосное поражение входных цепей РЭС.

4. Предполагается, что уровень поступающей к указанным элементам от внешних источников энергии СВЧ импульсов в значительной степени определяется избирательными и прочими характеристиками антенно-фидерных устройств и входных цепей (АФУ и ВЦ). В зависимости от взаимного расположения на оси частот полосы пропускания АФУ и спектра СВЧ импульса с его средней частотой критериальные уровни поражения РЭС определяются фильтрующими свойствами АФУ в целом, а также фильтрующими свойствами входной цепи приёмника.

5. В качестве критериальных уровней поражения СВЧ-диодов и транзисторов могут быть следующие:

• при облучении импульсами длительностью 1 мкс, следующими с F = 25-50 Гц — менее 26 Вт (при воздействии на биполярные транзисторы сантиметрового диапазона);

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 137 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

• при облучении импульсами длительностью 1 нс — 1 мкс, следующими с F = 4 кГц — 8-20 Вт (при воздействии на малошумящие усилители);

• при облучении импульсами длительностью 1.510 нс, следующими с Fr = 10-100 Гц — 4-30 Вт (при воздействии на биполярные транзисторы см диапазона).

• Критериальный уровень поражения СВЧ-диодов уменьшается с увеличением длины его рабочей волны. Уменьшается он и с расширением рабочей полосы частот диода. В зависимости от места и условий размещения чувствительных приборов в аппаратуре, от вида связей с элементами монтажа, от возможности концентрации и канализации энергии внешних полей элементами и контурами внутри блока действительный критериальный уровень может изменяться на порядок и более.

6. Может рассматриваться не только как новый метод регистрации СВЧ колебаний, но и как механизм вывода из строя входных элементов РЭС и возможность трансформации мощного наносекундного электромагнитного импульса в акустический.

Под руководством профессора Перунова Ю.М. также проводятся теоретические и экспериментальные исследования по созданию мощных коротких СВЧ импульсов в целях радиолокационного обнаружения или поражения воздушных объектов. Делаются выводы, что применение мощных короткоимпульсных радиолокационных сигналов в РЭБ с радиотехническими системами является весьма перспективным.

2.1.2. ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ-ИМПУЛЬСОВ МИКРО- И НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

В качестве источников СВЧ-излучения гигаваттных уровней мощности могут рассматриваться релятивистские импульсно-периодические

генераторы, а для комплексов с меньшим уровнем импульсной мощности — традиционные нерелятивистские электровакуумные приборы. Многоканальные излучающие системы с нерелятивистскими приборами обеспечивают больший уровень средней мощности, управление параметрами излучения, электронное сканирование лучом. Однако, по сравнению с релятивистскими они сложнее и имеют большие массогабаритные характеристики.

В настоящее время наибольшая импульсная мощность достигнута в генераторах на сильноточных релятивистских электронных пучках, сформированных холодными катодами, работающими на принципе взрывной эмиссии.

Высокие частоты повторения (до 1 кГц) при выходной импульсной мощности более 1 ГВт могут быть получены на релятивистских лампах обратной волны (карсинотронах) и резонансных лампах бегущей волны с прямолинейными электронными пучками,

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

138 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

с черенковским механизмом генерации. Ресурс работы генератора определяется в большей степени долговечностью катода и газового разрядника. Для используемых в настоящее время графитовых катодов и для сменного двухканального газового разрядника он составляет порядка 108 импульсов. Характерная мощность работающего в 3-см диапазоне длин волн карсинотронного генератора, составляет около 1 ГВт при частоте повторения импульсов до 500 Гц.

В частности, максимальная мощность выведенного в атмосферу СВЧ-излучения достигнута на генераторе черенковского типа (установка И-3000-СВЧ, ВНИИЭФ (г. Саров), энергия пучка 3 МэВ) и составляет 3 ГВт в 3-см диапазоне при длительности импульса порядка 20 нс. Возможна генерация цуга из 2 импульсов. Дальнейшее повышение энергии пучка приводит к резкому сокращению длительности импульса вследствие развития пробоя на выходе электромагнитной структуры и на выходном окне.

Повышения мощности карсинотронного генератора можно добиться путем увеличения эффективности взаимодействия электронного пучка с электродинамической структурой. За счет увеличения параметра связи структуры с электронным пучком от входа к выходу структуры, оптимального фазирования рефлектора, использования электронной пушки с большой компрессией и применения многоканального разрядника, по мнению разработчиков прибора, удастся повысить КПД до 20-25%, выходную мощность до 2 ГВт, а частоту повторения до 1 кГц.

Высокий уровень мощности можно получить в генераторе с релятивистской резонансной лампой бегущей волны (ЛБВ). В резонансной ЛБВ электронная пушка, формирующая трубчатый пучок большого диаметра, и коллектор вынесены из пространства взаимодействия. Это определяет высокую мощность прибора. Обратная связь в электродинамической структуре для обеспечения адаптивных свойств генератора может осуществляться с помощью брэгговских рефлекторов на входе и выходе структуры. Прогнозируется весьма высокий КПД до 30-35%. Повышение КПД возможно позволит повысить мощность до 3 ГВт.

Для комплексов, работающих в дециметровом и в длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн, можно рассматривать применение релятивистских магнетронных генераторов. Эти приборы имеют достаточно высокий КПД (до 30%), хорошие массогабаритные характеристики, фазовую стабильность.

По сравнению с карсинотроном адаптивные свойства магнетрона ниже. За счет загрязнения замедляющей структуры в процессе эксплуатации прибора в импульсно-периодическом режиме может произойти снижение КПД. Магнетрону свойственны большие времена установления колебаний (5. 10 нс), что ограничивает эффективность формирования коротких наносекундных импульсов.

Поскольку геометрические размеры анодного блока магнетрона пропорциональны длине волны, то это ограничивает энергетические параметры прибора и стабильность работы с уменьшением дины волны. При работе магнетрона с большой частотой повторения импульсов важной задачей является обеспечение отвода тепла от прибора.

Еще одним классом сверхмощных СВЧ-генераторов являются генераторы с виртуальным катодом — виркаторы, достаточно простые в изготовлении, способные работать без фокусирующего магнитного поля и в широких пределах изменять частоту колебаний. В частности, именно на магнитоизолированном виркаторе в США в начале 90-х годов была достигнута рекордная, недоступная пока для генераторов других типов, мощность 22 ГВт (без вывода излучения в атмосферу).

Достигнутые сегодня в России уровни мощности (с выводом излучения в атмосферу) составляют 1 ГВт при длительности импульса 10.30 нс. Длительность импульса излучения в виркаторах определяется скоростью движения анодной плазмы к катоду. Предложенный во ВНИИЭФ вариант виркатора с плазменным анодом позволил решить эту проблему. В результате было сформировано излучение, длительность которого (3 мкс) определяется только энергоемкостью конденсаторного источника питания.

В то же время, за счет многомодового, многочастотного характера поля КПД виркатора невысок, имеются сложности эффективного вывода излучения из пространства взаимодействия и формирования диаграммы направленности. В настоящее время не удалось добиться высокой стабильности работы мощных виркаторов. Так же следует отметить, что ресурс работы виркаторов может быть существенно ограничен возможностями анода (в большинстве случаев сеточного). Все это исключает возможность его работы в импульсно-периодическом режиме с большой частотой повторения импульсов. По всей видимости, виркатор следует рассматривать как источник мощного СВЧ-излучения однократного действия с взрывомагнитным генератором.

Перспективным направлением исследований является разработка СВЧ-генераторов на линиях с магнитной изоляцией (MILO). В частности, в МРТИ РАН (Москва) разрабатывается такого рода прибор с мощностью порядка 1 ГВт, длительностью импульса 50 нс и КПД на уровне 10%. Электродинамическая структура данного генератора представляет собой коаксиальный волновод с диафрагмами. В такой структуре электронный пучок создает собственное магнитное поле, способное удерживать его, благодаря чему не требуется внешнего магнитного поля и тонкой настройки прибора. Другим важным преимуществом генератора является большой размер катода, что обеспечивает возможность работы с низкоимпедансным импульсным источником питания, предпочтительным при генерации больших мощностей.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

Из зарубежных работ в этом направлении следует выделить исследования по радиальному акселетрону, относящемуся к группе пролетных генераторов, ведущиеся в лаборатории северо-американского филиала Филипс (США). Для акселетрона характерна простота коаксиальной конструкции, в которой анод коаксиального генераторного диода служит одновременно внешним проводником коаксиального резонатора. Достоинствами акселетрона являются компактность конструкции, исключение

необходимости в фокусирующей магнитной системе и отсутствие формирующих фольговых перегородок, склонных к эрозии, что позволяет повысить частоту повторения импульсов, ограничиваемую лишь поддержанием вакуума в генераторе. К тому же эффективная группировка электронов в радиальном акселетроне обеспечивает его высокий КПД, а коаксиальная конструкция благодаря малому импедансу допускает получение высокой выходной мощности.

По расчетам разработчиков, в радиальных акселетронах можно обеспечить генерацию в диапазоне 1. 20 ГГц с выходной мощностью более 1 ГВт при запитке импульсами постоянного тока напряжением 350 кВ и длительностью 200 нс. Как показало моделирование, акселетрон, имеющий радиус и длину излучающей части катода соответственно 23.4 и 3.2 см, радиус анода 27 см и длину коаксиального резонатора 6.4 см при неоптимизированной конструкции, в том числе нагрузке, генерирует на частоте 3.1 ГГц, обеспечивая выходную мощность порядка 0.6 ГВт при запитке напряжением 300 кВ. При этом оптимизация конструкции позволит обеспечить КПД более 50% и достичь выходной мощности 2 ГВт при частоте повторения импульсов 1 кГц в 3-см акселетроне.

Российским достижением являются релятивистские пучково-плазменные СВЧ-генераторы разработки ИОФ им. А.М. Прохорова РАН (Москва), в которых электронный пучок взаимодействует с гладким волноводом, заполненным плазмой. Генерируемое при этом излучение является широкополосным (ширина спектра — до 4 ГГц). Пучково-плазменные генераторы обладают уникальной возможностью перестройки частоты излучения от импульса к импульсу путем изменения плотности заполняющей волновод плазмы. При этом диапазон перестройки частоты является беспрецедентно широким и может превышать до октавы. Недостатками данных генераторов является относительно низкий КПД и необходимость в сильном и однородном магнитном поле. Мощность существующих сегодня моноимпульсных пучковоплазменных генераторов достигает сотен МВт при длительности импульса до 300 нс.

Основными направлениями развития данной технологии на ближайшую перспективу является разработка импульсно-периодических систем (физически возможно построение таких генераторов с частотой следования импульсов до 5.10 кГц)

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 139 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

и переход к использованию более сильноточных электронных пучков, что сможет существенно поднять уровень генерируемой СВЧ-мощности практически без увеличения массогабаритных характеристик.

Наряду с релятивистскими генераторами в качестве источников мощного СВЧ-излучения могут рассматриваться традиционные нерелятивистские импульсные генераторы (магнетроны и усилительные клистроны).

Достоинства магнитного генератора — компактность конструкции, наибольшая удельная мощность на единицу массы, высокий КПД, низкая стоимость. Импульсная мощность магнетронов составляет порядка 1 МВт и 10 МВт на частотах 10 ГГц и 2 ГГц соответственно, скважность импульсов — порядка 1000, длительность импульсов 1.5 мкс. КПД мощных магнетронов достигает 30.50%. Магнетроны работают в автогенераторном режиме. Рабочая частота ряда магнетронов может перестраиваться в небольших пределах (~1%). Импульсный магнетрон может рассматриваться как задающий генератор для формирователей мощного короткоимпульсного излучения методом активной компрессии.

На клистронах можно получить более высокие уровни мощности. Клистроны могут работать в усиленном режиме с коэффициентом усиления более 40 дБ. Однако массогабаритные характеристики клистрона хуже, чем у магнетрона, особенно заметно это проявляется для клистронов мощностью более 0.5.1 МВт. Клистроны, предпочтительно использовать как элементы многоканальных передающих систем ФАР, и в системах с фазированием разночастотных генераторов.

2.1.3. ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХКОРОТКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Данные устройства как правило излучают короткие сверхширокополосные импульсы с максимумом спектральной плотности, лежащим в длинноволновой части СВЧ-диапазона. В генераторах сверхкоротких импульсах энергия накапливается в электрическом или магнитном поле накопителя, затем с помощью ключа выбрасывается в нагрузку. Длительность импульса в нагрузке определяется или переходом ключа в исходное состояние или временем, необходимым для полного разряда накопителя. Фронт импульса определяется временем перехода ключа из одного состояния в другое. В мощных ключах времена прямого и обратного переходов могут отличаться на много порядков. В этом случае наименьшее время определяет фронт импульса, а наибольшее — предельную частоту их повторения.

В настоящее время используется большое количество различных типов быстрых ключей, основными из которых являются искровые разрядники и полупроводниковые приборы.

Генераторы на основе разрядников используются в случаях, когда требуется получить сверхбольшие мощности при низких частотах повторения

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

140 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

импульсов. В настоящее время генераторами на основе разрядников достигнуты следующие параметры, по всей видимости, близкие к предельно возможным при современном уровне техники: длительность фронта импульсов до 100 пс; амплитуда импульсов до 1 МВ; частота следования импульсов до 1 кГц. В частности, разрабатываемый в настоящее время в НПП «Эра» (С.-Петербург) генератор рассчитан на мощность до 20 ГВт при генерации пачек импульсов длительностью 1 с при частоте следования импульсов внутри пачки до 100 Гц. В США работы в этом направлении велись в рамках проекта «Гинденберг-3», в ходе которого был создан генератор с аналогичными параметрами.

Общим и наиболее существенным недостатком искровых разрядников является эрозия электродов, происходящая как в газе, так и в масле, и линейно зависящая от количества заряда, протекающего через зазор. Известно, что эрозия вызвана локальным расплавлением металла в зоне контакта искрового канала с электродом. Очевидно, что для борьбы с ней в качестве материала электродов следует использовать тугоплавкие и хорошо проводящие материалы. Кроме того, там, где это возможно (в первом обостряющем разряднике, генерирующем фронт порядка 1 нс), следует увеличивать рабочую поверхность электродов. Это позволяет, несмотря на эрозию, увеличить ресурс разрядника пропорционально рабочей площади электродов, обрабатываемой искровым разрядом. Благодаря большой поверхности электродов ресурс первого разрядника в 2. 3 раза превышает ресурс выходного разрядника и составляет около 106 импульсов. Примерно такой же ресурс имеет трансформаторное масло.

Еще одним недостатком генераторов на основе разрядников являются большие размеры и масса приборов, а также сложность их эксплуатации. Этих недостатков лишены бурно развивающиеся сегодня полупроводниковые генераторы сверхкоротких импульсов. В частности, в США велась разработка излучающей системы GEM-2, в основе которой лежат фотопереключатели на арсениде галлия, синхронизируемые лазерным лучом с точностью 50 пс, что обеспечивает когерентную запитку элементов фазированной антенной решетки. Мощность устройства составила 1 ГВт, при наработке на отказ, составляющей 104 срабатывания. Нетрудно посчитать, при частоте следования порядка 100 Гц ресурс работы установки GEM-2 не превосходит двух минут.

В ФТИ им. А.Иоффе РАН (С.-Петербург) были разработаны не имеющие аналогов в мире кремниевые полупроводниковые ключи, в основе работы которых лежат два эффекта: эффект сверхбыстрого восстановления напряжения (дрейфовые приборы с резким восстановлением) и эффект сверхбыстрого обратимого пробоя в высоковольтных переходах (приборы на задержанной ионизации). В настоящее время разработана эффективная технология

повышения напряжения путем сборки приборов в «стопку». При этом в случае двухэлектродных приборов сборка выглядит для пользователя как один, также двухэлектродный прибор большей толщины.

Дрейфовые приборы являются ключами-размыкателями, используемыми с накопителями магнитного типа (индуктивностями). Накопление энергии в магнитном поле возможно при малом уровне напряжения. Высокое напряжение на нагрузке и на размыкателе возникает только на короткое время импульса. Как известно, стойкость всех материалов к пробою улучшается при сокращении времени, в течение которого прикладывается высокое напряжение. Тем самым появляется уникальная возможность формирования импульсов напряжения в десятки киловольт без погружения элементов в трансформаторное масло или другую изолирующую жидкость.

Максимальная импульсная мощность, достигнутая полупроводниковыми генераторами, составляет сотни МВт при частоте следования импульсов до 100 Гц. Существенная особенность этой технологии — практически неограниченный ресурс и высокая стабильность — малый джиттер (фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала).

Кроме того, оказалось возможным создавать мощные нано- и субнаносекундные генераторы с пиковой мощностью в десятки и сотни киловатт при частотах повторения импульсов до 10 МГц.

Благодаря чрезвычайно малому джиттеру существует возможность «неограниченного» наращивания мощности путем суммирования импульсов большого числа генераторов, причем каждый генератор является простым и малогабаритным устройством.

Основным недостатком генераторов сверхкоротких электромагнитных импульсов с прикладной точки зрения является низкое значение средней мощности излучения. Однако в России (НПП «Исток», Фрязино, Московская область) в настоящее время создан научно-технический задел, позволяющий в ближайшей перспективе приступить к разработке макета генератора на основе электровакуумного прибора, в котором в качестве выходного резонатора используется многочастотный коаксиальный резонатор, возбуждаемый сгруппированным электронным потоком аналогично клистрону. Данный прибор будет сочетать в себе высокую среднюю мощность, срок службы и КПД традиционных электровакуумных приборов, а также сверхширокополосность, характерную для излучателей сверхкоротких электромагнитных импульсов. Генератор будет излучать импульсы длительностью сотни пс с частотой повторения порядка 1 ГГц. Спектр излучения будет лежать в диапазоне 1.8 ГГц, средняя мощность составит 1 кВт и более. Данная разработка НПП «Исток» в настоящее время не имеет аналогов в мире.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

2.1.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ С ЗАПИТКОЙ ОТ ВЗРЫВОМАГНИТНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ТОКА

Принципиально важное значение для облика и характеристик забрасываемых источников СВЧ-импульсов имеют параметры используемых источников питания. В основу этих источников положены пьезоэлектрические и магнитокумулятивные (взрывомагнитные) генераторы. В этой области Россия занимает лидирующее положение в мире.

Преобразование энергии взрывомагнитного генератора в СВЧ-излучение впервые было осуществлено физиками РФЯЦ-ВНИИЭФ и ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, позже его эффективность была подтверждена в экспериментах под руководством В.Е. Фортова и А.Н. Диденко.

Ведущая роль в данной области, как в стране, так и в мире принадлежит ВНИИЭФ и ИТЭС ОИВТ РАН (Москва). В рамках программы по созданию базовых технологий разработан целый ряд компактных взрывомагнитных генераторов, удовлетворяющих требованиям к забрасываемому источнику СВЧ-излучения.

В частности, при использовании взрывомагнитного генератора ВМГ-100 (ВНИИЭФ) формируется электрический импульс с параметрами 600 кВ, 30 кА, фронт 50 нс, достаточными для формирования электронного пучка, используемого для генерации мощного импульса СВЧ-излучения. При испытании ВМГ-100 на макете СВЧ-генератора был получе н импульс излучения мощностью 350 МВт при длительности 50 нс. По имеющимся оценкам, основанным на модельных экспериментах, на лабораторной экспериментальной базе ВНИИЭФ с реализацией уровня излучения порядка 1 ГВт, в приемлемых для практики габаритах вполне реально получить излучение мощностью 2. 3 ГВт.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При запитке черенковской электромагнитной структуры от ВМГ на диоде обеспечивались следующие параметры импульса: ток 12 кА,

длительность 100 нс, энергия электронов 450 кэВ. При этом был получен СВЧ-импульс 3-см диапазона с максимальной мощностью 350 МВт. В этом случае выходная мощность лимитировалась возможностями ВМГ. Используя современные ВМГ, это ограничение можно преодолеть и приблизиться к мощностям импульсов, лимитируемых электропрочностью электродинамических структур и выходных окон.

До некоторой степени эти ограничения можно преодолеть, используя генераторы с параллельными связанными только на входе электродинамическими системами. При работе с шестиканальной ЛБВ, исследованной на электронном ускорителе прямого действия «Ковчег» (Саров), удалось добиться

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 141 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

сложения излучений всех каналов. Процессы фазировки излучения и проблема эффективных антенн, предназначенных для вывода мощного СВЧ-импульса в этом случае требуют дополнительного исследования.

Что касается зарубежных разработок, то во Франции в настоящее время разрабатывается забрасываемый источник СВЧ-излучения

с мощностью порядка 1 ГВт на основе взрывомагнитных технологий и виркаторных систем.

О создании подобного источника и постановке его на вооружение в Великобритании сообщалось неоднократно. Однако, уровень открытых работ по технике взрывомагнитных генераторов заставляет относиться к этим сообщениям достаточно критически.

В США (работы по заказам ВВС) вплотную подошли к реализации ВМГ соответствующего по параметрам описанному выше ВМГ-100. Современное состояние американских исследований в области виркаторов, по-видимому, соответствует российскому.

Перспективными направлениями исследований в этой области представляется поиск путей создания ВМГ, генерирующих не один импульс тока, а последовательность нескольких импульсов. Кроме того, представляет большой интерес разработка запитываемых от ВМГ релятивистских пучковоплазменных генераторов (оценки показывают, что это вполне возможно). Объединение указанных разработок позволит при подрыве ВМГ генерировать мощные импульсы, спектр которых перекрывает диапазон 1.7 ГГц либо 5.30 ГГц. Этот результат был бы крайне интересен с прикладной точки зрения. Еще одним перспективным направлением является создание запитываемых от ВМГ генераторов сверхкоротких импульсов.

Прогнозируемые потенциально возможные характеристики генераторов излучения,

разрабатываемых в рамках неядерных систем СВЧ-систем, представлены в таблице 4.

К числу наиболее приоритетных направлений исследований в области разработки мощных электромагнитных излучателей на ближайшие 5-10 лет следует отнести:

• Разработка полупроводниковых генераторов, обеспечивающих формирование на расстояниях до десятков метров сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения длительностью порядка 50 пс с амплитудой напряженности электрического поля до 50 кВ/м и импульсов длительностью 100. 300 пс амплитудой напряженности электрического поля до 500 кВ/м с частотой повторения до 10 кГц.

• Разработка генераторов сверхкоротких импульсов на основе электровакуумных приборов, обеспечивающих среднюю мощность

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

142 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Прогнозируемые характеристики ЭМ излучения для различных типов СВЧ-систем

Тип СВЧ-генератора Характеристики

Импульсная мощность Длительность импульса Средняя частота, ГГц Ширина спектра, % Частота повторения, кГц Расходимость, рад (тип антенны)

м о б и л ь н ы е Традиционные (клистрон, магнетрон и др.)1 до 1 ГВт 1. 10 мкс 1. 10 0.1 до 1 0.01 (ФАР)

Твердотельные2 до 10 ГВт единицы нс 0.1. 10 50. 100 до 10 нет данных (ФАР)

ЛОВ, магнетроны, клистроны и др. 1. 5 ГВт десятки нс 1. 10 1 до 1 0.01 (зеркальная)

Пучково-плазменные до 1 ГВт 10 нс. 1 мкс 1. 50 100 до 0.1 0.1 (рупорная)

Виркаторы 1. 5 ГВт 10. 500 нс 1. I0 10. 100 единицы 0.1. 0.01(зеркальная, рупорная)

Лазеры на свободных электронах до 10 ГВт десятки нс 35. 100 1 до 10 0.01. 0.001 (зеркальная)

з а б р а с ы в а е м ы е Виркаторы с запиткой от ВМГ до 1 ГВт 10. 500 нс 1. 10 10. 100 моно- импульс3 0.2. 0.05 (рупорная)

ЛОВ, магнетроны, клистроны и др. с запиткой от ВМГ до 1 ГВт десятки нс 5. 35 1 моно- импульс 0.1. 0.01 (рупор)

ВМГ прямого преобразования 0.1. 100 МВт 10 нс. 1 мкс 0.1. 100 100 моно- импульс 4п

Пучково-плазменные усилители десятки кВт непрерыв. 1. 8 30. 40 непрерыв. 0.1. 0.2 (зеркальная, рупорная)

Твердотельные до 1 ГВт единицы нс 0.1. 10 50. 100 до 10 нет данных (ФАР)

с т а ц и о н а р н ы е Традиционные (клистрон, магнетрон и др.) до 1 ГВт 100 нс. 5 мс 0.3. 300 0.1 до 1 0.001 (ФАР)

Традиционные с временной компрессией до 10 ГВт 1. 10 нс 1. 10 0.1 . 1 до 1 0.001 (зеркальная, ФАР)

Релятивистские 1. 5 ГВт десятки нс 1. 10 1 до 1 0.001 (зеркальная)

1 Для традиционных генераторов приводится выходная мощность всей системы, а не одного генератора

2 На выходе генераторов данного класса формируется видеоимпульс, который далее подается на специальную антенну

3 Возможно формирование пачки импульсов длительностью десятки икс с частотой следования импульсов в пачке десятки-сотни Гц

излучения до единиц МВт при длительности импульса порядка 1 нс и частоте их следования свыше 1 ГГц.

• Создание релятивистских пучково-плазменных СВЧ-генераторов с импульсной мощностью свыше 1 ГВт, обеспечивающих перестройку несущей частоты излучения в диапазоне 1. 10 ГГц и работающих в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов до 1 кГц.

• Увеличение длительности импульсов

сверхмощных релятивистских генераторов

до единиц мкс с сохранением импульсной мощности на уровне 1 ГВт и реализацией импульсно-периодического режима работы с частотой следования импульсов до 1 кГц.

• Разработка взрывомагнитных генераторов,

обеспечивающих при подрыве взрывчатого

вещества генерацию последовательности нескольких импульсов.

• Разработка пучково-плазменных излучателей, запитываемых от взрывомагнитных генераторов.

• Разработка излучателей сверхкоротких электромагнитных импульсов, запитываемых от взрывомагнитных генераторов.

• Разработка фазированных антенных решеток, излучающих импульсы длительностью до 10 мкс гигаваттного уровня мощности.

Исследование механизмов уязвимости ВВТ находится на этапе проработки возможности использования ЭМИ и микроволнового излучения для поражения ВВТ с уровнями энергии гораздо меньшими, чем требуется для реализации разрушающих механизмов

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 143 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

воздействия. Выявлено наличие разнообразных проявлений воздействия ЭМИ и микроволнового

излучения на радиоэлектронные и электрические системы, обусловленные сложностью конструктивного

Рис. 2. Концепции боевого применения различных типов СВЧ-оружия.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

144 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

решения, элементной базой, различиями в предназначении, широким диапазоном используемых в работе электромагнитных частот и т.д.

Ожидалось, что уже в 2005 году должны быть завершены теоретические и экспериментальные работы по созданию базы данных механизмов и пороговых уровней поражения основных видов ВВТ.

Общая характеристика механизмов поражения ВВТ неядерными системами электромагнитного оружия и прогнозируемые варианты его боевого применения представлены на рис. 2.

Наиболее активно работы по созданию СВЧ-оружия проводятся в США и России. В последние годы исследования по данному направлению были развернуты во Франции, Англии, Германии, Израиле, Японии, Китае и Швеции. Все НИОКР по созданию СВЧ-оружия нацелены на создание образцов оружия для решения следующих задач: дезорганизации

боевого управления, разведки и связи в стратегическом и тактическом масштабах; защиты объектов от высокоточного оружия с любыми системами наведения; подавления систем ПВО и ПРО; вывода из строя космических объектов; противоминной

борьбы. Уже в ходе войны в Персидском заливе США были проведены испытания опытных образцов СКР “Томагавк” (Block IV) с экспериментальной СВЧ-боевой частью и авиабомб BLU-109, BLU-113 с СВЧ-боевым оснащением. Динамика финансирования исследований и технологических разработок по созданию СВЧ-оружия (по заказчикам министерства обороны США) представлена на рис. 3.

Американские исследования в области СВЧ-оружия ведутся в двух основных, взаимосвязанных направлениях:

• разработка комплексов СВЧ-оружия

стратегического назначения (относятся наземный СВЧ-комплекс противокосмической обороны, ядерное СВЧ-оружие и крылатые ракеты “Томагавк” морского базирования);

• создание комплексов СВЧ-оружия тактического назначения.

Созданием тактического СВЧ-оружия занимаются практически все заказывающие управления министерства обороны США. При этом для тактического СВЧ-оружия ввиду общей развиваемой технологической базы (СВЧ-генераторы, мощные усилительные модули и антенные системы, источники энергоснабжения и т.п.) характерно функциональное сближение или унификация с перспективной радиолокационной техникой и средствами радиоэлектронной борьбы. В частности, в разработках тактического СВЧ-оружия рассматривается концепция комплекса, производящего в режиме пониженной мощности радиолокационное обнаружение и сопровождение цели, а в режиме максимальной мощности — ее функциональное или силовое поражение. В качестве типовых целей поражения

Рис. 4. Классификация существующих и разрабатываемых видов СВЧ-оружия.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

мощным СВЧ излучением рассматриваются цифровые спецвычислители систем управления МБР, ТР, ОТР, системы предохранения и взведения боевого оснащения ракет, электрические устройства подрыва мин и фугасов, навигационные приемники системы “ГЛОНАСС”, РЛС систем ПВО/ПРО, РЭА ГСН ЗУР и ракет класса “воздух-воздух” и др.

Анализ существующих и разрабатываемых видов СВЧ-оружия, способов боевого применения позволил сформировать общую схему их классификации (рис. 4) и выявить общие перспективы развития таких систем в США на период до 2017 г. (таблица 1).

В области создания электромагнитного оружия (СВЧ-оружия) интенсивно разрабатываются следующие типы источников мощного СВЧ излучения:

• источники на основе СВЧ-генераторов и

фазированных антенных решеток, суммирующих мощности отдельных СВЧ-генераторов в

узконаправленный пучок СВЧ излучения;

• СВЧ-генераторы на релятивистских электронных пучках;

• источники квазиизотропного, в том числе и широкополосного СВЧ излучения на основе взрывомагнитных генераторов;

• СВЧ-генераторы на основе специальных ядерных боеприпасов сверхмалой мощности.

Источники на основе СВЧ-генераторов и

фазированных антенных решеток — это СВЧ-устройства, суммирующие мощности маломощных СВЧ-генераторов или усилителей, возбуждаемых одним задающим генератором. В качестве задающего генератора используются магнетроны и клистроны. В настоящее время наиболее проработанными являются вопросы создания СВЧ-источников на основе магнетронов, компрессионных формирователей импульсов (основанных на длительном накоплении СВЧ энергии в объемных резонаторах и быстром выводе ее в нагрузку) и ФАР.

Импульсные генераторы на релятивистских электронных пучках представляют собой совокупность малогабаритного сильноточного ускорителя, работающего в импульсном режиме, и специальной электродинамической системы, в которой энергия электронного пучка трансформируется в энергию СВЧ излучения.

Источники квазиизотропного, в том числе и широкополосного СВЧ излучения на базе взрывомагнитных генераторов представляют собой устройства однократного применения, основанные на преобразовании химической энергии конденсированных взрывчатых веществ в электромагнитную энергию СВЧ диапазона. Различают два класса взрывомагнитных генераторов: с релятивистскими СВЧ-источниками и прямого преобразования (ВМГ частоты и ударно-волновые излучатели).

Взрывомагнитный генератор выступает в качестве источника питания для релятивистского генератора однократного действия. Принцип работы состоит

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 145 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

в преобразовании импульса тока, формируемого ВМГ, с помощью специальных трансформаторов и обострителей напряжения в высоковольтный импульс напряжения, подаваемый на вакуумный диод релятивистского генератора (виркатора, гиротрона, черенковского генератора и т.п.). На выходе таких устройств получаются однократные относительно узкополосные импульсы. Принцип действия взрывомагнитного генератора частоты основан на усилении первоначального магнитного поля, образованного системой постоянных магнитов за счет работы, совершаемой продуктами взрыва над перемещающимся сердечником ВМГ, последовательно замыкающим витки контура и уменьшающим его индуктивность. Часть энергии высвечивается в виде СВЧ излучения витками контура, выступающего в роли эффективно излучающей спиральной антенны (для низкочастотных гармоник тока контура).

Принцип действия ударно-волнового излучателя (УВИ) основан на реализации процессов компрессии магнитного поля с помощью ударной волны в твердом теле (в исходном состоянии — диэлектрика) мощной сходящейся ударной волной. На фронте ударной волны реализуется переход вещества монокристалла в состояние металлической проводимости и создается режим излучательной магнитной кумуляции, происходит сверхбыстрая релаксация энергии, запасенной в монокристалле за счет быстрого изменения магнитного поля.

Среди источников излучения на базе специальных ядерных боеприпасов сверхмалой мощности, трансформирующихся при термоядерных или ядерных реакциях в источники энергии направленного потока СВЧ излучения, различают два класса: генераторы квазикогерентных СВЧ-импульсов, использующие для генерации электродинамические системы, аналогичные применяемым в источниках на релятивистских электронных пучках, и генераторы коротких двухполупериодных электромагнитных импульсов широкого спектра. В настоящем прогнозе перспективы ядерных генераторов не рассматриваются.

Особое место среди уже созданных прототипов электромагнитного оружия занимает “ВЧ-бомба” (E-bomb). Предполагается, что “ВЧ-бомба” будет запитываться от ВМГ, пьезоэлектрических генераторов, либо специализированных ядерных боеприпасов. Рассматриваются варианты, в которых в качестве антенной системы “ВЧ-бомбы” будут использованы специальные (металлизированные) парашютные стропы.

Весьма перспективными в рамках этого направления являются исследования по изучению новых особенностей (эффектов) взаимодействия сверхмощного излучения с веществом. В частности, интенсивно разворачиваются работы по изучению особенностей релятивистского режима

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

146 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

взаимодействия с помощью лазеров петаваттной мощности. Уже доказано, что взаимное притяжение токов, образуемых “быстрыми” заряженными частицами внутри самофокусирующихся

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

филаментов излучения, приводит к их слиянию в один канал с многократно увеличенной плотностью энергии излучения.

Таким образом, в области создания мощных электромагнитных генераторов можно выделить следующие основные направления исследований и разработки:

• разработка устройств традиционной и релятивистской СВЧ-электроники, генерирующих импульсы длительностью десять и более периодов несущей частоты;

• разработка генераторов сверхкоротких электромагнитных импульсов, длительность которых не превышает 2. 3 полупериодов колебаний;

• создание электромагнитных излучателей с запиткой от взрывомагнитных генераторов тока.

2.2. СРЕДСТВА НАПРАВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Исходя из реально существующих, потенциальных и гипотетических возможностей реализации оружия нелетального действия, принято выделять один из возможных его видов — электромагнитое оружие нелетального действия (ЭОНД).

В исследованиях по изучению механизмов воздействия ЭМИ на организм человека обычно выделяют энергетические и информационные процессы. Наиболее полно к настоящему времени изучено энергетическое воздействие СВЧ излучения относительно высокой интенсивности.

В зависимости от частоты и мощности воздействия радиочастотных излучений на человека наблюдаются следующие эффекты: нарушение работы головного мозга и центральной нервной системы, ощущение шумов, свиста, временный вывод из строя, поражение внутренних органов с определенной вероятностью смертельного исхода. Современные оценки характера

биологического действия электромагнитного поля (ЭМП) в интересах создания оружия нелетального действия представлены на рис. 5.

Наиболее ускоренными темпами ведутся разработкималомощныхэлектромагнитныхустройств для кратковременного подавления психоволевой устойчивости (управления деятельностью нервной системы) человека. С точки зрения воздействия на биологические объекты электромагнитные излучения таких устройств характеризуются, в основном, несколькими биотропными параметрами. Наиболее важными из них являются интенсивность и частота воздействующего ЭМП.

Как показывает анализ, механизмы информационного воздействия на человека сравнительно малых мощностей СВЧ излучения изучены крайне слабо. В 70-х годах сообщалось об открытии в США так называемого эффекта радиослышимости (радиозвука). Эффект якобы заключался в том, что люди, находившиеся в мощном поле вещательных станций, начинали слышать “внутренние голоса”, музыку и тому подобное. Наличие эффекта объяснялось возможностью детектирования модулированных несущих колебаний радиостанции во внутренних нелинейных средах организма человека с последующим преобразованием в сигналы, воспринимаемые слуховым нервом. В ходе проведённых в первой половине 70-х годов исследований были выявлены пороговые мощности возникновения эффекта в СВЧ диапазоне в импульсном режиме. Ощущение слышимого звука возникает у человека при облучении импульсно-модулированным электромагнитным излучением СВЧ диапазона. В том случае, если частота повторения импульсов СВЧ излучения лежит в звуковом диапазоне частот, ощущаемый звук обычно напоминает высокочастотный свист, похожий на звон в ушах, возникающий при резком изменении давления или различных ушных заболеваниях. Наиболее чувствительной к облучению является теменная область головы. При облучении затылочной и височной областей данный эффект проявляется несколько слабее.

Максимальная чувствительность жиг ттани, регуляция биоритмов (частота ЭМП 6-20 Гц; уровень 1U Вт/ем1) ОБОЙ

Нагрев глубинных отделов мозга, наг сочньи долой, гемодннамнчеежне пар в периферическом кровообращении (частота ЭМП 1МТ ] 200 МГц; уровень 100 мк Вт/ем2) рев. эн* Г ГЕПСННЯ L * ^ ^ и

Неустойчивость пульса, иткеншиа сн веского объема крови,артериального ння. спазм периферических сосудов ! (ч&сгйта. ЭМП 460 МГц; уровень 50 ыкВт/см2) стояк- || давле- i Щ

Наибольшее рМденСчвне на ЦНС, при ном воздействии нарушение регулярна пни высших вегетативных органов (частотаЭМП КМООГТи; уровень LD мВт.’см1> ‘UlHTtillb- 1 гйфунв- [ * III

Рис. 5. Характеристика биоэффектов, возникающих при энергетическом воздействии ЭМП на человека.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

К настоящему времени установлено, что при частоте 3 Гц с длительностью импульса ~ 20 мкс энергетический порог радиослышимости составляет 10 мкДж/см2.

Как показал проведенный анализ, для объяснения эффекта радиозвука наибольшее распространение получила научная гипотеза теплового механизма воздействия. Согласно этой гипотезе, СВЧ воздействие сопровождается крайне незначительным повышением температуры головного мозга, что может приводить к эффектам вибрации, связанным с расширением ткани. Однако полная физическая картина является достаточно сложной и для ее объяснения прогнозируется рост числа исследований в направлении изучения временной синхронизации потоков нервных импульсов в восходящих нейронных структурах слухового аппарата. Можно ожидать, что в перспективе возможно создание ЭОНД на эффекте радиозвука, способного обеспечивать как психологическую обработку небольших групп военнослужащих (подразделений противника, террористических формирований и т.д.), так и больших масс населения.

В США работы по ЭОНД проводятся в рамках комплексной целевой программы “Joint Non-Lethal Weapons Program” (JNWLP). В начале 2000-х годов по заказам министерства обороны США были проведены фундаментальные и прикладные исследования по разработке технологии применения импульсного электромагнитного излучения (миллиметрового диапазона волн) для нелетального воздействия на биологические объекты. Разработанная технология получила название “Active Denial Technology” (ADT). На ее основе в рамках проектов прикладных исследований и технологических разработок министерства обороны США ведутся работы по созданию макетных образцов оружия нелетального действия — “Систем активного СВЧ-воздействия” (Active Denial System — ADS)1. Надо отметить, что базовые технические характеристики нового оружия типа ADS к настоящему времени неизвестны.

Имеющиеся сведения позволяют выделить следующие особенности технологии ADT. В основе технологии лежит свойство непереносимости термически индуцированной боли, создаваемой путем нагревания кожи направленным интенсивным ЭМИ в 3-х мм диапазоне волн (в разных источниках приводятся частоты от 94 до 96 ГГц). В этом диапазоне ЭМИ проникает в ткани кожи на глубину до 0.3 мм, где расположены болевые рецепторы. Параметры

‘в 2003 году исследования и разработки по созданию ADS предусмотрены проектами № 7757 программный элемент PE 0602202F (прикладные исследования с объемом финансирования 4.6 млн. долл.), № 3552 программный элемент PE 0603605F (технологические разработки с объемом финансирования в размере 2.012 млн. долл.). В перспективных планах НИОКР министерства обороны США (JWSTP-2002, DTO-2002)

определено, что работы по созданию мобильного вариант ADS (на базе автомобиля HMMWW) должны быть завершены до 2006 года, а на авиационном носителе — в период 2010-2012 годов.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 147 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

ЭМИ выбраны таким образом, что его действие не вызывает ожогов и стойких повреждений, а происходящие болевые эффекты имели небольшую продолжительность. Возможности частотно-модулированных сигналов в системе ADS неизвестны. Однако, если предположить, что модуляция обеспечена должным образом, то ADS может оказаться не только тепловым оружием, но и средством, вызывающим помрачение сознания.

Следует также отметить, что к настоящему времени наметилась устойчивая тенденция роста исследований разнообразных биологически значимых эффектов действия электромагнитных излучений на важнейшие функциональные системы организма, такие как нервная, эндокринная и гуморальная. Прогнозировать их результаты на долгосрочную перспективу не представляется возможным в силу большой засекреченности работ и существенных расхождений в экспериментальных результатах. Однако можно ожидать, что до 2015 г. будут разработаны генераторы слабого ЭМИ, способные эффективно влиять на биохимический и клеточный гомеостаз, модифицировать центральную нервную систему, изменять клеточную морфологию, т.е. потенциально способные оказывать на человека нелетальное воздействие.

В целом, направления исследований в области создания электромагнитного оружия нелетального действия можно рассматривать как крайне перспективное (особенно в интересах борьбы с терроризмом), однако требующее решения целого ряда медико-биологических и радиофизических проблем.

3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В ИОНОСФЕРЕ, СОЗДАВАЕМЫЕ ЕСТЕСТВЕННЫМ И ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ, КАК ИСТОЧНИК МОЩНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ПРИРОДЕ Естественные магнитообразующие явления в природе начинаются и происходят в околоземной атмосфере, верхних ее слоях — ионосфере и магнитосфере, поэтому целесообразно коротко остановиться на основных характеристиках ионосферы, процессах образования ионосферного излучения, а также на роли магнитосферы в околоземных процессах и что представляют собой появляющиеся при этом управляемые плазмоиды.

3.1. ФИЗИКА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАГНИТОИЗЛУЧАЮЩИХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПРИРОДЕ

3.1.1. ИОНОСФЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ионосфера(от ионы и греч. sphaira — шар) — ионизированная часть верхней атмосферы; расположена выше 50 км.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

148 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Ионосфера представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространений в ней радиоволн и различных возмущений. Только благодаря ионосфере возможен такой простой и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь [15].

Известно, что концентрация ионов и электронов в ионосфере распределена по высоте неравномерно: имеются области или слои, где она достигает максимума [15, 16, 17] (рис. 6).

Таких слоев в ионосфере несколько, они не имеют резко выраженных границ, их положение и интенсивность регулярно изменяются в течение дня, сезона и 11-летнего солнечного цикла. Верхний слой F соответствует главному максимуму ионизации ионосферы. Ночью он поднимается до высот 300-400 км, а днём (преимущественно летом) раздваивается на слои F и F с максимумами на высотах 160-200 км и 220320 км. На высотах 90-150 км находится область Е, а ниже 90 км область D. Слоистость ионосферы обусловлена резким изменением по высоте условий её образования.

Образование ионосферы. Наблюдаемые в ионосфере концентрации ионов и электронов есть результат баланса между скоростью ионизации и скоростью рекомбинации электронов и ионов (вплоть до их уничтожения) и др. процессов. Источники ионизации и процессы рекомбинации разные в различных областях ионосферы [18-20]. Основным источником ионизации ионосферы днём является коротковолновое излучение Солнца с длиной волны короче 1038А, однако важны также и корпускулярные потоки, галактические и солнечные космические лучи и др. Каждый тип ионизующего излучения оказывает наибольшее действие на атмосферу лишь в определённой области высот, соответствующих его проникающей способности.

Состав ионосферы. Под воздействием ионизующих излучений в ионосфере происходят сложные физикохимические процессы, которые можно подразделить на три типа: ионизацию, ионно-молекулярные

реакции и рекомбинацию, соответствующие также трём стадиям жизни ионов: их образованию, превращениям и уничтожению. 2

Изменения ионосферы. Ионосфера непрерывно изменяется. Различают регулярные изменения и возмущённые состояния. Поскольку основным источником ионизации является коротковолновое излучение Солнца, многие регулярные изменения ионосферы обязаны изменению либо высоты Солнца над горизонтом (суточные, сезонные, широтные изменения), либо уровня солнечной активности (11-летние и 27-дневные вариации).

После солнечных вспышек, когда резко усиливается ионизующее излучение, возникают так называемые внезапные ионосферные возмущения. Часто возмущённые состояния ионосфера связаны с магнитными бурями. Многие явления, которые происходят в верхней атмосфере и магнитосфере Земли, тесно связаны.

Характеристики ионосферных слоев. Закономерности изменения параметров ионосферы — степень ионизации или ионный состав и эффективный коэффициент рекомбинации различны в разных областях ионосферы; это обусловлено в первую очередь значительным изменением по высоте концентрации и состава нейтральных частиц верхней атмосферы.

В настоящее время изучение ионосферы продолжает развиваться в двух направлениях — с точки зрения её влияния нараспространениерадиоволн и исследования физикохимических процессов, происходящих в ней, что привело к рождению новой науки — аэрономии. Современная теория позволила объяснить и распределение ионов с высотой, и эффективный коэффициент рекомбинации. Ставится последующая задача, заключающаяся в построении единой глобальной динамической модели ионосферы. Выполнение такой задачи требует сочетания теоретических и лабораторных исследований с методами непосредственных измерений на ракетах и спутниках и систематических наблюдений ионосферы на сети наземных станций.

3.1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ О ТИПОВЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ В СТРУКТУРЕ МАГНИТОСФЕРЫ

Магнитосфера — область околоземного пространства от 10 до 25 радиусов Земли, занятая её геомагнитным полем. Ее границы и конфигурация определяются обтекающим Землю солнечным ветром — постоянным потоком гелиево-водородной плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Процессы перестройки магнитосферы, локальные или крупномасштабные, являются существенными, если не основными факторами возмущенной магнитосферы, создавая в ионосфере авроральные радиации, полярные сияния и магнитосферные суббури,. В работе [21] отмечается, что магнитосфера редко бывает спокойной. Возмущения разделяются на три типа: полярные перманентные возмущения, суббуревая активность, магнитные бури.

Авроральные радиации. Чаще термин «авроральная область» переводят как «северные сияния». Это связано с

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

тем, что в полярных районах Земли на больших высотах в ионосфере существуют неоднородности, названные авроральными [21-23]. Это возбужденные ионы газов, соединившиеся в так называемые плазменные канаты, протянутые вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Они имеют длину в несколько десятков метров, а толщину всего около 10 сантиметров. Причины возникновения этих структур и их физическая сущность пока почти не изучены. В периоды солнечных бурь количество разогретых до степени свечения авроральных структур стремительно возрастает, и тогда они в виде северных сияний видны даже днем вплоть до экватора. В [21] выделяют две области — авроральную магнитосферу, главную область обитания авроральной радиации, расположенную в пределах области квазизахвата (ОКЗ) и магнитосферный хвост, где потоки энергичных частиц появляются эпизодически, на короткое время (рис. 7). ОКЗ—область неустойчивой радиации находится между радиационным поясом и хвостом магнитосферы.

Авроральная радиация появляется во время магнитосферных суббурь, причем на разных стадиях, фазах суббури действуют несколько механизмов ускорения частиц, поэтому авроральную радиацию следует разделять на несколько типов по происхождению, характеру временных вариаций и энергетическому спектру.

Область, в которой возникает и сохраняется на некоторое время поток свежеускоренных частиц (авроральная магнитосфера), находится внутри ОКЗ. Ее мгновенные и среднестатистические границы не совпадают с границами ОКЗ, так как определяются не только конфигурацией магнитного поля, но и величиной и глубиной проникновения крупномасштабного электрического поля конвекции и динамикой суббуревого процесса в целом.

Энергетические спектры авроральных протонов находятся в диапазоне от 100 эВ до 500 кэВ на подготовительной фазе суббури. Три энергетических области, три популяции протонов можно здесь выделить: низкоэнергичные 0.1-5

Рис. 7. Зависимость положения границ овала полярных сияний от уровня магнитной активности: область квазизахвата — авроральная магнитосфера.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 149 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

кэВ, большая изменчивость которых указывает на ионосферное происхождение, энергичные, выше 50-70 кэВ и промежуточные, единицы и первые десятки кэВ.

Таким образом, общим источником

ионосферных, магнитных возмущений и полярных сияний на активной фазе суббури является высыпание в атмосферу авроральных электронов.

Полярные сияния. Согласно принятой

классификации, формы полярных сияний делятся на три группы: лентообразные, диффузные и лучи [24-27].

К лентообразным формам относятся дуги и полосы, которые характеризуются непрерывной нижней границей. Дуги имеют вид арки, протянутой с запада на восток с правильным, обычно резко очерченным нижним краем. Часто встречаются мультиплетные дуги с интервалом 30-40 км. Если нижний край сияний неправильный и содержит изгиб или складку, форма сияния называется полосой. Полоса обычно более подвижна, чем дуга.

Диффузные формы сияния могут иметь вид пятен с нечеткими границами, напоминающих облака, освещенные луной, и вид вуали, которая представляет собой протяженное однородное свечение, покрывающее большую часть неба. Пятна возникают обычно в зоне полярных сияний на последней стадии развития явления.

Так называемые лучи представляют собой узкие пучки света, расположенные в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля Земли, которые подразделяются на три группы (в зависимости от их длины): короткие (яркие у нижнего края и бледнеющие с высотой), средние (одинаковая яркость по всей высоте) и длинные (обычно однородные по яркости, но довольно слабые). Могут также наблюдаться пучки лучей, расположенных тесно друг около друга либо разбросанных. Часто лучи наблюдаются одновременно с другими формами.

По международной классификации существует три типа структур элементов сияний: однородная,

волокнистая (бороздчатая) и лучистая. Однородным сияние считается в случае, когда в нем отсутствует внутренняя структура свечения, без видимых лучей. Волокнистая структура состоит из довольно беспорядочных полосок или волокон, полоски направлены, в основном, по параллели и могут представлять собой достаточно регулярные структуры свечения, разделенные темными промежутками. Лучистая структура свечения как бы соткана из массы отдельных, часто мерцающих лучей.

Магнитосферные суббури.. Термин суббуря (substorm) был введен в 1961 году С-И. Акасофу (Syun-Ichi Akasofu) для обозначения авроральных возмущений в зоне сияний длительностью порядка часа. Со временем термин «магнитосферная суббуря» объединил совокупность многих процессов в ионосфере и магнитосфере.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

150 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Мощность суббурь можно оценить по максимальной величине составляющей магнитного поля (от —100 до 1000 нТ) и по площади охваченного возмущением пространства, по протяженности экспансии суббури к полюсу. Суммарная разность потенциалов оценивается в 40-100 кВ. По поводу физического механизма возникновения электрического поля до сих пор не существует единого общепринятого мнения.

Наибольшее распространение получила идея связи электрического поля с вихревой крупномасштабной конвекцией плазмы в хвосте магнитосферы, поэтому его часто называют полем конвекции. Конвективное поле усиливает и сдвигает к Земле дрейфовый ток в зоне квазизахвата, что меняет конфигурацию магнитосферы, вытягивая силовые линии в хвост. Магнитное поле в долях хвоста растет за счет переноса магнитного потока с дневной стороны, и толщина плазменного слоя в хвосте уменьшается. Вместе с тем, конвективная гипотеза столкнулась с рядом трудностей:

• во-первых, идея ламинарных течений плазмы в хвосте не подтверждается экспериментом, скорости хаотического движения на порядок превышают направленную компоненту;

• во-вторых, регистрируемые быстрые изменения

электрического поля не обеспечиваются медленным процессом раскручивания

По наблюдениям полярных сияний они характеризуются фазами экспансии и затухания.

Фаза экспансии прослеживается время от времени по наблюдениям полярных сияний, которые возникают на севере и движутся к югу (диффузные дуги) и является наиболее ярко выраженным процессом активной фазы. При этом до сих пор остается неясным, почему некоторые возмущения приводят к экспансии, а другие — нет. Возможно, существенное подавление экспансии может вызываться электрическим полем солнечного ветра. Если начало суббури было спонтанным и межпланетное магнитное поле остается отрицательным, тогда экспансия подавляется и ее пространственный пробег ограничивается несколькими градусами. С другой стороны, часто суббури начинаются тогда, когда меняется знак с отрицательного на положительный; при этом электрическое поле уменьшается и не препятствует экспансии.

Активные формы сияний, могут быть не очень яркие, как вначале, которые продолжают возникать и двигаться по небу. Экваториальнее аврорального выступа развиваются пульсирующие сияния, в основном в виде пятен, таким способом магнитная ловушка освобождается от избытка авроральных частиц. На западном фланге активного сияния, в области резкой границы его выпуклости, течет мощная струя продольного тока, разделяются популяции

частиц, и готовится новая интенсификация суббури с расширением скачком к западу.

Фаза затухания. Граница между активной фазой и фазой затухания довольно условна. Так же условно и время окончания фазы затухания. Магнитосфера возвращается к спокойной структуре границ за 1-2 часа, если не происходит нового возмущения. Внешний радиационный пояс освобождается от избытка частиц, ускоренных во время суббури, довольно долго, отдельные типы микровсплесков рентгеновского излучения, свидетельствующие о сбросе частиц, наблюдаются и через сутки после сильной суббури.

В итоге рассмотренных вопросов в [24-27] сделаны следующие заключения. За полувековой период исследований магнитосферных возмущений достигнут значительный прогресс, и может даже сложиться впечатление, что структура, динамика, основные процессы магнитосферных возмущений понятны и идет процесс детализации, углубления в отдельные частные вопросы. Однако это впечатление ложное, так как до сих пор знание динамики и структуры электрических полей является недостаточным.

Электрические поля измеряются с большими трудностями и ограничениями, теоретики не могут прийти к общему мнению по ключевым вопросам возникновения электрического поля, его проникновения в магнитосферу и взаимосвязи с перестройкой конфигурации магнитного поля и потоков частиц.

Для полного прояснения физических понятий о типовых изменениях в структуре магнитосферы требуется также изучение многих вопросов в решении проблемы ускорения энергичных ионов. Ещё очень приблизительны представления о структуре и тонкой временной истории авроральных активизаций, о взаимосвязи суббурь и мировых магнитных бурь. Этого достаточно, чтобы убедиться в том, что в исследовании магнитосферных возмущений еще многое впереди.

Что такое плазмоид. Вообще в настоящее время предполагаются два принципиальных способа воздействия на ионосферу — распыление в ней химических реагентов и «накачка» избранных участков сфокусированными пучками радиоволн, «возбуждение» атомов. Таким образом можно воздействовать на авроральные потоки заряженных частиц в районе Северного полюса, которые потом распределяются вдоль магнитных силовых линий Земли на огромные расстояния, или создавать локальные высокоионизированные области ионосферы — плазмоиды (размером обычно в несколько десятков километров).

В принципе плазмоиды не являются чем-то особенным. Ежедневно в атмосфере регистрируется несколько таких естественных образований, возникающих под действием «солнечного ветра» и быстро рассасывающихся. Но искусственные плазмоиды обладают одной отличительной

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

особенностью: пока действует «накачка» они стабильны и обладают заданными извне характеристиками.

Искусственные плазмоиды могут быть использованы, например, для улучшения радиосвязи, когда при определенных параметрах излучения накачки они превращается в гигантское зеркало, отражающее радиоволны. Но это лишь одна сторона медали. Стоит изменить параметры накачки и перед нами гигантская «глушилка» или, если заставить «возбуждённые» атомы синхронно сбросить энергию накачки, множество атомных лазеров, поражающих, в первую очередь, электронные системы потенциального врага.

Согласно [15] плазмоид — это плазменный сгусток, ограниченная конфигурация магнитных полей и плазмы. Натуральный плазмоид образуется при взаимодействии магнитного поля земли и солнечного ветра (см. рис. 7).

В свое время Никола Тесла получал шарообразные плазмоиды на резонансном трансформаторе при помощи высоковольтных разрядов [16-17]. Возможно использование генерируемых СВЧ-излучением плазмоидов в промышленности [15].

В настоящее время в литературе дается понятие автономным плазмоидам, когда магнитное поле плазмоида поддерживается собственными токами плазмы, и чем меньше при этом утечка энергии, тем дольше он может существовать [15]. Считается, что в изучении физики и происхождения естественных магнитоизлучающих явлений в природе исследование плазмоидов — возможный путь к получению, например, шаровой молнии в лабораторных условиях [15]. Это еще поясняется доказательствами, что образование плазмоидов происходит по модели шаровой молнии, согласно которой плазменную фазу удерживает тонкая молекулярно-кристаллическая оболочка, состоящая из электрически заряженных кластеров «скрытой» фазы воды [15]. И тогда можно приблизиться к более полному осмыслению решаемой проблемы в получении результатов, поясняющих более точное объяснение по образованию плазмоидов и по их управлению.

Правда, многое о форме плазмоидов было прояснено уже при жизни еще Циолковского, когда он высказывал гипотезу о существовании жизни на Солнце в плазменной форме, и о плазмоиде как источнике жизни на Земле. Было получено экспериментальное подтверждение того, что в определённых условиях плазмоиды могут размножаться, что иллюстрирует их потенциальную возможность быть основой для жизни [15]. Но этого недостаточно.

Плазмоидные образования в приземной тропосфере вблизи поверхности Земли образуются преимущественно над газовыделяющими

структурами и тектоническими разломами. Размеры плазмоидов колеблются от 3-5 см до 100 и более метров. Некоторые из них могут фиксироваться фотоаппаратом (инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны частот электромагнитных волн), в

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 151 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

редких случаях могут быть зафиксированы даже невооружённым глазом.

К плазменным образованиям в природе или так называемым плазмоидам сегодня принято относить не только неопознанные летающие объекты (НЛО), шаровые молнии (ШМ), но и все, что локализовано в свободном пространстве и светится какое-либо время без видимого потребления энергии [28-29].

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Такимобразом,чтобыпонятьприроду плазмоидов, ученые и сочувствующие им любопытствующие люди не ограничиваются природными наблюдениями и описаниями очевидцев, пытаются все же получить плазмоиды хотя бы в лабораторных условиях.

3.2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В ИОНОСФЕРЕ, СОЗДАВАЕМЫЕ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ

Возможность влиять на окружающую атмосферу и возникновение геофизических возмущений искусственным путем, и прежде всего электромагнитными средствами воздействия, стала на рубеже XX-XXI веков предметом активных научных исследований. В силу непосредственной связи результатов таких исследований с условиями жизни на Земле, они стали также предметом широкого обсуждения в средствах массовой информации, прежде всего, электронных — в Интернете [см., напр., 30-42], основном ресурсе информационной инфраструктуры общества.

Для полного представления о таких воздействиях вначале остановимся на природных эффектах и их последствиях при других активных воздействиях на различные геосферы.

3.2.1. ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ КАК РЕЗУЛЬТАТ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАЗЛИЧНЫЕ ГЕОСФЕРЫ

Важной проблемой является оценка критериев воздействий на ту или иную геосферу, которые могут привести к планируемому эффекту. Примерный перечень геофизических эффектов и последствий от активных воздействий на различные геосферы, составленный на основании весьма ограниченных материалов, а также исходя из общих физических соображений, представлен в таблице 5. Здесь даются также возможные методы и средства воздействий. Очевидный подход к оценке таких критериев заключается в том, чтобы для начала сравнить общую энергию какого-либо естественного процесса с энергией активного воздействия.

Совершенно ясно, что за редким исключением (ядерные взрывы, астероидно-метеорное оружие) энергетика любых активных воздействий несопоставимо мала по сравнению с энергетикой их геофизических последствий.

Здесь будет целесообразным привести по материалам Интернета ряд примеров природных катастрофических явлений, которые пока по не совсем понятным, но предполагаемым причинам

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

152 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Перечень эфф эектов и последствий при активных воздействиях на различные геосферы

Геосферы Методы и средства воздействия Эффекты и последствия

1 Литосфера, включая земную кору и почву — подземные и подводные ядерные взрывы или взрывы химических ВВ; — взрывы на шельфе или в прибрежных водах; — сейсмовибраторы или вибраторы в подземных выработках или скважинах, заполненных водой; — искусственное изменение траекторий падения астероидов и метеоров — инициирование землетрясений; — возможно усиление вулканических извержений и возникновение эффектов “цунами”; — изменение химического и вещественного состава почвы, в том числе радиоактивное и химическое загрязнения

2 Гидросфера (океаны, моря) — выброс в приземные слои атмосферы различных химически активных веществ или пылевых компонентов, влияющих на солнечное излучение; — создание регионального парникового эффекта, способного привести к образованию атмосферных явлений, возникающих, например, при развитии процесса Эль-Ниньо; — искусственное изменение траектории падения астероидов и метеоров — уничтожение планктона и других видов живых организмов; — развитие тайфунов, ураганов и штормов; — возникновение волн цунами и нагонных волн; — изменение погоды и возможно кратковременные изменения климата

3 Приземные слои атмосферы — выброс в атмосферу различных химически активных и аэрозольных (пылевых) компонентов; — воздействие электромагнитным СВЧ-излучением и тепловым потоком — увеличение осадков, приводящих к наводнениям; — ускорение таяния снегов и ледников; уменьшение осадков, приводящих к засухам; — возникновение разрушительных ураганов на различных широтах; — изменения прозрачности атмосферы и, как следствие, погоды в локальном или региональном масштабах

4 Озоносфера — выброс в озоносферу различных химических и выше веществ; — создание на высотах озоносферы искусственных образований, влияющих на распространение солнечного излучения; — воздействие УФ и СВЧ-излучений — создание новых и расширение существующих озоновых дыр и соответствующее увеличение интенсивности жесткого ультрафиолетового излучения, падающего на землю; — рост концентрации озона; изменение радиационного баланса атмосферы

5 Ионосфера — инжекция различных химических веществ (газообразных, дисперсных); — инжекция электронов, ионов; воздействие мощного ОНЧ, КВ и СВЧ-излучений, а также источников УФ-излучения; — взрывы химических ВВ — изменения в ионном и нейтральном составе среды с последующим значительным влиянием на функционирование различных радиотехнических и оптических средств; — инициирование высыпания заряженных частиц из различных слоев ионосферы; — вариации геомагнитного и электрического полей Земли локального и другого масштабов; — возникновение искусственных молний

6 Магнитосфера и околоземное космическое пространство — инжекция электронов и плазмы; — воздействие мощным ОНЧ-излучением; — выброс мелкодисперсных веществ (типа “иголок”); — взрывы химических ВВ — изменение магнитного поля Земли; — изменение электрического поля приземных слоев атмосферы; — возникновение искусственных или изменение параметров естественных радиационных поясов Земли; — возможность увеличения “космического мусора”

происходили на протяжении последних десятилетий на Земле.

Вскоре после окончания Второй мировой войны в США стали проводиться исследования по изучению процессов в атмосфере под влиянием внешних воздействий: «Skyfire» (образование молний), «Prime Argus» (вызов землетрясений), «Stormfury» (управление ураганами и цунами). О результатах этих работ нигде ничего не сообщалось. Однако известно, что в 1961 г. именно в США был проведен эксперимент по забрасыванию в верхние слои атмосферы более 350

«Шпинат» против партизан [31] Во время войны во Вьетнаме (1965-73 гг.) США использовали рассеивание йодистого серебра в дождевых облаках. Операция проходила под кодовым названием «Проект Шпинат» (Project Popeye). За пять лет было израсходовано 12 млн. фунтов на «засев» облаков для искусственного стимулирования проливных дождей для уничтожения посевов противника. Была размыта и так называемая тропа Хо Ши Мина — путь снабжения южновьетнамских партизан оружием и снаряжением. Во время операции «Шпинат» уровень

тыс. двухсантиметровых медных игл, которые резко изменили тепловой баланс атмосферы. В результате произошло землетрясение на Аляске, а часть побережья Чили обрушилась в Тихий океан.

осадков в пораженной зоне увеличился на треть: климатическое оружие успешно сработало!

Очень странные цунами. В начале 2003 г. американцы открыто объявили об испытаниях некоей «лучевой

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 153 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

Рис. 8. Вид волновых образований, вызванный с помощью плазмоида.

пушки» на Аляске [32], генерирующей управляемый плазмоид. Из указанного источника приводится снимок (рис. 8): огромная волна, образованная с использованием управляемого плазмоида, может обрушиться на любой прибрежный участок, нанося громадный ущерб.

В прессе через Интернет (темы: цунами,

климатическое оружие, природа, катаклизмы, катастрофы) за 2007 год отмечалось: «Прошло более двух лет после удара гигантских волн о побережье Индонезии, Таиланда, Сомали, Шри-Ланки и острова Суматра (декабрь 2004 г.). Предполагается, что испытание секретного геофизического оружия на Аляске вызвало цунами, которое унесло жизни более 400 тыс. человек в Индонезии, над штатом Теннесси пронесся торнадо, последствия — рис. 9 [33].

Загадочные погодные явления в России. В нашей стране частота загадочных природных явлений за последние 15 лет возросла в два раза. Даже в Сибирь пришли ураганные ветры, тропические ливни и смерчи — явление, которое раньше считалось абсолютно невозможным в нашем климате, не говоря уже о зимних оттепелях и заморозках в июле. К таким необычайным природным примерам можно отнести следующие:

• 29 мая 2002 г. в Кемеровской области смерч разрушил село Калиновка. Два человека погибли, 20 были ранены. До этого подобных природных явлений ни в Новосибирской, ни в Кемеровской областях не наблюдалось.

• Огромный, с голубиное яйцо град выпал в 2006 г. в населенном местечке Гагино на Нижегородчине. 400 домов начисто лишились крыши.

И вообще — только за июнь 2006 г. на Россию налетело 13 смерчей и ураганов. Они прошлись по Азову, Челябинску, Нижнему Новгороду (задели 68 населенных пунктов области), потом переместились в Башкирию и Дагестан. Разрушения были огромные.

Рис. 9. Удар гигантских волн о побережье Индонезии (слева), справа — последствия торнадо, пронесшегося над штатом Теннесси (апр. 2006).

Выскажем гипотезу: возможно, что сегодняшняя жара в центральных областях России — также результат действия такого оружия.

С действиями РЛС, с мощными электромагнитными излучениями связывают череду техногенных катастроф и странных климатических явлений, отмечавшихся в последние годы в Европе, Азии и Америке. Проект воздействия на ионосферу функционирует с 1960 г., когда США взорвали в ионосфере ядерную бомбу. Тогда стало очевидно, что ионосфера на такие воздействия реагирует: нарушения радиосвязи после взрыва

фиксировались почти целый месяц. С этого времени стали проводиться электромагнитные трансляции различной интенсивности и сопутствующие эксперименты в США (Колорадо), Пуэрто-Рико (Аресибо) и в Австралии (Армидейль). Примерно с этого же времени на планете начинаются частые катаклизмы и изменения климата. Теперь имеется возможное объяснение, почему погода стала менее предсказуемой.

В 2002 г. первый заместитель командующего Космическими войсками России, генерал Владимир Поповкин [41] в своем письме в ГД указал, что «при неаккуратном обращении с верхним слоем атмосферы могут быть катастрофические последствия планетарного характера». Его поддержал специалист по активным воздействиям в атмосфере Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Валерий Стасенко: «Возмущения в

ионосфере и магнитосфере влияют на климат. Воздействуя на них искусственно с помощью мощных установок, можно изменять погоду, в том числе глобально».

3.2.2. ПРЕДНАМЕРЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

К настоящему времени в США сформирован мощный комплекс научных исследований и разработок, посвященных изучению и практическому применению новых эффектов распространения и взаимодействия электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне c искусственными (или естественными) ионосферными неоднородностями. Основная часть запланированных фундаментальных и прикладных исследований МО США связана с результатами реализации программы HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program), программы высокочастотных активных авроральных

исследований, инициированной в 1990 году исследовательскими лабораториями ВВС, ВМС и крупнейшими университетами США. В рамках этой программы развернуто строительство научно-исследовательской станции Gakona (шт. Аляска) с мощной радиопередающей аппаратурой и новейшим комплексом измерительного оборудования. Данный проект тесно “увязан” с

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

154 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Рис. 10. Динамика технических возможностей радиопередающих комплексов.

исследованиями, проводимыми по программе HIPAS (исследовательская станция Fairbanks шт. Аляска).

В 2002 году строительство передающей станции Gakona (программа HAARP) было завершено, при этом ее технические возможности в настоящее время не имеют аналогов (рис. 10). Огромные энергетические возможности излучательной аппаратуры позволят проводить уникальные экспериментальные исследования в интересах всестороннего изучения радиофизических свойств ионосферы, отработки механизмов воздействия на нее и исследованию возникающих при этом различных вторичных эффектов.

Радиолокационный комплекс (РЛК) HAARP находится в 320 км северо-восточнее г. Анкориджа (широта 62°23′ N, долгота 145°8′ W). Выработка сигналов сверхнизкой частоты — это сегодня главная задача программы HAARP. В 1995 г. объект насчитывал 48 антенн и передатчики мощностью 960 киловатт. На сегодня компании BAE Systems удалось существенно повысить тактико-технические характеристики системы: на объекте «колосятся» уже 180 антенн высотой 24 метра каждая, совокупная мощность 360 ионосферных радиоизлучателей достигла 3.6 мегаватт [41]. Вся эта конструкция

занимает 15 гектаров земли у подножия гор (рис. 11). На ее создание ушло почти 20 лет и $250 млн [30-40]. Развертыванием комплекса и исследованиями на нем занимается «лаборатория Филипс», расположенная на базе ВВС США в Кэртлэнде, штат Нью-Мексико. Ей подчинены лаборатории астрофизики, геофизики и средств поражения Центра космических технологий военно-воздушных сил США.

Официально комплекс ионосферных

исследованийHAARPпостроендляизученияприродьI ионосферы и развития систем противовоздушной и противоракетной обороны. Предполагается использование HAARP для обнаружения подводных лодок и подземной томографии недр планеты. Однако многие исследователи утверждают, что, на самом деле, монстр на Аляске предназначен для воздействия на глобальные и локальные механизмы природы в районах расположения противников США. Ведь сегодня, используя оборудование HAARP, можно формировать плазмоиды и целенаправленно перемещать их почти в любую точку Северного полушария. Для России это означает практически полное накрытие с запада на восток, от Калининграда до Камчатки, и с севера на юг примерно до сорок пятой параллели. То есть до уровня Краснодара и Ставрополя.

Рис. 11. Радиолокационный комплекс HAARP.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

Если американцы построят установку типа HAARP и в Южном полушарии, то будут накрыты все страны, расположенные с южной стороны экватора. HAARP — отнюдь не столь безобидный проект, как это пытаются представить американцы. Результатом рискованных экспериментов могут стать глобальное похолодание, разрушение озонового слоя атмосферы Земли и непредсказуемое изменение климата на целых континентах.

3.3. СИСТЕМЫ (ОРУЖИЕ) НА НОВЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИНЦИПАХ

Содержание термина «геофизическое оружие» пока точно не определено. Однако подразумевается, что объектом воздействия такого оружия является окружающая природная (геофизическая) среда — литосфера, гидросфера, приземные слои атмосферы, озоносфера, ионосфера, магнитосфера, околоземное космическое пространство, которые объединены общим понятием — геосферы.

На современном этапе проблема создания и использования геофизического оружия серьезно возникла в конце 70-х — начале 80-х годов прошлого столетия. С 1987 года в СССР развернулись широкие теоретические и экспериментальные исследования по поведению различных геофизических сред (твердая земля, приземные слои атмосферы, озоносфера, ионосфера, магнитосфера, околоземное космическое пространство) при самых разнообразных активных воздействиях на них. Так, в одной из тем разрабатывались методы дистанционного влияния на очаг землетрясения слабыми сейсмическими колебаниями, которые, как известно, возникают при подземных взрывах ядерных или обычных химических ВВ даже относительно небольшой мощности. Это направление исследований в дальнейшем получило название «тектоническое оружие». Но после распада СССР от него отказались. Окончательные результаты не были обобщены и оформлены в какие-либо конкретные рекомендации. Подчеркнем, что такие же работы интенсивно проводились и в США.

Основные принципы оружия на новых геофизических принципах. Для оружия на геофизических принципах или как называется в [15] гипотетическое оружие, объектом воздействия является окружающая природная (геофизическая) среда. Доказательства существования такого оружия в настоящее время, в принципе, отсутствуют.

Идея геофизического оружия заключается в том, чтобы создать механизм искусственного вызывания и нацеливания на определённые районы природных явлений, приводящих к значительным разрушениям и жертвам. Среди таких природных явлений, прежде всего, называются следующие:

• землетрясения, тектонические разломы,

извержения вулканов и вызванные ими вторичные

катастрофы, к примеру, цунами;

• атмосферные катастрофы (торнадо, тайфуны,

смерчи, ливни), а также общее состояние климата

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 155 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

на определённой территории (засухи, заморозки, эрозия);

• разрушение озонового слоя над отдельными территориями, с целью «выжигания» и облучения естественной радиацией Солнца;

• воздействие на водные ресурсы (наводнения, цунами, штормы, сели).

Считается, что возможность скрытного применения геофизического оружия невелика, так как ряд стран, в том числе США, Россия, Германия, Франция, Великобритания и Япония имеют разнообразные системы мониторинга окружающей среды [15-17].

Тем не менее, под геофизическим оружием понимается оружие, поражающее действие которого основано на использовании в военных целях природных явлений и процессов, вызываемых искусственным путем. В зависимости от среды, в которой происходят эти процессы, оно подразделяется на атмосферное, литосферное, гидросферное, биосферное и озонное. Средства, с помощью которых стимулируются геофизические факторы, могут быть различными, но энергия, затрачиваемая этими средствами, всегда значительно меньше энергии, выделяемой силами природы в результате вызванного геофизического процесса.

Атмосферное (погодное) оружие — наиболее исследованный на сегодня вид геофизического оружия. Применительно к атмосферному оружию его поражающими факторами являются различного рода атмосферные процессы и связанные с ними погодные и климатические условия, от которых может зависеть жизнь, как в отдельных регионах, так и на всей планете.

На сегодня установлено, что многие активные реагенты, например, йодистое серебро, твердая углекислота и другие вещества, будучи рассеяны в облаках, способны вызывать проливные дожди на больших площадях. С другой стороны, такие реагенты, как пропан, углекислота, йодистый свинец, обеспечивают рассеяние туманов. Распыление этих веществ может осуществляться с помощью наземных генераторов и бортовых устройств, устанавливаемых на самолетах и ракетах.

В районах, где влагосодержание воздуха велико, указанным выше методом можно вызывать ливневые дожди и тем самым изменять водный режим рек, озер, болот, значительно ухудшить проходимость дорог и местности, а в низменных районах вызывать наводнения. С другой стороны, если обеспечить искусственное выпадение осадков на подступах к районам с большим дефицитом влаги, можно добиться удаления значительного количества последней из атмосферы и вызвать в этих районах засуху.

Литосферное оружие основано на использовании энергии литосферы, то есть внешней сферы «твердой» Земли, включающей земную кору и верхний слой мантии. При этом поражающее действие проявляется в виде таких катастрофических явлений, как землетрясение, извержение вулканов, перемещение геологических образований.

Источником выделяющейся при этом энергии является напряженность в тектонически опасных зонах.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

156 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Проведение рядом исследователей опытов показали, что в некоторых сейсмоопасных районах Земли с помощью наземных или подземных ядерных взрывов относительно малой мощности можно инициировать землетрясения, которые могут привести к катастрофическим последствиям.

Гидросферное оружие основано на использовании в военных целях энергии гидросферы. Гидросфера — это прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой). Она представляет собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод.

Использование энергии гидросферы в военных целях возможно при воздействии на гидроресурсы (океаны, моря, реки, озера) и гидросооружения не только ядерных взрывов, но и крупных зарядов обычного взрывчатого вещества. Поражающими факторами гидросферного оружия будут сильные волны и затопления.

Биосферное оружие (экологическое) основано на катастрофическом изменении биосферы. Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биохимическими циклами миграции веществ и энергии. В настоящее время имеются химические и биологические средства, применение которых на обширных территориях может уничтожить растительный покров, поверхностный плодородный слой почвы, запасы продовольствия и др.

Искусственно вызванные эрозия почвы, гибель растительности, непоправимый ущерб флоре и фауне вследствие применения различного рода химических средств, зажигательного оружия может привести к катастрофическому изменению биосферы и, как следствие, массовому поражению людей.

Озонное оружие основывается на базе использования энергии ультрафиолетового излучения, испускаемого Солнцем. Экранирующий озонный слой простирается на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20—25 км и резким убыванием вверх и вниз. В нормальных условиях поверхности Земли достигает незначительная часть УФИ с X = 0.01-0.2 мкм. Основная ее часть, проходя через атмосферу, поглощается озоном, рассеивается молекулами воздуха и частицами пыли. Озон — один из наиболее сильных окислителей, убивает микроорганизмы, ядовит. Его разрушение ускоряется в присутствии ряда газообразных примесей, в особенности брома, хлора, фтора и их соединений, которые могут быть доставлены в озонный слой с помощью ракет, самолетов и других средств.

Частичное разрушение озонного слоя над территорией противника, искусственное создание временных «окон» в защитном озонном слое может привести к поражению населения, животного и растительного мира в запланированном районе Земного шара за счет воздействия больших доз жесткого УФИ и других излучений космического происхождения.

Несмотря на подписание большинством стран — членов ООН Конвенции 1978 года «О запрещении военного и любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду» и наличие возможности ведущих индустриальных государств осуществлять глобальный мониторинг физических параметров окружающей среды, ряд крупных корпораций и фирм промышленно развитых стран (в первую очередь США, Японии и Великобритании) в последние годы значительно расширили тематику исследований по активному воздействию на среду обитания человека, а также на процессы, способные оказывать существенное влияние на обеспечивающие космические системы (разведка, связь, навигация) [36].

Таким образом, анализ проводимых в последние годы исследований в области геофизического воздействия на окружающую среду свидетельствует о вероятности появления в XXI веке принципиально новых подходов к технологии создания некоторых видов геофизического оружия.

3.3.1. ПРОГРАММА «HAARP» — ПУТЬ К СОЗДАНИЮ ПЛАЗМЕННОГО ОРУЖИЯ

Суть военной технологии заключается в следующем: выше озонового слоя находится ионосфера -газовый слой, обогащенный электрическими частицами (ионами). Когда этот слой разогревается сконцентрированным пучком высокочастотных радиоволн мощными антеннами HAARP, создаются искусственные ионные облака, по форме близкие к оптическим линзам. Эти линзы могут использоваться для отражения низкочастотных волн и для образования энергетических «лучей смерти», фокусируемых в заданной географической точке.

В США одним из ключевых звеньев проекта создания глобальной противоракетной обороны стала разработка плазменного оружия — одного из разновидностей геофизического оружия. Его действие заключается в фокусировке в ионосфере высокоэнергетического СВЧ электромагнитного импульса, в результате чего рождается плазмоид — локализованная область высокоионизированного газа, или шаровая молния. Разогревая газ ионосферы, плазмоид приводит к образованию на Земле искусственных магнитных бурь, последствия которых сказываются также на навигационных системах, погоде и психическом состоянии людей. Действие системы заключается в том, что движущийся в атмосфере плазмоид оставляет за собою след нагретого воздуха с пониженным давлением — непреодолимое препятствие для летательных аппаратов. Летательный аппарат попадает буквально в жерло смерча и разрушается.

Новая мобильная «плазменная пушка MIRAGE», открыто разрабатываемая сейчас в США, будет выводить из строя системы связи и навигации противника в радиусе десятков километров. Прибор способен изменять состояние ионосферы — верхнего слоя земной атмосферы, который используется

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

как «отражатель» для передачи радиосигналов на большие расстояния. Плазмоид, сгенерированный в специальной микроволновой печи, будет выводиться ракетой на высоту 60—100 км и нарушать естественное распределение заряженных частиц. По мнению военных специалистов, таким способом можно избавиться сразу от нескольких проблем:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• во-первых, «лишняя» плазма будет создавать барьер для вражеских радаров, которые в обычных условиях благодаря ионосфере могут видеть летательные аппараты из-за горизонта;

• во-вторых, «плазменный щит» будет предотвращать контакт со спутниками, сигнал которых проходит сквозь атмосферу.

Это создаст сложности с ориентацией на местности, если для нее применяются GPS-приемники. Конструкция представляет собой небольшой фургон, который легко доставить к месту военных действий.

Невозможность контроля со стороны других стран над применением плазменного оружия делает его опасным не только для страны, на которую непосредственно направляется воздействие, но и для всего мира. США презентуют проект HAARP как исследовательский, но все же реализуется он, главным образом, в интересах Военно-воздушных и Военно-морских сил США. Как отмечалось в СМИ, специалисты в области ПРО считают, что именно программа HAARP в итоге «перерастет в ключевой компонент глобальной противоракетной обороны США».

3.3.2. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ В КАЧЕСТВЕ ОРУЖИЯ

В Интернете обсуждаются различные области

возможного военного применения системы HAARP, основные из которых следующие (здесь мы не рассматриваем самые экзотические) [36]:

• связь с подводными лодками на низких частотах;

• система предупреждения о ракетном и воздушном нападении;

• воздействие на радиоэлектронную аппаратуру, в частности — на связные и навигационные системы кораблей, космических аппаратов, самолетов, ракет противника, а также на наземные радиоэлектронные средства противника;

• геофизическое оружие — можно контролировать и изменять погоду над территорией другой страны или географического региона;

• оружие для организации масштабных аварий в электросетях, на атомных станциях, нефте- и газопроводах;

• противоракетная и противовоздушная (воздушнокосмическая) оборона — управляемый плазмоид может деформировать высокоскоростной поток перед летательным аппаратом или боевым блоком баллистической ракеты, приводя к отклонению их траектории от расчетных и даже к разрушению конструкции;

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 157 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

• воздействие на психическое и соматическое состояние людей;

• стимулирование землетрясений или цунами.

Насчет военных возможностей системы HAARP,

конечно, создается много мифов. В частности, о том, что она способна вызывать разрушение наземной инфраструктуры, включая трубопроводы и линии электропередач на больших площадях, а также уничтожать самолеты на аэродромах и ракеты в шахтах.

Российские эксперты считают, что при помощи направленного воздействия антенн типа HAARP вполне возможен такой «разряд» энергии плазмоидов и ионосферных токов, возникающих в приполярных областях, который способен вызывать серьезные эффекты «боевого» применения. Так, они утверждают, что вполне реальны следующие «боевые» эффекты:

• полный выход из строя электроники и систем управления самолетов и крылатых ракет;

• блокирование или полный выход из строя электронных систем баллистических ракет на разгонном (до отделения ступеней двигателей) и баллистическом (до отделения разделяющихся головных частей) участках траектории. В частности, при пусках ракет через приполярную зону, а также с подводных лодок в акватории Северного Ледовитого океана.

Однако, здесь еще раз следует напомнить, что речь идет о воздействиях именно в полярной зоне. Только там, где очень высоки плотность авроральных токов и энергия ионосферных плазменных образований, оказываются в полной мере реализуемы описанные выше «военные» эффекты. Определенные понятия о военном применении дает также взятый из Интернета поясняющий рис. 12 в виде карты-схемы.

На рис. 12 можно видеть, что именно в полярной зоне проходят, согласно российским доктринам стратегических ядерных сил (СЯС), основные баллистические траектории наших ракет, нацеленных на США.

Причем проходят они в ионосфере на высотах до 400600 км, где и можно «разряжать» накопившуюся энергию плазменных образований и ионосферных токов. Здесь же проходят основные боевые курсы наших стратегических бомбардировщиков с крылатыми ракетами, нацеленными

Рис. 12. Карта-схема основных траекторий ракет военного применения.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

158 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

на США. Отсюда же предполагаются запуски (в том числе, «подледные» запуски) части ракет с российских атомных подводных крейсеров.

И именно в этой зоне:

• располагаются («висят») американские спутники системы раннего предупреждения о ракетном нападении;

• здесь же размещены наиболее мощные наземные радарные станции НАТО, объединенные в «их» систему СПРН, — в Великобритании, Норвегии, Гренландии, на Аляске, на Алеутских островах;

• здесь же располагаются антенные поля первой активной системы HAARP на Аляске под Анкориджем, а также второй, спешно расширяемой аналогичной системы, — в Тромсё в Норвегии.

Однако, военное применение описанных эффектов — дело не простое. А если полярная зона в результате станет фактически непроницаемой для российских стратегических бомбардировщиков и ракет, то по каким траекториям они должны лететь на США? Безусловно, минуя полярную зону. То есть, тогда придется запускать их из «неудобных» районов» и по «неудобным», в том числе более длинным, баллистическим траекториям.

Тогда они должны будут лететь, прежде всего, через север Тихого океана, где их будут перехватывать системы ПРО и ПВО на кораблях США, на Аляске, а также сооружаемая база противоракет в Калифорнии.

И они должны будут лететь через Европу, где их будут перехватывать противоракеты в Польше и других странах, в том числе, в Скандинавии (которых к тому моменту будет не 10, а 50 или более), а также противоракеты с кораблей в Северной Атлантике и баз на Северо-Востоке США.

Считается, что все это может очень резко усложнять российским СЯС решение задачи эффективного ответного или, тем более, ответновстречного удара по целям в США.

И как мы, все-таки, должны в описанной ситуации относиться к такой «мелочи», как создание у наших границ, в Чехии и Польше (а далее, видимо, везде), системы ПРО? И что нам делать, если на первом этапе эта европейская ПРО окажется «маломерной», рассчитанной в основном на перехват крылатых ракет и их носителей, а далее — почему бы и нет? -«дополнится» эшелоном перехвата стратегических ракет на высоком баллистическом участке траектории?

Проанализировав статистику за последние десятилетие [40-45], можно найти убедительные доказательства о появлении страшного оружия, о котором никто не может предполагать, что может произойти с планетой в случае включения этой гигантской «лучевой пушки» на полную мощность. Согласно мнениям специалистов, мощность этого оружия в тысячи раз превышает мощность атомной 2

бомбы. Направив луч этой «лучевой пушки», например, на Англию, ее можно уничтожить в считанные секунды. Можно уничтожить всю ионосферу.

Пример успешных исследований в области вторичного излучения ионосферы, проведенных коллективом ученых Института динамики геосфер РАН с использованием специальных нагревных стендов, приводится ниже.

3.4. НАПРАВЛЕНИЯ РАДИОМОНИТОРИНГА ИЗЛУЧЕНИЯ НАГРЕВНЫХ СТЕНДОВ И ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИОНОСФЕРЫ

Нагревные стенды представляют собой новую технологию активных воздействий на ионосферу, в процессе которых проявляется комплекс разнообразных эффектов. Поэтому исследования этих воздействий требуют использования широкого класса как уже имеющихся, так и специально разработанных измерительных методов [43-46].

Целью данной работы является проведение теоретических оценок условий и характеристик системы радиомониторинга обнаружения и анализа сигналов излучения нагревных стендов и вторичного излучения возбужденной ионосферы.

Были установлены приблизительные значения уровней мощности сигналов на входе приемной аппаратуры систем радиомониторинга. Показана возможность приема слабых сигналов излучений на больших расстояниях до нагревных стендов.

На рис. 13 представлена схема [45] возможного определения координаты дальности до источника излучения в зависимости от значений угла места прихода волны при скачках распространения ионосфера-земля для случаев вторичного излучения ионосферы в точке А1 (схема 1) и стенда в точке А (схема 2).

Как видно из рис. 13 при пеленговании источника вторичного излучения ионосферы (точка А1) возможно определение дальности до пеленгатора системы радиомониторинга (точка С), в том числе в условиях скачков сигналов земля-ионосфера. Значение дальности определяется формулой:

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 159 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

где в — угол места пеленгуемого сигнала вторичного излучения ионосферы; Д2—расстояние по поверхности Земли между передающими и приёмными системами; R — радиус Земли; N — количество скачков на трассе распространения радиосигналов; H — высота F слоя над поверхностью Земли.

Аналогично при определении угла места при пеленгации излучения стенда или любого другого наземного источника в условиях переотражения сигналов от ионосферы возможно определение дальности от стенда (точка А) до приёмного устройства системы мониторинга (точка В), в том числе при многоскачковых режимах распространения радиоволн. Значение дальности от стенда до пеленгатора определяется как:

Представленные зависимости позволяют с достаточной степенью достоверности определять дальность до места размещения нагревных стендов при условии определения приемной аппаратурой систем радиомониторинга углов прихода в источника радиоизлучения.

Уровень мощности сигналов на входе приемной аппаратуры систем радиомониторинга определяется как:

где в — угол места пеленгуемого сигнала излучения стенда.

Одним из параметров идентификации излучения нагревного стенда при известных расстояниях между стендом (точка А) и приёмными устройствами системы мониторинга (точка В) является угол визирования прихода сигналов излучения стендов в, значение которого определяется формулой:

Возможность приёма сигналов нагревных стендов аппаратурой системы радиомониторинга определяется характеристиками диаграмм направленности антенн этих стендов — уровнем и угловым распределением боковых лепестков.

На рис. 14 для диаграммы направленности антенны стенда HAARP, являющейся результатом расчета синтеза 180-элементной фазированной активной антенной решетки с А = 128000 м2, представлены графики зависимости дальности возможного обнаружения сигналов излучения стенда от высоты F слоя ионосферы.

где P — интегральная мощность передающих модулей нагревных стендов, G — коэффициент усиления бокового лепестка излучения ФАР в направлении системы радиомониторинга, К — интегральный коэффициент потерь при распространении радиосигнала на трассе, составляет в среднем в КВ диапазоне 0.9 на 1000 км; Kn — коэффициент потерь радиоволны при отражении от F слоя ионосферы; n — число отражений от F слоя ионосферы радиоволны на трассе нагревный стенд-приёмная аппаратура; К — коэффициент потерь радиоволн при отражении от поверхности Земли, среднее значение которого в КВ диапазоне длин волн при углах скольжения 5.. .30 градусов составляет 0.95; m — число отражений от поверхности Земли на трассе распространения; D — суммарная дальность распространения сигналов излучения; у — коэффициент потерь несовпадения поляризации сигналов излучения стендов и характеристик антенн приемной аппаратуры.

Оценки ориентировочных средних значений коэффициентов потерь, рассчитанных с использованием модели ионосферы IRI, равны при отражении от ионосферы в летнее время днём 0.01 и зимнее ночью 0.1. Уровень мощности в месте расположения приемной аппаратуры системы радиомониторинга будет равен в летнее время днём 5П0-11 Вт/м2 (напряженность электрического поля 7 мкВ/м, напряженность магнитного поля 2.1 рТ) и в зимнее время ночью 5П0-10 Вт/м2 (напряженность электрического поля 22 мкВ/м, напряженность магнитного поля 6.6 рТ) при значениях коэффициента поляризационных потерь 0.5 и дальности прохождения радиоволны порядка 4000 км (рис. 14), что обеспечивается при однократном отражении сигнала от ионосферы в условиях обнаружения излучения стенда HAARP, имеющего интегральную мощность 360 МВт и уровень боковых лепестков минус 0.1 относительно главного лепестка.

Важнейшей задачей эффективности системы мониторинга сигналов излучения нагревных стендов в условиях большого количества мешающих сигналов излучений радиостанций являются критерии идентификации сигналов этих излучений, определяющиеся:

• стабильностью и высокоточной информацией о местах размещения нагревных стендов;

• в большинстве случаев отличием сигналов излучения стендов от сигналов радиостанций по спектральным характеристикам;

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

160 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

• высокой корреляцией сигналов излучении стендов и сигналов вторичного излучения возбужденной ионосферы.

Реализация алгоритмов применения указанных критериевидентификации,атакжеалгоритмовадаптации к радиосигнальной обстановке в месте расположения приемной аппаратуры системы мониторинга путём исключения анализа предварительно обнаруженных сигналов мешающих радиостанций обеспечивает в реальном масштабе времени с высокой вероятностью обнаружение и проведение анализа сигналов излучения нагревных стендов [19-20].

Во время работы нагревного стенда имеет место генерация гармоник вторичного излучения ионосферы несущей частоты стенда до уровня 53.. .57 значения, т.е. практически до 180 МГц, а также возникают излучения на частотах модуляции от единиц герц до килогерц.

Высота вторичного излучения ионосферы в зависимости от частоты излучения нагревного стенда составляет примерно 90.300 км, т.е. как показано на рис. 13 этот источник условно может находится в точке А и трасса распространения сигналов вторичного излучения ионосферы будет отличаться от трассы распространения сигналов нагревного стенда, имея ввиду, что идет отражение от земной поверхности, а затем от ионосферы и т.д. Данный эффект распространения радиосигналов применим для КВ диапазона длин волн.

В низкочастотных диапазонах, и особенно единиц герц, радиоволны распространяются в естественном волноводе ионосфера-Земля, что определяет необходимость учета этих особенностей при создании аппаратуры радиомониторинга вторичного излучения возбужденной ионосферы.

Угол визирования сигналов в вторичного излучения ионосферы для КВ диапазона длин волн в месте расположения приёмной аппаратуры системы радиомониторинга (точка С, рис. 13) определяется формулой:

*• м п, ч-; . НОГМь.ч. Н-1 M-JlH’k**. 4-г

Рис. 15. Зависимость углов прихода сигнала вторичного излучения ионосферы в2 от расстояния L при формировании сигнала в ионосфере на высотах Н = 30(0 км и Н = 100 км при N=1 и N=2.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На рис. 15 представлены рассчитанные зависимости углов визирования вторичного излучения ионосферы для различных условий трассы распространения.

В общем случае уровень мощности на входе приемной аппаратуры системы мониторинга сигналов вторичного излучения ионосферы определяется, как:

PGKKnPKmKty 4nD 2

где G — коэффициент усиления главного лепестка ФАР нагревного стенда, К — коэффициент потерь трансформации мощности излучения нагревного стенда в мощность сигнала вторичного излучения ионосферы, величина которого в зависимости от состояния ионосферы и характеристик излучения нагревного стенда составляет 0.001-0.1%.

Значения мощности сигналов вторичного излучения, рассчитанные по формуле (9) на входе приёмных устройств системы радиомониторинга при дальностях 4000 км и при минимальном значении коэффициента трансформации 0.001% в КВ диапазоне длин волн для летнего времени днём, ориентировочно составят 5.8Н0-14 Вт/м2 (напряженность электрического поля 0.24 мкВ/м, напряженность магнитного поля 0.07 pT) и в зимнее время ночью 5.8Н0-13 Вт/м2 (напряженность электрического поля 0.78 мкВ/м2 напряженность магнитного поля 0.23 pT).

Отсутствие достаточно достоверных значений коэффициентов потерь, входящих в выражение (9) для низкочастотного диапазона длин, не позволяет оценить значения уровней сигналов вторичного излучения ионосферы в этом диапазоне. Однако с учетом имеющихся данных исследований распространения волн Шумана уровни сигналов в низкочастотном диапазоне длин волн будут иметь примерно такие же значения, что и для КВ диапазона.

Полученные значения уровней сигналов вторичного излучения являются оценочными и практически могут изменяться плюс-минус на порядок и более. Тем более, если эти уровни будут иметь тенденцию изменения в меньшую сторону, требуют разработки и внедрения новейших технологий создания высокой чувствительности и разрешающей способности приемной аппаратуры системы радиомониторинга, обеспечивающей необходимую вероятность обнаружения и анализа сигналов излучения ионосферы.

Решение задач создания с высокими характеристиками системы радиомониторинга, обеспечивающей большие площади пространства

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

обнаружения, анализ и идентификации сигналов источников радиоизлучения, возможно созданием пространственно распределённых систем радиоинтерферометров, построенных на основе приёмных унифицированных модулей, объединённых системами обработки и анализа обнаруженных источников радиоизлучения.

Пространственно-корреляционная обработка принятых каждым приёмным модулем сигналов обеспечиваетвозможность повышения эквивалентной чувствительности радиоинтерферометра и точности определения угловых координат источника радиоизлучения за счет формирования приемной фазированной антенной решетки.

радиомониторинга определяется её

возможностями обнаружения, анализа,

определения координат и идентификации принципиально всех источников радиоизлучения наземного, воздушного и космического базирования, излучающих в рабочем диапазоне частот радиоинтерферометров, а также проведения фундаментальных и прикладных исследований по распространению радиоволн и геофизических процессов в условиях воздействия на ионосферу мощного электромагнитного излучения. Частотный диапазон системы радиомониторинга целесообразно разбить на три поддиапазона: < 10 кГц, 10. 100 кГц и 2. 20 МГц.

Таким образом, при современных технологиях разработки радиоэлектронных систем практически реально создание систем радиомониторинга, обеспечивающих приём сигналов нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы практически на всей территории России.

3.5. ВОЗМОЖНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ИОНОСФЕРНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ИНТЕРЕСАХ СОЗДАНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫХ ВИДОВ ВООРУЖЕНИЙ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ.

В области создания средств направленного электромагнитного воздействия на окружающую среду важное место занимают исследования по формированию и военному применению искусственных ионосферных неоднородностей. Наибольший интерес здесь представляют разработки, связанные с формированием искусственных ионосферных неоднородностей (пробоя ионосферы), создаваемых в скрещенных пучках радиоизлучений. При этом в атмосфере создается искусственно ионизованная область, в которой концентрация заряженных частиц может значительно (на 3-4 порядка) превышать концентрацию окружающей плазмы. Такую область можно использовать для радиосвязи, отражая от нее

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 161 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

радиоволны. Пробой целесообразно осуществлять отдельными короткими импульсами, период повторения которых выбирается из условия слабого изменения концентрации плазмы между импульсами из-за процессов релаксации. При этом требуется весьма умеренная средняя мощность излучения, причем она быстро возрастает с уменьшением высоты пересечения пучков, места пробоя. На высотах свыше 70-80 км возрастают омические потери. Поэтому для создания искусственной ионизованной области наиболее благоприятным является диапазон высот от 30 до 70 км.

В зависимости от выбора диапазона радиоизлучающих средств, формирующих скрещиваемые пучки, формируются и размеры области повышенной ионизации. Так что в зависимости от конкретной решаемой задачи в качестве источников, формирующих пробой, могут быть использованы радиосредства диапазонов ВЧ .

СВЧ, а также открытые лазерные системы.

Перспективность использования таких

ионосферных искусственно создаваемых зеркал связывают не только с областью радиосвязи, но и с постановкой помех за счет отражения помехового сигнала от области ионосферы с повышенной концентрацией, а также с маскировкой наземных объектов (территорий) от радиолокационного наблюдения из космоса. Кроме того, здесь представляется весьма примечательной возможность создания “преднамеренной” помеховой обстановки над заданной территорией земной поверхности на основе использования нелинейных свойств ионосферной плазмы как в слоях E и F, так и в нижних слоях искусственно созданных областей с повышенной ионизацией, в частности, бигармоническом облучении их границы раздела с воздухом.

Проявление нелинейных свойств ионосферы было установлено с открытием эффекта Гетманцева (1980, г. Горький, СССР): при воздействии на нижнюю ионосферу мощным модулированным радиоизлучением естественные токовые системы ионосферы генерируют низкочастотное излучение на частоте модуляции сигнала облучения.

Бигармоническое облучение таких

поверхностей с повышенной концентрацией активных частиц существенно снижает энергетические затраты на излучаемые мощности ВЧ диапазона, а управление параметрами разностной частоты и способами ее манипуляции резко повышает оперативность реакции средств постановки помех радиолиниям противника на удалениях. Стремительно развиваются методы целенаправленного усиления произвольных составляющих спектра комбинированных частот, образующихся при смешении колебаний двух частот на нелинейностях ионосферы и, следовательно, повышения уровня генерируемого ионосферой необходимого помехового

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

162 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

(сигнального) излучения. Ориентация направления излучения может быть установлена либо на основе фазовых соотношений облучающих ионосферу колебаний, либо соответствующим размещением на местности их источников. Этот подход дает возможность управлять напряжением движения ионосферного тока с учетом магнитного поля Земли, следовательно, и направлением постановки помех в КНЧ . НЧ на расстояниях 1500-2000 км при использовании в качестве постановщиков помех средств КВ диапазона со средней мощностью радиопередающих устройств.

Можно также предполагать, что к 2015 г. развитие исследований в области использования свойств искусственных

ионосферных образований (неоднородностей) позволит решать широкий спектр военных задач (рис. 16), таких как:

• поражение электронного оборудования ВВТ, систем энергетики, связи и телекоммуникаций, в том числе в укрытиях, за счет генерации мощного электромагнитного импульса неядерным способом;

• создание локальных изменений геомагнитного поля, а также магнитных и электромагнитных аномалий (бурь) в целях оказания влияния на погодные условия, объекты ВВТ и личный состав;

• скрытое “информационное” воздействие (облучение электромагнитным излучением НЧ,

Рис. 16. Концепции применения искусственных ионосферных образований в интересах создания принципиально новых видов ВВТ.

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

КНЧ, ОНЧ диапазонов) на личный состав в местах их дислокации;

• функциональное поражение узлов системы автоматики и самонаведения головных частей баллистических ракет, постановки мощных помех, а также защиты космических систем навигации и связи навигационной системы от воздействия средств РЭП;

• обнаружение и идентификация подземных объектов военного назначения (заглубленных командных пунктов, складов с химическим, биологическим и ядерным оружием, подземных коммуникаций и других вероятных целей);

• сверхдальнее обнаружение малозаметных воздушных и морских целей (загоризонтная локация);

• создание принципиально новых систем радиосвязи (боевого управления) с подводными лодками и заглубленными объектами в традиционных диапазонах 30-300 Гц и 3-30 кГц.

Надо отметить, что в рамках работ по проекту HAARP также рассматриваются вопросы, связанные с использованием крайне слабых переменных магнитных полей (КС ПеМП) в качестве фактора, воздействующего на психофизические характеристики человека, а также на организм человека в целом. Воздействие КС ПеМП, как правило, осуществляется на фоне постоянного магнитного поля Земли. Поэтому следует рассматривать биоэффекты модулированных или комбинированных магнитных полей (КМП) с крайне слабой переменной компонентой B (термин “биоэффекты КС ПеМП” используется для краткости, а также для того, чтобы подчеркнуть отличие механизма воздействия полей этого типа на биосистемы от воздействия КМП в других режимах).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 163 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

амплитуда, форма импульса) использовавшихся переменных магнитных полей и относительной сложностью регистрации и количественного описания аномалий в развитии эмбрионов. Очевидно, что для решения принципиального вопроса о “биологической эффективности” “микротесловых” полей более целесообразно использовать не импульсные, а синусоидальные магнитные поля и относительно простые тестсистемы. Действительно, результаты, полученные за последние 10 лет при использовании однотипного (синусоидального) КС ПеМП в работах четырех лабораторий США на биосистеме одного и того же типа, позволили сделать однозначный вывод о биологической эффективности “микротеслового” синусоидального магнитного поля (B = 1.2И0-6 Тл, fAC = 60 Гц). К настоящему времени биологическая эффективность “микротесловых” полей была показана для принципиально различных тестсистем и с использованием ряда различных комбинаций частоты и амплитуды. Однако вопрос

0 механизме действия “микротесловых” полей остается открытым.

2. “Нанотесловые” поля. Появляется все больше экспериментальных данных относительно влияния “нанотесловых” полей на свойства биологических и физико-химических систем. В частности, канадские ученые получили результаты исследований, свидетельствующие о возможности влияния таких полей на психофизические и другие характеристики физиологического состояния человека. Результаты ряда работ российских ученых свидетельствуют о том, что в основе биоэффектов “нанотесловых” и “микротесловых” полей может лежать их взаимодействие с водной компонентой биосистем.

3. “Пикотесловые” поля. Имеются лишь

единичные сообщения относительно лабораторных исследований возможной биологической

эффективности КС ПеМП “пикотеслового” диапазона. В одной из них сообщается о воздействии переменных электрических полей с параметрами, имитирующими шумановские резонансы (амплитуда

1 мВ/м, частота 10 Гц) на психофизические показатели человека, в другой была показана возможная роль шумановских резонансов в качестве суточного синхронизатора времени у человека.

Тем не менее, гипотеза о возможности воздействия магнитной компоненты шумановских резонансов на биосистемы до сих пор не подвергалась комплексной экспериментальной оценке. По-видимому, основная причина отсутствия открытых исследований по этому направлению заключается в априорном отрицании возможной биологической эффективности сверхслабых магнитных полей, характерных для резонансов Шумана. Следует особо отметить, что амплитуда магнитной компоненты шумановских резонансов на частоте 8 Гц составляет 1.3-3 пТл

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

164 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

(пикоТесла), т.е. близка к величинам магнитного поля на поверхности Земли, создаваемых в рамках программы HAARP.

В результате проведенного анализа представленных материалов можно сделать следующие заключения. При этом прежде всего необходимо отметить, что все выводы, представленные по тексту и в заключении, не могут претендовать на исключительную достоверность, так как все освещаемые в настоящей работе проблемы, особенно в области создания особого климатического оружия, требуют ещё очень большого объема исследований как теоретического, так и прикладного характера. Тем не менее предварительные выводы могут быть следующие:

а) в области физики и происхождении магнитоизлучающих явлений в природе естественным путем

1. Физика происхождения магнитообразующих явлений начинается и происходит в окружающей атмосфере Земли:

• в ионосфере, в виде ионосферных излучений, величина которых зависит от концентрации ионов и электронов;

• в случае изменений в структуре магнитосферы

с образованием плазмоидов в процессе воздействия естественных природных

явлений (коротковолновое излучение Солнца, корпускулярные потоки, галактические и солнечные космические лучи и др.).

Каждый тип ионизирующего излучения оказывает наибольшее действие на атмосферу лишь в определённой области высот, соответствующих его проникающей способности.

2. Изучение ионосферы и её основных характеристик продолжает развиваться в двух направлениях — её влияние на распространение радиоволн и исследования физико-химических процессов, происходящих в ней, что привело к рождению новой науки — аэрономии.

3. Процесс перестройки магнитосферы, локальный или крупномасштабный, является существенным, если не основным фактором возмущенной магнитосферы, создавая в ионосфере авроральные радиации, полярные сияния и магнитосферные суббури. Общим источником ионосферных, магнитных возмущений и полярных сияний на активной фазе суббури является высыпание в атмосферу авроральных электронов.

4. Для полного прояснения физических понятий о типовых изменениях в структуре магнитосферы требуется также изучение многих вопросов в решении проблемы ускорения энергичных ионов. Ещё очень приблизительны представления о структуре и тонкой временной истории авроральных активизаций, о взаимосвязи суббурь и мировых магнитных бурь. Т.е. в исследовании магнитосферных возмущений еще многое впереди.

б) в области геофизических возмущений в ионосфере, создаваемых искусственным путем

1. Важной проблемой является оценка критериев воздействий на ту или иную геосферу, которая может привести к планируемому эффекту. Становится ясно, что за редким исключением (ядерные взрывы, астероидно-метеорное оружие) по общим энергетическим возможностям любое активное воздействие не может конкурировать с гораздо более мощной энергетикой естественных явлений и процессов.

Вывод отсюда может быть только один, что пора человечеству здраво подумать и позаботиться о нашем прекрасном земном существовании и исключительно богатой природной сфере. Грубое вмешательство в состояние природы приведет к катастрофам.

2. Примеры происходящих природных катастрофических явлений, которые пока по не совсем понятным, но предполагаемым причинам происходили на протяжении последних десятилетий на Земле, напоминают, что может возникнуть необратимая обстановка, когда включается целая система управления климатом, которая убивает и своего создателя.

3. Проект HAARP отнюдь не столь безобиден, как это пытаются представить США. Результатом рискованных экспериментов могут стать глобальное похолодание, разрушение озонового слоя атмосферы Земли и непредсказуемое изменение климата на целых континентах. За рубежом до сих пор не ограничиваются проведением экспериментов над погодой, которые проводятся на этих комплексах, в арсенале которых уже имеются конкретные типы апокалиптического оружия, которое активно применяется.

в) в области оружия на новых геофизических принципах

1. Содержание термина «геофизическое оружие» пока точно не определено, но подразумевается, что объектом воздействия такого оружия является окружающая природная (геофизическая) среда — литосфера, гидросфера, приземные слои атмосферы, озоносфера, ионосфера, магнитосфера, околоземное космическое пространство, которые объединены общим понятием геосферы. Идея заключается в том, чтобы создать механизм искусственного вызывания и нацеливания на определённые районы природных явлений, приводящих к значительным разрушениям и жертвам. Среди таких природных явлений, прежде всего, называются следующие:

• землетрясения, тектонические разломы, извержения вулканов и вызванные ими вторичные катастрофы, к примеру, цунами;

• атмосферные катастрофы (торнадо, тайфуны, смерчи, ливни), а также общее состояние климата на определённой территории (засухи, заморозки, эрозия);

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

• разрушение озонового слоя над отдельными территориями с целью «выжигания» и облучения естественной радиацией Солнца;

• воздействие на водные ресурсы (наводнения, цунами, штормы, сели).

2. Направления возможного военного применения системы HAARP могут быть следующие:

• связь с подводными лодками на низких частотах;

• система предупреждения о ракетном и воздушном нападении;

• воздействие на радиоэлектронную аппаратуру,

в частности — на связные и навигационные системы кораблей, космических аппаратов, самолетов, ракет противника, а также на наземные радиоэлектронные средства

• геофизическое оружие: можно контролировать и изменять погоду над территорией другой страны или географического региона;

• оружие для организации масштабных аварий в электросетях, на атомных станциях, нефте- и газопроводах;

• противоракетная и противовоздушная (воздушнокосмическая) оборона — управляемый плазмоид может деформировать высокоскоростной поток перед летательным аппаратом или боевым блоком баллистической ракеты, приводя к отклонению их траектории от расчетных и даже к разрушению конструкции;

• воздействие на психическое и соматическое состояние людей;

• стимулирование землетрясений или цунами.

3. Российские эксперты считают, что при помощи направленного воздействия антенн типа HAARP вполне возможен такой «разряд» энергии плазмоидов и ионосферных токов, возникающих в приполярных областях, который способен вызывать серьезные эффекты «боевого» применения:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• полный выход из строя электроники и систем управления самолетов и крылатых ракет;

• блокирование или полный выход из строя электронных систем баллистических ракет на разгонном (до отделения ступеней двигателей) и баллистическом (до отделения разделяющихся головных частей) участках траектории.

В частности, речь идет о воздействиях именно в полярной зоне, где очень высоки плотность авроральных токов и энергия ионосферных плазменных образований, способствующих работе системы:

• здесь располагаются («висят») американские спутники системы раннего предупреждения о ракетном нападении;

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 165 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

• здесь же размещены наиболее мощные наземные радарные станции НАТО, объединенные в «их» систему СПРН, — в Великобритании, Норвегии, Гренландии, на Аляске, на Алеутских островах;

• здесь же располагаются антенные поля первой активной системы HAARP на Аляске под Анкориджем, а также второй, спешно расширяемой аналогичной системы, — в Тромсё в Норвегии.

г) при современных технологиях разработки радиоэлектронных систем

практически реально создание систем радиомониторинга, обеспечивающих приём сигналов и вторичного излучения ионосферы с использованием нагревных стендов практически на всей территории России.

4.1. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ:

Разработка методологии исследований взаимодействия электромагнитного излучения с биологическими и радиотехническими объектами военного назначения.

Развитие положений разработки основных принципов построения передающей и приемной аппаратуры, измерительной техники военного применения, в том числе для изучения теоретических и практических основ создания средств излучения сверхкоротких и мощных импульсов.

4.2. ПУТИ (НАПРАВЛЕНИЯ) РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Для практического использования СВЧ излучения в дистанционном воздействии его на радиотехнические и биологические объекты требуется разработка:

• генераторов СВЧ излучений большой мощности, способных излучать короткие и мощные импульсы излучения в широком диапазоне частот;

• высоко чувствительных приемников с пороговой чувствительностью не хуже 10-20 Вт/Гц, одновременно, обеспечивающих как прием достаточно слабых сигналов в диапазоне излучения передающих устройств, так и защиту биологических объектов, а также определяющих допустимые потоки СВЧ излучения, безопасные для функционирования и защиты радиотехнических систем.

Разработка широкодиапазонных спектрометров с разрешением не хуже 0.01 см-1 для исследования зон квазирезонансного взаимодействия излучения с биообъектами.

4. ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

166 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

Разработка новых принципов генерации сверхкоротких и мощных импульсов излучения, а также разработка необходимой элементной базы и измерительной аппаратуры для создания и исследований аппаратуры мощных генераторов излучения.

4.3. ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕДЕНИЯ НИР НА ПЕРСПЕКТИВУ

Проведение поисковых исследований по изучению характеристик распространения сверхкоротких и мощных импульсов излучения в поглощающих средах, а также по разработке методов и способов моделирования взаимодействия таких излучений с радиотехническими и биологическими объектами (оценка результатов).

Целесообразно сосредоточить усилия физиков, занимающихся проблемой взаимодействия СВЧ излучения с радиотехническими и биообъектами, на следующих важнейших исследованиях в области:

• разработки и теоретических исследований моделей входных цепей приемных устройств радиолокаторов, систем радиосвязи и навигационных бортовых приемников, а также чувствительных элементов ЭВМ;

• выбора диапазонов волн для теоретического моделирования СВЧ воздействия на входные цепи в сосредоточенном и интегральном исполнении;

• анализа принципов генерации при оптимальном выборе характеристик СВЧ устройства, пригодного для проведения экспериментальных исследований;

• разработки мощного релятивистского генератора сверхкоротких импульсов с переменной мощностью в импульсе;

• создания рабочего макета мощного широко диапазонного релятивистского СВЧ-генератора и проведение его испытаний;

• экспериментальной проверкирезультатов теоретических расчетов воздействия и, в частности, анализа деградации параметров входных СВЧ цепей в зависимости от уровня падающей мощности, частоты и длительности воздействий;

• исследований ослабления пучков излучения СВЧ мощных и коротких СВЧ-импульсов в земной атмосфере;

• экспериментов по воздействию СВ Ч коротких и мощных импульсов на входные цепи приемных устройств и ЭВМ;

• создания полупромышленного образца мощного излучателя для электронного воздействия на отдельные радиотехнические системы (связь, локация, вычислительная техника);

• экспериментальных исследований воздействия СВЧ мощных сверхкоротких импульсов на биологические объекты растительного и животного происхождения.

Современный уровень развития методов генерации мощных электромагнитных импульсов и способов формирования радиоизлучения определил возможность разработок широкого класса систем и средств направленной энергии. В области разработок электромагнитных систем и средств воздействия на биологические объекты (человека) и окружающую среду и для силовых систем в области радиоэлектронной борьбы (РЭБ) наиболее известны следующие: электромагнитные средства летального действия, средства генерации большой мощности для силовых систем РЭБ, электромагнитные средства нелетального действия и средства направленного электромагнитного воздействия на окружающую среду.

В первой части статьи освещаются вопросы совершенствования методов генерации мощных электромагнитных импульсов для создания силовых систем радиоэлектронного подавления различного типа радиоэлектронных систем (РЭС) и, особенно, систем современного высокоточного оружия. Это является чрезвычайно актуальной проблемой в развитии перспективного вооружения и военной техники. Рассматриваются методы и способы генерации наносекундных мощных импульсов, в том числе:

• сделано теоретическое обоснование

возможностей метода генерации наносекундных мощных импульсов и их основных параметров для возможного практического их использования при создании перспективных систем силовой радиоэлектронной борьбы поражения РЭС;

• приведены результаты зарубежных и отечественных исследований создания генераторов СВЧ-импульсов микро- и наносекундной длительности и сверхкоротких электромагнитных импульсов, а также электромагнитных излучателей с запиткой их от взрывомагнитных генераторов тока;

• представлены варианты СВЧ-оружия, используемые в практике за рубежом, а также приведены примеры создания средства направленного электромагнитного воздействия на человека в интересах борьбы с терроризмом.

Во второй части статьи по материалам Интернета освещаются вопросы геофизических

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

возмущений в ионосфере, создаваемые естественным и искусственным путем как источников мощного воздействия в природе. Дается соответствующее описание преднамеренных методов и средств воздействия на окружающую среду (РЛС типа HAARP) и направления радиомониторинга излучения нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы.

В заключительной третьей части статьи ориентировочно формулируются проблемы и пути решения возможных (ожидаемых) направлений развития методов воздействия электромагнитного излучения на физические объекты и окружающую среду.

1. Быстров РП, Черепенин ВА. Теоретическое обоснование возможностей применения метода генерации мощных наносекундных импульсов электромагнитного излучения при создании радиолокационных систем борьбы для поражения объектов. Вестник Академии военных наук, 2010, 3(32):126-130.

2. Быстров РП, Черепенин ВА. Теоретическое обоснование возможностей применения метода генерации мощных наносекундных импульсов электромагнитного излучения при создании радиолокационных систем. Электронный «Журнал радиоэлектроники» ИРЭ им. ВА. Котельникова РАН, 2010, 4:1-22, (0421000114\0012), http://jre.cplire. m/jre/apr10/5/text.pdf.

3. Осипов МЛ. Сверхширокополосная

радиолокация. Радиотехника, 1995, 3:3-6 (а.с. СССР №:1080246, 862800, 1979, патент России № 2107384, 1998).

4. Бункин БВ, Реутов АП. Направления развития радиолокационных систем. Наукоемкие технологии, 2002, 4:8-12.

5. Дикарев ВИ, Замарин АИ, Рахматуллин АМ, Косырев ДФ, Родин ДФ. Фазовый пеленгатор. Патент 2165628 Россия, МПК 7 G 01 S 3/00, 3/46/ Воен. Инж.-косм. Ун-т № 2000102155/09; Заявл. 26.01.2000; Опубл. 20.04.2001.

6. Иностранная печать об экономическом, научнотехническом и военном потенциале государств — участников СНГ и технических средствах его выявления. Сер. Технические средства разведывательных служб капиталистических государств. ЕИБ ВИНИТИ, 1998, 9:25-32.

7. О программе модернизации радаров системы ПВО Словакии. IHS Jane’s International Defense Review, 2007, 1:25.

8. О роли средств наведения и контроля за

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА 167 ПРЕДНАМЕРЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

воздушным пространством при управлении боевыми действиями авиации. Millittary Technology,

9. Осипов МЛ. Сверхширокополосная

радиолокация. Радиотехника, 1995, 3:3-6.

10. Бункин БВ, Гапонов-Грехов АВ, Ельчанинов АС, Загулов ФЯ, Коровин СД, Месяц ГА, Осипов МЛ, Отливанчик ЕА, Петелин МИ, Прохоров АМ, Ростов ВВ, Сараев АП, Сисакян ИП, Сморгонский АВ, Суворов ВА. Радиолокатор на основе СВЧ-генератора с релятивистским электронным пучком. Письма вЖТФ, 1992, 18(9):61-64.

11. Clunie D. et al. In: Strong Microwaves in Plasma, ed by A.G. Litvak (Institute of Applied Physics, Nizhny Novgorod), 1996, v. 2, p. 886.

12. Губанов ВП, Коровин СД, Пегель ИВ, Ростов ВВ, Степченко АС, Ульмаскулов МВ, Шпак ВГ, Шунайлов СА, Яландин МИ. Генерация мощных наносекундных импульсов электромагнитного излучения. Письма в ЖТФ, 1994, 20(14):89-93.

13. Ван Трис Г. Теория обнаружения оценок и модуляции.

Т.1. М., Сов. радио, 1974.

14. Тихонов ВИ. Оптимальный прием сигналов. М.,

Радио и связь, 1983.

15. Иванов-Холодный ГС., Никольский ГМ. Солнце и ионосфера. М., Наука, 1969, с. 456.

16. Данилов АД. Химия, атмосфера и космос. Л., Гидрометеоиздат, 1968, с. 130.

17. Ратклиф ДжА, Уикс К. Ионосфера, гл. 9, с. 339418. В сб.: Физика верхней атмосферы. М., Физматгиз,

18. Грингауз КИ. (ред.) Распределение электронной концентрации в ионосфере и экзосфере. Сб. докладов межд. курсов НАТО. М., Мир, 1964, с. 501.

19. Грингауз КИ. (ред.) Электронная концентрация в ионосфере и экзосфере. Сб. статей. М., Мир,

20. Бауэр ЗИ, Рид Дж и др. Распределение электронов в верхней атмосфере. М., Мир, 1969, с. 520.

21. Лазутин ЛЛ. Авроральная магнитосфера. В кн. Модель космоса. Под ред. Панасюка МИ, Новикова ЛС., Т.1, гл. 3.5, с. 547-578. М., Книжный дом университета, 2007.

22. Военное обозрение, http://topwar.ru.

23. Ермакова НО. Немаксвелловский

характер функций распределения частиц в высокоширотной магнитосфере и проблемы образования авроральных структур. Дисс. на соиск. уч. ст. к. ф.-м.н. М., НИИЯФ МГУ, 20077.

24. Исаев С.И. Морфология полярных сияний. Л., Наука,

25. Исаев СИ, Пудовкин МИ. Полярные сияния и процессы в земной магнитосфере. Л., Наука, 1972, с. 244.

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

168 БЫСТРОВ Р.П., ДМИТРИЕВ В.Г., ПОТАПОВ А.А., ПЕРУНОВ Ю.М., ЧЕРЕПЕНИН В.А.

26. Корнилова ТА, Корнилов ИА, Корнилов ОИ. Структура и динамика авроральных интенсификаций в двойном овале: суббуря 26 декабря 2000. Геомагнетизм и аэрономия, 2006, 46(4):477-484.

27. Лазутин ЛЛ, Козелова ТВ. Структура суббуревых активаций в области квазизахвата. Космические исследования, 2004, 42(4):309-311.

28. Николе М. Аэрономия. М., Мир, 1964, с. 300.

29. Иванов-Холодный ГС. (ред.) Исследования верхней атмосферы с помощью ракет и спутников. М., Мир, 1961, с. 472.

30. Кисляков А. Генералы озоновых дыр. Военнопромышленный курьер, 2014, 31(549). http://vpk-news.ru/articles/21561.

31. Погодное и психотропное оружие HAARP,

32. Принять смерть «из рук матушки природы»: www. inomir.ru/future/others/58179.html.

33. Испытание секретного геофизического оружия на Аляске. Хроники и комментарии. http://operkor. wordpress.com/2010/03/23.

34. Бородин СА. HAARP, гл. 9. В кн. Секретные технологии, новый мировой порядок и НЛО. 2010, http://rawiki.trexlebov.ru/index.php/категория: совершенно секретно.

35. Бородин СА. Электромагнитные штыки американского гегемонизма. В кн. Манифестация античеловечности. М., Шемшук и К, 2011, с. 176.

36. Адушкин ВВ, Козлов СИ. Это — миф. Или все-таки реальность? Критический взгляд на геофизическое оружие. Независимая газета, 21.04.2006. Военное обозрение. http://nvo.ng.ru/ armament/2006-04-21/6_weapontheyfear.html.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

37. Николаев АИ. Вашингтон готовит глобальное оружие. Газета «Правда” № 99 за 6-9.09.2002, http://www.gazeta-pravda.ru/.

38. Астраханкина ТА. Остановить ХАРП! Газета «Правда» №100 за 10-11.09.2002, www.gazeta-pravda.ru.

39. Перунов ЮМ. Ангелы и плазмоиды. Газета «Правда» № 109 за 1-2.10.2002, www.gazeta-pravda. ru — за 1-2.10.2002.

40. Волоков А. Темный лик горящей плазмы. Советник Президента, 2002, № 4.

41. Поповкин ВА, Мясников В. Эксперимент с разогревом атмосферы и непредсказуемыми последствиями. Газета «Время МН», 22.02.2002.

42. Волопасов М. На Аляске создается геофизическое оружие. Военно-промышленный курьер, 2007.

43. Дмитриев ВГ, Земский ЮА, Перунов ЮМ. Направления радиомониторинга излучения нагревных стендов и вторичного излучения ионосферы. Груды IV Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», 2010, ИРЭ РАН, с. 156-160.

44. Лаверов НП, Зецер ЮИ. Активные эксперименты в ионосфере с использованием энергии радиоволн ВЧ диапазона. Изменение окружающей феды, том 7. М., ИФЗ РАН, 2008, с. 276. 2008, 7:11-30.

45. Дмитриев ВГ, Перунов ЮМ. Методы обнаружения и определения параметров сигналов нагревных стендов и вторичного излучения возбужденной ионосферы. Проблемы взаимодействующих геосфер. Сб. научных трудов. Москва, ГЕОС, 2009, с. 338-348.

46. Кукес ИС., Старик МЕ. Основы радиопеленгации. М., Советское радио, 1964, 640 с.

Быстров Рудольф Петрович

д.т.н, проф, вед. неуч, сотрудник, акад. РАЕН Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

11/7, ул. Моховая, 125009 Москва, Россия +7 495 629-3406, rudolf@cplire.ru Дмитриев Владимир Григорьевич

к.т.н., ст. науч. сотрудник

Институт динамики геосфер РАН

38/1, Ленинский просп., 119334 Москва, Россия

+7 495 939-7989, w-dmitriev@yandex.ru

Потапов Александр Алексеевич

д.ф-м.н, гл. неуч. сотрудник, акад. РАЕН

Институт радиотехники и электроники им. В.А.

11/7, ул. Моховая, 125009 Москва, Россия +7 495 629-3406, potapov@cplire.ru Перунов Юрий Митрофанович

д.т.н, проф., гл. неуч. сотрудник

Институт динамики геосфер РАН

38/1, Ленинский просп., 119334 Москва, Россия

+7 495 939-7989, w-dmitriev@yandex.ru

Черепенин Владимир Алексеевич

д.ф.-м.н, проф, чл.-корр. РАН, акад. РАЕН, зам. директора

Институт радиотехники и электроники им. В.А.

11/7, ул. Моховая, 125009 Москва, Россия +7 495 629-3406, cher@cplire.ru

2 НОМЕР | ТОМ 6 | 2014 | РЭНСИТ

ELECTROMAGNETIC SYSTEMS AND MEANS OF DELIBERATE INTERFERENCE TO PHYSICAL AND BIOLOGICAL OBJECTS

Bystrov Rudolf P., Potapov Alexander A., Cherepenin Vladimir A.

Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, http://www.cplire.ru

11/7, Mokhovaya str., 125009 Moscow, Russian Federation

+7 495 629-3406, rudolf@cplire.ru, potapov@cplire.ru, cher@cplire.ru

Dmitriev Vladimir G., Perunov Yury M.

Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences, http://idg.chph.ras.ru 38/1, Leninsky prosp., 119334 Moscow, Russian Federation +7 495 939-7989, w-dmitriev@yandex.ru

Modern development level of generation methods of powerfull electromagnetic impulses and radiation forming ways defines development possibility of wide class of directed energy systems and means. In electromagnetic systems and means impacted on biological objects (human) and environment development area and for force systems in electronic warfare (EW) area the following in most known: electromagnetic means of lethal effect, large power generation means for force systems of EW, electronic means of non-lethal effect and means of directed electromagnetic effect on environment.

In the first part of the paper questions of powerful electromagnetic impulses generation improvement for force systems creation of radio-electronic suppression of different kinds of radio-electronic systems (RES) and especially systems of modern high-precision weapon are highlighted. It is exceedingly important problem in perspective armament and military equipment development. Methods and ways of powerfull nanosecond impulses generation are discussed. It contains the following works:

— theoretic justification of powerful nanosecond impulses generation method abilities and they’s main parameters for possible practical use in perspective systems of force electronic warfare of RES termination development is made;

— results of foreign and domestic researches of creation of nano- and microsecond duration UHF-pulses and ultra-thin electromagnetic pulses and also electromagnetic radiators with magnetoimplosive current generators supply are given;

— the variants of UHF weapon used abroad are presented and also examples are given for creation of means of directed electromagnetic impact to human for the fight against terrorism.

In the second part of the paper basing on interactive materials, issues of geophysical perturbations in ionosphere made naturally and artificially are highlighted as powerfull impact sources in nature. Corresponding description of deliberate methods and means of impact to environment (HAARP type of RLS) and directing of radiation heating stands and secondary ionosphere radiation radiomonitoring is given.

In the final third part of the paper problems of possible (expected) development directions of electromagnetic radiation impact on physical objects and environment methods and they’s ways of solving are approximately formulated.

Keywords: generators, electromagnetic radiation, electromagnetic suppression systems, physical objects, ionosphere, radiomonitoring, geophysical perturbation, heating stands.

PACS: 78.70.Gq, 84.90.+a, 89.20.Dd, 92.70.Mn, 93.90.+y, 94.20.Tt DOI: 10.17725/RENSITe.0006.201412a.0129

Bibliography — 46 references Received 12.11.2014

RENSIT, 2014, 6(2):129-169________________________________________________________________________

РЭНСИТ | 2014 | ТОМ 6 | НОМЕР 2

Излучение

В зависимости от их способности причинять вред организму излучения делятся на два вида — ионизирующее и неионизирующее излучения.

Неионизирующее излучение включает, например, инфракрасное излучение, радио- и микроволны, ультрафиолетовое излучение. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение также может быть ионизирующим, но легко экранируется, например, одеждой, а также кожей. Подробнее об этих видах излучений можно прочитать в других разделах этого сайта.

Ионизирующее излучение , или радиоактивность, или радиоактивный распад, характеризуется испусканием атомами частиц или энергии. Такую субстанцию называют радиоактивным материалом. Образно радиоактивное вещество можно сравнить с открытой машиной для поп-корна, из которой хаотично во всех направлениях выбрасываются частицы. В отличие от выбрасываемого поп-корна, радиоактивная частица невелика и обладает высокой энергией. В случае попадания такой частички в человека она оказывает ионизирующее воздействие на атомы живых тканей, то есть способна «повредить» их атомы.

Ионизирующее излучение ежедневно сопутствует человеку. Оно сопровождало человека в ходе его эволюции и, по мнению некоторых ученых, даже способствовало развитию человека. Наряду с естественными источниками радиации современный человек также подвергается воздействию радиоактивности из искусственных источников.

Естественная доза радиации состоит главным образом из радиации от почвы и строительных материалов, космической радиации, а также радионуклидов и радона, попадающих в организм человека. Последние два компонента составляют около половины естественной дозы облучения. В Эстонии пропорции радона могут быть еще выше в зависимости от районов с повышенным распространением радона. Радионуклиды попадают в организм через пищу и воду.

Фон космического излучения при определенных профессиях может быть основным источником годовой дозы облучения работника. На пример, на высоте 15 км, где летают пассажирские самолеты, уровень радиации составляет 10 Зв/ч (микрозивертов в час). На той же высоте над уровнем моря 0,03 Зв/ч (МАГАТЭ).

Таблица. Радиоактивное излучение подразделяется на три класса.

Альфа-частицы обладают сильной энергией, но недолговечны. Не могут даже проникать сквозь бумагу. Кожа также останавливает альфа-частицы.

Бета-частица намного меньше альфа-частицы и может проникать гораздо глубже в материалы и живые ткани. Она также обладает большей энергией и в связи с этим большей способностью наносить урон. Бета-частицы останавливает, например, алюминиевая бумага, пластик, стекло или кусок дерева.

Фотоны с очень высокой энергией, являющиеся радиоактивным излучением с наивысшей проникающей способностью. Чтобы остановить их, нужен толстый слой плотного вещества (например, свинец или сталь) или большое количество грунта или бетона.

При внешнем контакте с телом не представляет большой опасности. Представляет большую опасность, если попадает в организм при вдыхании или проглатывании. Например, радон (опасность состоит при вдыхании)

1) при попадании внутрь и

2) воздействии снаружи на кожу. Может вызвать вредные «бета-воспаления» на коже и причинить вред также подкожной кровеносной системе. Обычно, однако, не проникает глубже кожного покрова. Представляет большую опасность, если попадает в организм при вдыхании или проглатывании (например, пища загрязнена).

Гамма-излучение может причинить вред организму, и не попадая внутрь. Опасно для всего организма как при наружном, так и при внутреннем воздействии. Может причинить организму сильный и непоправимый вред.

1) закрытые сосуды.

Альфа-излучение обычно задерживает одежда или внешние слои кожи. На рабочих местах с повышенным уровнем риска альфа-излучения необходимо соблюдать требования гигиены и процедуры очистки загрязнений.

1) закрытые сосуды,

2) локальное экранирование и

3) отслеживание времени контактирования.

Чтобы обеспечить безопасность на рабочих местах с повышенным уровнем риска бета-излучения, необходимо соблюдать требования гигиены и процедуры очистки загрязнений.

1) отойти подальше от источника излучения;

3) минимизация времени контакта.

Одежда для химзащиты не обеспечивает защиты от гамма-излучения, но в то же время дыхательные маски (фильтры) и ношение защитной одежды также препятствуют тому, чтобы радиоактивные материалы попадали в организм.

Гамма-излучение невозможно полностью остановить экранированием — можно только снизить его интенсивность. Коэффициент экранирования гамма-излучения зависит от материала экрана и его толщины.

Главными источниками радиоактивного излучения являются, например:

  • медицинское рентген-излучение,
  • радиоактивное загрязнение, возникающее при испытании ядерного оружия в атмосфере,
  • выброс радиоактивных отходов атомной промышленности в окружающую среду,
  • промышленное гамма-излучение,
  • другие источники, например, потребительские товары.

В Эстонии с радиоактивностью в связи с профессиональной деятельностью можно столкнуться в основном в двух случаях:

  • несоблюдение или игнорирование правил безопасности при обращении с радиоактивными отходами и аварии при транспортировке, несоблюдение мер безопасности при работе с источником излучения.

Помимо указанных выше, источниками риска могут считаться также атомные электростанции, расположенные в соседних странах, которые в случае аварии также представляют угрозу для населения Эстонии (Ловийса в Финляндии и Сосновый Бор).

Последствия для здоровья

Радиоактивность может воздействовать на человека в основном двумя способами: изнутри и извне. При воздействии извне излучение исходит от радиоактивного материала, который облучает тело человека альфа-, бета- или гамма-излучением. Внутреннее облучение имеет место после пребывания в радиоактивно загрязненной среде

  • радионуклиды, попавшие в организм при вдыхании или проглатывании, продолжают свою «работу по облучению», находясь внутри человеческого тела. Например, радионуклиды могут осаждаться на поверхности земли из атмосферы, а затем попадать в пищевую цепочку или в питьевую воду.

Чертеж. Попадание радиоактивно загрязненных частиц в организм (кликните по изображению, чтобы увеличить его).

Чертеж. Среднегодовая доза облучения исходит от этих источников (IAEA) (кликните по изображению, чтобы увеличить его)

Освобождающаяся при радиоактивном распаде энергия представляет опасность для биологических тканей (для человека). Излучение повреждает генетический материал внутри клетки, что создает опасность появления опухолей. Чем больше облучение, тем больше урон, причиненный клеткам тела. Генетический ущерб передается из поколения в поколение и представляет опасность для здоровья будущих поколений.

После получения большого количества радиации в течение нескольких дней появляются тяжелые симптомы и может даже последовать смерть при более высокой дозе (если во время инцидента была получена доза, более чем в 1000 раз превышающая годовую). При получении умеренной дозы облучения последствия могут сразу не проявиться, но проблемы со здоровьем могут начаться по прошествии нескольких лет.

Все люди ежедневно получают небольшие дозы облучения из окружающей среды, однако это не сказывается негативно на их здоровье.

Насколько вредно облучение, зависит в основном от дозы и времени облучения. Доза зависит от интенсивности источника излучения, от того, насколько близко к нему находится человек и в какой мере человек защищен средствами индивидуальной защиты.

После получения облучения могут проявиться следующие симптомы:

  • повреждения на коже от покраснения до ожога,
  • раны и кровотечения на слизистых оболочках рта, носа и желудочно-кишечного тракта,
  • тошнота, рвота, диарея,
  • тремор рук, судороги,
  • головные боли, слабость, сердцебиение,
  • выпадение волос на голове и на теле,
  • потеря аппетита, апатия, депрессия (нарушение кроветворной системы).

В группу риска входят беременные женщины, поскольку радиоактивное излучение может отрицательно сказаться на развитии плода. Высокие дозы радиации могут привести к гибели плода или серьезным его повреждениям. По данным ICRP, существует прямая связь между задержкой умственного развития ребенка и дозой облучения, полученной во время внутриутробной жизни. Также, если человек подвергался радиоактивному облучению до рождения, возрастает риск развития у него злокачественных новообразований.

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение является естественной частью жизненной и рабочей среды человека, поэтому люди сталкиваются с ним регулярно. Например, когда человек находится на солнце, инфракрасная часть солнечного излучения создает ощущение тепла. Также при топке (каменной) печи от нагревшихся камней исходит инфракрасное излучение. Когда двое или более человек в обнаженном виде находятся рядом друг с другом, они чувствуют исходящее от них тепло (инфракрасное излучение).

Многие производственные процессы требуют интенсивного нагревания, что увеличивает воздействие инфракрасного излучения на работников, связанных с этими процессами, по сравнению с занятыми других отраслях промышленности. Примерами таких процессов являются, например, пожаротушение, выпечка, выдувка стекла, сушка, сжигание, сварка, формовое литье, плавка и др. работы, связанные с железом. Также источниками сильного инфракрасного излучения являются промышленные, медицинские и лабораторные лазеры.

Таблица. Примеры инфракрасного излучения в связи с профессиональной деятельностью.

источник

действия и сталкивающиеся лица

экспозиция

работа под открытым небом: земледельцы, строительные рабочие, моряки и др.

сушка чернил и краски, обычное освещение

10 5 -10 6 Вт / м² /sr

сушка, выпечка, нагревание, копировальные машины

50-200 Вт/м² (на расстоянии 50 см)

процессы печати, проекционные системы, прожекторы, персонал лабораторий

работы, связанные с железоплавильными печами

промышленная сушка и нагревание

10 3 -8×10 3 Вт / м²

инфракрасные лампы для больниц

Инфракрасное излучение (также инфракрасный свет) не воспринимается зрением человека, начиная с 780 нанометров (последние красные длины волн, которые способен видеть человек). Глаз человека в состоянии воспринимать только очень небольшую часть (400-780 нм) всего электромагнитного спектра, эта область различается по цветам: фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Инфракрасное излучение иногда называют тепловым излучением, потому что некоторые из его длин волн могут восприниматься человеком как ощущение тепла на коже.

Инфракрасное излучение подразделяется (согласно ISO 20473) на три области (кликните по рисунку):

ближняя 0,78-3 м, средняя 3-50 м и дальняя 50-1000 м.

Чертеж. Расположение инфракрасного излучения в электромагнитном спектре (кликните по изображению, чтобы увеличить его)

Последствия для здоровья

Поскольку оптическое излучение обычно не проникает очень глубоко в биологические ткани, больше всего внимания следует уделять глазам и коже. При инфракрасном излучении обычно возникает тепловой эффект.

Глаза

В целом глаза человека хорошо защищены от естественного оптического излучения, в том числе от солнечного. Эта защита распространяется и на яркое искусственное освещение. Излучение в основном поражает сетчатку глаза, поскольку внутренняя часть глаза прозрачна для света. Однако прозрачность хрусталика глаза может снизиться, если смотреть прямо на яркий источник в ближнем инфракрасном диапазоне.

Повреждение хрусталика происходит на длинах волн ниже 3 м (яркий ближний инфракрасный и видимый свет). Чем длиннее длина волны инфракрасного излучения, тем меньше оно достигает глазного дна. Среднее и дальнее инфракрасное излучение в основном поглощается роговицей глаза. Однако поглощение роговицей длинноволнового инфракрасного излучения может привести к повышению температуры в глазу. Интенсивное излучение в дальнем инфракрасном диапазоне может вызвать ожоги роговицы, подобно ожогам кожи. Впрочем, такие ожоги случаются редко, потому что сначала возникает болезненная реакция. Тепловое повреждение глаза — это, например, катаракта (помутнение хрусталика), которая чаще встречается у стеклодувов, чем у других профессий.

Инфракрасное излучение не проникает очень глубоко в тело. Поэтому при интенсивном инфракрасном излучении в основном возникает локальный термический эффект и даже ожоги. В частности, длинноволновое инфракрасное излучение может вызвать высокие температуры и ожоги кожи на обнаженной части тела. Поскольку кожа также способна рассеивать тепло, время, в течение которого возникают неблагоприятные эффекты, зависит от интенсивности и времени воздействия. Например, инфракрасное излучение мощностью 10 кВт/м² вызывает болевую реакцию за пять секунд; 2 кВт/м² — примерно за 50 секунд. Если воздействие длится долгое время, тепловая нагрузка на тело может оказаться высокой, особенно если тепло получает все тело (например, при работе перед железоплавильной печью). Это может привести к дисбалансу механизма терморегуляции в организме. Переносимость такой среды также зависит от индивидуальной переносимости работника и условий окружающей среды (влажность, скорость движения воздуха) . Не выполняя физическую работу, человек может переносить 300 Вт/м² за 8-часовой рабочий день, а при тяжелой физической работе — всего 140 Вт/м².

Таблица. Чувствительные к инфракрасному излучению органы

Тип инфракрасного излучения

в глазу

на коже

Профилактика

Инфракрасное излучение обычных ламп или большей части промышленного оборудования не представляет опасности для работников. Однако на определенных рабочих местах, где используются специальные лампы, обогреватели и другие источники инфракрасного излучения, рабочий процесс может нанести вред здоровью рабочих.

Самая эффективная защита от инфракрасного излучения — это полное экранирование источника излучения. Следует также обратить внимание на тепловые мосты нагрева, которые могут возникнуть под воздействием источника. В большинстве случаев термоэкранирование источника излучения приводит рабочую среду в соответствие с предельными значениями. В других случаях необходимо использовать средства индивидуальной защиты. К термически экранирующим средствам индивидуальной защиты относятся:

  • маска для лица или защитные очки,
  • термокостюм,
  • термоперчатки, термообувь и головные уборы.

В исключительных случаях, когда условия труда не позволяют использовать предварительные меры защиты, необходимо для защиты работников принять меры по организации труда. Можно, например, ограничить доступ работников на слишком «горячие» участки работы. Можно также уменьшить потребляемую мощность источника тепла на то время, в течение которого работники должны находиться около него. Сокращение рабочего времени, удлинение перерывов и сменная работа также могут быть использованы для минимизации времени воздействия излучения на одного работника. Следует учитывать, что работа в жаркой среде может вызвать у человека тепловой стресс, вследствие чего ему требуется больше времени отдыха для восстановления.

При оценке биологического влияния инфракрасного излучения необходимо учитывать длину волн, интенсивность источника излучения и время его воздействия на работника. Предельные нормы в основном защищают сетчатку и роговицу от вредного термического воздействия. Также предельные нормы защищают от пролонгированного вредного воздействия на хрусталик.

Работодатель обязан определить источники инфракрасного излучения в рабочей среде. В случае их выявления необходимо оценить и при необходимости измерить уровень излучения и, если это необходимо, принять меры по ограничению излучения до предельных норм. Обычные источники света на предприятии не рассматриваются в качестве факторов риска.

Работодатель должен проинформировать работников обо всех факторах риска и потребовать использования средств индивидуальной защиты, а также обеспечить перерывы для отдыха глаз.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение (называемое также ультрафиолетовым светом) близко к синим длинам волн видимого света. Если видимый свет имеет длину волн 400-780 нм (нанометров), то длина волн ультрафиолетового света составляет менее 400 нм (кликните также на прилагаемый рисунок).

Ультрафиолетовый свет делится на три области: UVA (315-400 нм), UVB (280-315) и UVC (100-280 нм). Из них UVA-свет в определенной мере входит и в состав белого света обычных ламп.

Хотя человек не видит ультрафиолетовый свет, в более темном помещении он может замечать излучающие УФ-свет материалы (например, защитные элементы на денежных купюрах).

Где встречается ультрафиолетовое излучение?

Наружные работы

По ходу своей профессиональной деятельности человек в основном сталкивается с ультрафиолетовым излучением при выполнении наружных работ. Сила УФ-излучения зависит от времени года и толщины озонового слоя.

От солнца земли достигает в основном UVA-свет, интенсивность UVВ-света, достигающего земли, уже намного меньше. UVС-свет полностью поглощается в верхних слоях атмосферы, поэтому земли он не достигает. По этой причине человек приспособился в определенной мере выносить UVA- и UVВ-излучение.

Чертеж. В наибольшей степени человек подвержен УФ-излучению (UVA и UVВ) при выполнении наружных работ, где при длительном времени работы необходимо позаботиться о том, чтобы не пострадали кожа и глаза.

Дуговая сварка

Дуговая сварка является одним из наиболее распространенных источников искусственного УФ-излучения с очень высоким уровнем излучения. Острое воздействие на глаза и кожу может проявиться в течение 3-10 минут на расстоянии нескольких метров. Поэтому защита глаз и кожи является обязательной.

Промышленные УФ-лампы

УФ-лампы используют во многих промышленных процессах: при отверждении клея, пластика, краски. Конструкция таких ламп обычно предусматривает экранирование, чтобы исключить облучение работников, однако при игнорировании правил безопасности или в случае аварии облучение все же может произойти.

УФ лампы ( т . н . black-light)

Ультрафиолетовые лампы низкой интенсивности, вызывающие свечение определенных материалов, могут использоваться для проверки денежных купюр и документов, для проверки составных частей порошков, в качестве элемента интерьера в ночных клубах и других местах. Такие лампы не представляют опасности для человека, кроме отдельных случаев, когда кожа обладает повышенной чувствительностью.

Медицинские УФ-лампы

УФ-излучение широко используется в медицине для диагностики и лечения заболеваний. УФ-свет позволяет лучше видеть повреждения и заболевания кожи определенного типа.

УФО-терапия применяется, например, для лечения псориаза, экземы, пигментных пятен и др. дерматологических проблем.

Персонал, использующий УФ-излучение как в диагностических, так и в терапевтических целях, должен пройти соответствующее обучение, чтобы правильно выбрать дозу облучения.

Бактерицидные UVC-лампы

Противомикробные (бактерицидные) УФ-лампы считаются одним из самых эффективных методов стерилизации. Они излучают свет на длинах волн UVC, уничтожающий летающие в воздухе и находящиеся на рабочих поверхностях и инструментах микроорганизмы. UVC-лампы используются в основном в больницах, а также в микробиологических лабораториях. Необходимо, чтобы размещение ламп, рабочие процедуры и использование средств индивидуальной защиты обеспечивали безопасность работников.

Солярии

Для искусственного загара в соляриях используют длины волн UVA, однако в облучении присутствует и UVВ-излучение. Некоторые новые модели изготовлены для производства более интенсивного UVB-излучения.

Регулярное посещение солярия может существенно повысить годовую дозу УФ-облучения человека. Защита глаз необходима как посетителям, так и работникам солярия.

Энергосберегающие лампы

Как показывают исследования, в небольших количествах УФ-излучение (наряду с UVA также UVB и немного UVC) присутствует и в некоторых энергосберегающих лампочках. Если такие энергосберегающие лампочки оказываются в поле зрения глаз и человек находится рядом с ними, их UVB и UVC вызывают снежную слепоту. Однако, как правило, энергосберегающие лампочки не представляют собой опасности, так как в большинстве из них UVB и UVC отфильтровываются.

Последствия для здоровья

Под действием UVB-света кожа вырабатывает витамин D3, который наряду с кальцием играет важную роль в здоровье опорно-двигательного аппарата. Однако доза UVB-света, необходимая для достижения указанного эффекта, зависит от:

  • количества витамина D в пище человека,
  • типа кожи,
  • использования средств защиты (одежды),
  • географической широты,
  • времени суток (УФ-излучение более интенсивно в полдень) и времени года (УФ-излучение интенсивнее в середине лета).

Об ущербе здоровью, вызванном УФ-излучением, человек может узнать с помощью своих органов чувств только после того, как неблагоприятные последствия уже произошли.

Неблагоприятные последствия УФ-излучения могут быть острыми (или внезапными и немедленными), длительными после большой дозы и после хронического воздействия (регулярно получает больше, чем допустимо, чтобы организм мог полностью восстановиться).

Воздействию UVC-излучения человек подвергается только из искусственных источников, таких как бактерицидные лампы. UVB-излучение считается наиболее опасным для человека УФ-излучением, поскольку чрезмерные дозы могут повредить кожу и глаза.

Кожа

Низкое количество UVB-излучения, попадающего на землю через атмосферу, вызывает, например, солнечные ожоги и другие биологические последствия.

Хотя UVA-излучение проникает глубже всего через кожу, оно не чревато столь сильными негативными биологическими последствиями, как UVB и UVC.

Солнечный ожог, или ожог кожи, является признаком кратковременного чрезмерного воздействия УФ-излучения, в то время как преждевременное старение кожи и рак кожи являются признаком хронической передозировки УФ-излучением. Преждевременное старение происходит, когда под действием большого количества UVA кожа теряет эластичность и становится морщинистой.

УФ-излучение ослабляет также иммунную систему, повышая восприимчивость к кожным инфекциям.

Глаза

Когда в глаз попадают прямой или отраженный солнечный свет (в т. ч. УФ-излучение), конструкция зрачка, закрытие глаз и реакция прищуривания заботятся о том, чтобы защитить глаза от избыточного света. Однако эту реакцию вызывает видимый свет, а не УФ-свет, поэтому при воздействии только УФ-излучения подобная защитная реакция не происходит, и возникает риск повреждения ультрафиолетовым излучением.

Считается, что UVB-излучение усиливает катаракту (помутнение хрусталика), ведущую причину слепоты в мире. По оценкам ВОЗ, 20% случаев катаракты могут быть связаны с чрезмерным воздействием УФ-света.

Фотокератит, или фотоожог роговицы, и фотоконъюнктивит — это воспалительные реакции, которые вызывают боль в глазах и временную утрату четкости зрения. Однако они не оказывают длительного воздействия на глаза и зрение, и проблемы исчезают.

Снежная слепота — одна из острых форм фотокератита. Она наблюдается у работников, которые подвергаются воздействию более высокого уровня УФ-излучения на открытом воздухе — в случае отражения от поверхности в более высоких регионах. Например, снег может отражать до 80% УФ-излучения. В большинстве случаев поврежденные клетки глазного яблока восстанавливаются в течение нескольких дней, и зрение нормализуется.

Научные исследования показали, что некоторые виды рака глаз также могут быть связаны с продолжительным воздействием солнечного света.

Воздействие УФ-излучения на человека, как и других факторов риска рабочей среды, зависит от продолжительности облучения и интенсивности излучения. Свою роль в этом играет и то, насколько работник защищен от УФ-излучения в рабочей среде или в процессе работы — использование защитных очков и одежды.

Некоторые виды лекарств, такие как антибиотики, детские таблетки, продукты с перекисью бензоила и некоторые косметические средства, могут повысить чувствительность кожи к УФ-излучению.

Группой риска в отношении УФ-излучения, как и других оптических излучений (инфракрасного и лазерного излучения), считаются прежде всего несовершеннолетние и беременные лица. Необходимо учитывать также результаты медицинского осмотра работника: например, если у человека есть фоточувствительность (при которой кожа гиперчувствительна к ультрафиолету). В случае фоточувствительности для появления аллергической реакции (сыпь на коже или солнечные ожоги) достаточно минимального (несколько минут) воздействия УФ-света Солнца.

При оценке риска, связанного с УФ-излучением в рабочей среде, также должны учитываться химические вещества, чувствительные к УФ-излучению, и совокупное воздействие этих двух факторов. Например, затвердевание клея или пластика под УФ-светом при определенном стечении обстоятельств может негативно сказаться на здоровье работника.

тип УФ

В глазу

На коже

  • Фотокератит
  • Фотоконъюнктивит
  • Бельмо
  • пигмента
  • вызвано
  • повреждение сетчатки
  • Эритема
  • Эластоз (фотостарение)
  • Немедленное потемнение
  • от света
  • Рак кожи

Профилактика

Работодатель обязан установить источники УФ-излучения в рабочей среде. В случае их выявления необходимо оценить и при необходимости измерить уровень излучения и, если это необходимо, принять меры по ограничению излучения до предельных норм. Обычные источники света на предприятии не рассматриваются в качестве факторов риска.

Как правило, УФ-излучающие устройства оснащены защитными экранами и другими предохранительными средствами, которые снижают воздействие УФ-излучения на работника. Поэтому важно самовольно не снимать эти защитные средства во время работы.

Воздействие УФ-излучения на человека может быть в основном уменьшено за счет рабочей одежды и средств индивидуальной защиты, включая защитные очки, защитный щит с радиационным фильтром, перчатки и т.д. Одной защиты работника средствами индивидуальной защиты может оказаться недостаточно, если это возможно, то радиационный риск необходимо устранить на месте возникновения или свести его к минимуму.

Работодатель должен проинформировать работников обо всех факторах риска и потребовать использования средств индивидуальной защиты, а также обеспечить перерывы для отдыха глаз.

Измерение

УФ-излучение измеряется химическими или физическими детекторами, к которым часто добавляются различные фильтры для определения соотношения УФ-компонентов (UVA, UVB, UVC).

Лазерное излучение

Лазерное излучение — это оптическое излучение, которое может быть видимым и невидимым. Если длина волны лазерного луча находится в диапазоне 400-780 нм (нанометр), луч можно увидеть человеческим глазом. В то же время, когда воздух окружающей среды очищается от парящей пыли и других частиц, луч может стать невидимым, за исключением точки быстрого отражения на объекте цели. Невидимое лазерное излучение в основном является инфракрасным излучением, но существуют и ультрафиолетовые лазеры. Лазер с невидимым лучом делает опасным то обстоятельство, что, поскольку человек не видит луч, он не знает, как воспринимать опасность. При несчастном случае, когда, например, инфракрасный лазерный луч попадает в глаз, человек не воспринимает его как свет, т.е. не возникает защитной реакции (закрытие глаз, прищуривание, сокращение радужной оболочки), что может привести к необратимому повреждению глазного дна. Поэтому рабочие зоны лазерных приборов должны быть четко и надлежащим образом обозначены и необходимо следить за тем, чтобы луч не попал в стоящих рядом.

Лазерное излучение — это особый случай других оптических лучей, поскольку из-за своей высокой скорости лазер опасен даже для находящихся вдали от источника излучения. В то время как другая оптическая или невидимая световая энергия (например, от светильников) значительно рассеивается по мере увеличения расстояния.

Последствия для здоровья

Лазерное излучение характеризуется следующими физическими свойствами:

  • излучение происходит на одной определенной длине волны, в отличие от других светильников, которые в основном имеют широкий спектр;
  • электромагнитная волна, создаваемая лазером, является когерентной, т.е. все волны находятся в одной фазе;
  • точка источника излучения очень мала, а степень яркости луча очень велика.

Вследствие этих обстоятельств опасность лазера заключается в том, что за очень короткий промежуток времени можно направить очень большое количество энергии излучения на очень маленький участок (например, на поверхность кожи). Как следствие, повреждения могут получить кожа или другие биологические ткани.

Лазерное излучение, будучи искусственным светом, не способно проникать очень глубоко в организм, поэтому наиболее уязвимыми органами являются кожа и глаза. Лазеры со слабой силой излучения также могут представлять опасность, поскольку лазерный луч при попадании в глаз может повредить сетчатку.

Глаза

Даже при уровнях, значительно ниже предельных норм, отслеживание лазерного луча может раздражать глаза и приводить к утрате четкости зрения. Особое внимание следует уделить использованию лазера в дорожном движении, так как мгновенное ослепление, в свою очередь, может привести к дорожно-транспортному происшествию.

Наибольшую опасность для человека представляют лазеры на длинах волн 400-1400 нм — это лазеры видимого света (400-780 нм) и ближнего инфракрасного излучения (780-1400 нм). Поскольку система хрусталиков глаз действует в области видимого света, передняя часть глаз также не подавляет соответствующие длины волн. Поэтому лазерный луч проникает в сетчатку глаза и может вызвать ее повреждение.

Будет ли причинен ущерб и в какой степени, зависит от:

  • количества поглощенной энергии и от того, был ли это пульсирующий лазер,
  • в каком фокусном положении находился глаз и
  • из какого места лазерный луч попал в глаз.

В результате причинения вреда здоровью лазерным лучом зрение внезапно исчезает, и на мгновение становится видна яркая вспышка. Иногда может слышаться потрескивающий звук и ощущаться боль. Является ли повреждение устойчивым или нет, зависит от того, в какую точку глаза попадет лазерный луч. Например, повреждение периферии сетчатки может остаться незамеченным.

При несчастных случаях с более мощными лазерами повреждение глаза может не ограничиваться областью касания лазерной точки. Повреждения могут получить соединения зрительного нерва, сетчатка, и могут иметь место внутриглазные кровотечения.

Потому что повреждения, вызванные средним инфракрасным лазером, в основном связаны с термическим (или тепловым) излучением. Поскольку излучение среднего инфракрасного диапазона поглощается водой, большая часть энергии лазерного излучения поглощается, прежде чем достигнет задней части глаза.

Повреждения кожи

Повреждение кожи от лазера чаще всего ограничивается небольшим ожогом. В более легких случаях наблюдается только покраснение кожи, которое быстро проходит. Более длительное воздействие может привести к образованию волдырей, ожогов 3 степени и даже обугливанию кожных тканей.

Подкожные ткани в основном хорошо защищены от лазерного излучения. В то же время непрерывный лазерный луч очень большой мощности (более нескольких киловатт) может проникать сквозь кожу и повреждать подкожные ткани. Однако при соблюдении правил безопасности опасность такого несчастного случая минимальна.

Профилактика

Наибольшая доля несчастных случаев на производстве, связанных с лазерами, произошла во время экспериментальных работ в исследовательских лабораториях. В основном, их причиной является игнорирование правил безопасности.

Несчастные случаи были вызваны также лазерными дальномерами, используемыми в военных целях. Последние ввиду их большой мощности представляют угрозу как для обслуживающего их персонала, так и для гражданских лиц, находящихся на расстоянии нескольких километров.

Когда дело касается лазерного излучения, главным образом необходимо позаботиться о безопасности глаз. Работники, подвергающиеся воздействию лазерного излучения, должны носить защитные очки. Но даже при использовании защитных очков луч лазера никогда нельзя направлять в глаза.

Принципы общих мер предосторожности:

  • тщательное обучение персонала всем рискам и приемам безопасной работы,
  • если рабочий процесс позволяет, полностью экранировать лазерный луч от людей,
  • не направлять лазерный луч на людей,
  • использовать лазер под надзором,
  • условия хранения и транспортировки не должны повреждать лазер,
  • особые требования безопасности в зависимости от класса лазера,
  • надзор за соблюдением правил безопасности.

Наиболее распространенным средством защиты от лазерного излучения являются защитные очки. Используя их, следует обязательно проследить, чтобы очки были выбраны так, чтобы заблокировать те длины волн, на которых работает лазер. Необходимо следить за тем, чтобы защитные очки защищали от всех длин волн, создаваемых лазером. Отмечается, что спецификация более дешевых очков, которая прилагается к ним, не соответствует их фактическому диапазону защиты (длины волн).

В процессе сварки CO2-лазером в качестве побочного эффекта также возникает сильное ультрафиолетовое излучение. Поэтому весь процесс должен быть по возможности полностью отделен. Если экранирование невозможно, то все присутствующие лица должны носить средства индивидуальной защиты (защитную одежду, маску).

класс

длины волн

характеристика

требования безопасности

примеры

ультрафиолетовый, видимый свет, инфракрасный

Лазеры со слабой мощностью. Лазерное излучение также не представляет опасности в течение длительного периода воздействия. Сюда относятся также более сильные лазеры, которые работают внутри защитного кожуха и не извлекаются из него.

Безопасность обеспечена без принятия особых мер

игрушки, лазерные принтеры, CD- и DVD-плееры

ультрафиолетовый, видимый свет, инфракрасный до 500 мВт

удельная мощность превышает присущую 1 классу, но так как луч рассеивается, то лишь малая часть общей мощности лазера может попасть в глаз

Избегать смотреть на луч с помощью оптических вспомогательных средств (например, бинокля)

определенные беспроводные решения для передачи данных

видимый свет до 1 мВт

Лазеры малой мощности. Рефлекс закрытия глаз, который составляет около 0,25 сек, считают достаточным для защиты глаз от повреждений. Лазер может представлять опасность только в том случае, если он направлен прямо в глаз и человек намеренно смотрит на лазерный луч.

помимо предыдущего, прекращение луча, надзор за путем движения луча

считыватели штрих-кодов определенные лазерные маркеры,

видимый свет до 500 мВт

Имеет большую мощность по сравнению с классом 2, но, как и у лазеров класса 1M, лазерный луч рассеянный. Лазер может представлять опасность только в том случае, если он направлен прямо в глаз и человек смотрит на лазерный луч намеренно или с помощью оптического устройства, которое концентрирует луч.

помимо предыдущего, обозначение пути движения и области использования луча, устранение ненужных отражений.

нивелир, используемый на строительных работах, и лазеры направленного действия

определенные лазеры направленного действия

Мощность излучения превышает мощность лазеров класса 3R. Прямой или отраженный лазерный луч всегда опасен для глаз.

помимо предыдущего, защита кожи, при наличии мощных лазеров активные и пассивные защитные барьеры

Лазерная хирургия, резка металла, сварка, show-лазеры

Для безопасности лазеров важно:

  • какое количество энергии поглощается биологическими тканями и
  • какова длина излучаемой волны (какого типа лазер).

При воздействии лазерного излучения в основном отслеживается плотность энергии (Дж/м²) и удельная мощность (Вт/м²) лазерного луча, падающего на поверхность глаз и кожи.

От облысения до нарушения сна: как электромагнитное излучение воздействует на человека

Специалист Роспотребнадзора рассказал о самых излучающих бытовых приборах и будущем с 5G

Базовая станция сотовой связи на крыше жилого дома в Москве

Базовая станция сотовой связи на крыше жилого дома в Москве

Евгений Одиноков/РИА «Новости»

В интервью «Газете.Ru» заместитель начальника управления санитарного надзора Роспотребнадзора Андрей Гуськов рассказал, способен ли человек чувствовать электромагнитное излучение, какие районы в Москве самые загрязненные, как волны воздействуют на мозг взрослых и детей, почему в России и Европе отличаются нормативы по излучению и каким способом Роспотребнадзор выявляет тех, кто нарушает нормативы.

— Что представляет собой электромагнитное излучение в современных городах, из чего оно складывается?

— Электромагнитная волна имеет двойную природу. С одной стороны, это поле, которое распространяется в пространстве, с другой — это элементарные частицы (кванты или корпускулы). Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света. Видимый глазом свет — это тоже электромагнитная волна определенной длины. Любая электромагнитная волна (поле) — это энергия, которая может оказывать воздействие на организм человека.

Воздействие электромагнитного излучения зависит от мощности передатчика, который его генерирует. В соответствии с законом физики мощность электромагнитного поля обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. В первую очередь, из этого вытекает один из основных гигиенических законов — защита расстоянием. Если увеличить расстояние до источника в два раза, поле уменьшится в четыре. Поэтому нужно стараться быть как можно дальше от источников.

— Все бытовые приборы генерируют электромагнитное поле?

— Абсолютно все. Мы отдельно выделяем электромагнитное излучение промышленной частоты — это 50 Гц (внутридомовая сеть, от которой работают все бытовые приборы) — и электромагнитные волны радиочастотного диапазона, которые используются для передачи информации. Они находятся в диапазоне частот от 30 килогерц до 300 гигагерц. Это поле разделено на диапазоны: низкочастотный (НЧ), высокочастотный (ВЧ), сверхвысокочастотный (СВЧ). Для каждого диапазона частот утвержден свой гигиенический норматив. Это такой уровень воздействия фактора окружающей среды, который при действии в течение длительного времени, в идеале в течение всей жизни, не приводит к изменению состояния здоровья человека или его последующих поколений.

— Вредными считаются волны именно радиочастотного диапазона?

— Нет вредных или полезных электромагнитных полей. Степень вредности воздействия зависит от мощности излучения. Однако электромагнитное поле радиочастотного диапазона, по данным Международного агентства по изучению рака (МАИР), относится к группе факторов 2В — это «возможная канцерогенность для человека».

Накопление канцерогенного и/или мутагенного эффекта излучения в конечном итоге может привести к развитию новообразования (преимущественно в крови или тканях головного мозга) .

— Вред электромагнитного излучения для детей, насколько я знаю, не доказан на 100%, но берутся в расчет параметры черепа ребенка, толщина костей которого меньше, чем у взрослого.

— Действительно, кости свода черепа ребенка намного тоньше. До 2 лет имеются незаросшие участки — роднички, хрящи. Также головной мозг ребенка более гидратирован, — то есть содержит в целом больше жидкости и меньшей жировых включений. Доказано, что жировые ткани поглощают электромагнитное поле меньше, а гидратированные — больше. Первичный эффект поглощения электромагнитного излучения проявляется в виде незначительного нагрева тканей — индукционный эффект.

Происходит изменение температуры тканей на десятые доли градуса, но при температурном постоянстве (гомеостазе) головного мозга иногда и этого может быть достаточно для появления патологических эффектов.

— Есть еще теория об образовании вихревых токов в межтканевой жидкости из-за воздействия электромагнитного поля на дипольные молекулы воды. Вы ее учитываете?

— При действии электромагнитного поля на биологические объекты в межтканевой жидкости образуются вихревые токи, которые нефизиологичны. Межтканевая жидкость имеет определенное направление движения. Вихревые токи вызывают круговые колебательные смещения крупных биомолекул, что приводит к изменению работы мембран, внутриклеточных элементов. Вихревые токи также вызывают вращательные движения ионов. Из-за этого могут измениться физико-химические свойства межтканевой жидкости и нарушиться физиологические функции.

— Так какие именно приборы или объекты действительно опасны для здоровья?

— Те, которые излучают электромагнитное поле, превышающее в среде обитания человека свой гигиенический норматив.

Наиболее частым источником мощных электромагнитных полей являются радиотехнические объекты, которые передают на дальние расстояния большие объемы информации.

Это, в первую очередь, радиотехнические объекты, которые размещаются в жилой территории — например,

базовые станции сотовой связи. Есть земные станции спутниковой связи, радиорелейные станции, есть ближние и дальние приводы (радиолокационные установки) у аэропортов, которые следят за воздушным пространством. На местности работают также радары (радиолокаторы) гидрометеорологического, военного и специального назначения, которые также сканируют пространство и излучают электромагнитное поле. Не стоит забывать о ретрансляторах радио- и телевизионного сигнала гражданского назначения.

— Чем фиксируется и как часто проверяется уровень электромагнитного излучения, который дает представление о силе воздействия?

— Нормируемое значение мощности электромагнитного поля (гигиенический норматив) зависит от его частоты. Электромагнитные поля промышленной частоты (50 Гц) нормируются по двум составляющим: электрической и магнитной. Электрическое поле измеряется и нормируется в вольтах на метр (киловольтах на метр), магнитное поле — в амперах на метр или в микротеслах. Есть целый парк специального оборудования для измерения уровней электромагнитного поля, которое представлено на рынке широким ассортиментом. Это В&Е-метры, линейка оборудования P3 (P3-40, P3-80, Р3-90 и т.д.), СТ-01 — для измерения электростатического потенциала в воздухе, анализаторы спектра Narda.

— Насколько точны приборы?

— Точны. Погрешность таких приборов измеряется в логарифмических величинах — децибелах, но при переводе в относительные значения это примерно 5-15%.

— Как часто проверяется сила электромагнитного излучения?

— Роспотребнадзор в рамках социально-гигиенического мониторинга контролирует электромагнитную обстановку на жилых территориях. Кроме того, при размещении базовых станций сотовой связи оператор сотовой связи должен представить в Роспотребнадзор проект, в котором указаны все данные передатчиков и значения уровней мощности на местности. На проект оформляется санитарно-эпидемиологическое заключение. Только при его наличии базовая станция может работать безопасно. Кроме того, проводится инструментальный контроль по обращениям граждан.

— Какова грань, за которой электромагнитное излучение считается вредным?

— Роспотребнадзором установлены разные гигиенические нормативы — отдельно для населения, отдельно для профессионального воздействия в рабочей зоне. Эти нормативы утверждены Санитарными правилами и нормами. Они являются результатом более чем 60-летней практической работы гигиенической науки, наших научно-исследовательских институтов. Эти нормативы действуют уже более 30 лет. Когда кто-нибудь из представителей бизнеса сомневается в актуальности и современности действующих уровней, я всегда отвечаю, что организм человека за это время никак не изменился и те негативные последствия для организма человека, на основе которых были установлены нормативы, проявляются на тех же уровнях и сегодня.

— Они же имеют в виду, наверное, уровень электромагнитного загрязнения…

— Мы знаем, что они имеют в виду. Они хотят сделать его таким же неконтролируемым, как в Европе, в сто раз увеличить норматив.

— Почему нормы в Российской Федерации, Европе, США разные?

— Российские нормативы появились еще в Советском Союзе, который был социально ориентированным государством, в первую очередь заботившимся о сохранении здоровья человека. Нормативы Европы и США — это результат договоренности общества с бизнесом.

— Они там чуть ли не в десять раз различаются…

— В десять раз, а в некоторых странах и в сто. По мобильным телефонам: у нас норматив 10 микроватт на квадратный сантиметр, в Америке, Европе — 100. Представители российского бизнеса интересуются, почему у нас такой маленький норматив? Потому что проведенные рандомизированные, когортные, проспективные научные исследования показали статистически значимую разницу между облученными и необлученными. Кроме того, у нас есть так называемый гигиенический запас.

— Для чего он нужен?

— Есть особо чувствительные к излучению организмы. К нам поступают жалобы от людей, которые «чувствуют» электромагнитное поле. Конечно, у человека нет таких специальных рецепторов, позволяющих его почувствовать, но есть определенная группа чувствительных людей, о которых мы тоже думаем.

— В какой момент разговора по мобильному телефону излучение достигает наибольшей силы?

— На самую большую мощность мобильный телефон выходит, когда связь плохая.

В момент установления связи (в первую секунду) достигается максимальная мощность, — и потом, если связь теряется. Допустим, вы отошли от окна вглубь комнаты, — мобильный телефон начитает работать в 2, 3, 5 раз мощнее.

Когда не было антенн базовых станций сотовой связи в метрополитене, мобильный телефон быстрее всего разряжался там. За 40-50-минутную поездку он мог разрядиться наполовину. Это происходило из-за того, что все это время он излучал: искал базовую станцию и не находил, — увеличивал мощность и опять искал.

— Кто чаще всего подвергается наибольшему излучению, если взять разные профессии?

— Если мы говорим про промышленную частоту, это люди, которые работают рядом с КТП (комплектными трансформаторными подстанциями), понижающими, повышающими трансформаторными подстанциями. Опасны мощные электродвигатели больше 1000 кВт, которые при работе своей излучают. Если говорить про радиочастоту, то это передающие радиотехнические объекты постоянного обслуживания.

— Какие именно болезни может вызвать большая доза электромагнитного излучения?

— Возникает целый симптомокомплекс, который сопровождается много чем, начиная от повышенной чувствительности и заканчивая алопецией, патологическими изменениями во внутренних органах, а также психоэмоциональной сфере.

Отмечаются функциональные нарушения работы нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, нарушения вегетативных процессов, нарушения сна, аппетита.

Конкретной болезни, такой, как, например, «лучевая болезнь», для ионизирующего излучения, для электромагнитного нет.

— Как именно Роспотребнадзор находит и что делает, когда видит превышающее допустимые уровни электромагнитное излучение?

— Мы проводим мониторинговые исследования на местности, определяем этот источник излучения, находим его владельца. Дальше применяем меры воздействия, в том числе административные: предписание о приведении в соответствие, штраф, приостановление деятельности источника. Бывают такие ситуации, когда оператор базовой станции заявляет одну мощность, а в процессе эксплуатации может увеличить ее, причем дистанционно, даже не трогая оборудование физически. Мы стараемся их контролировать, в том числе по уровню энергопотребления.

— Какие города в России самые загрязненные?

— Какие районы в Москве особенно загрязнены?

— У нас сильное антенное поле в районе Останкинской башни, — это Останкинский район и три к нему примыкающих. Но превышения там нет, мы все это отслеживаем. Локальные электромагнитные загрязнения формируются в спальных районах, где население плотно сконцентрировано, и поэтому операторы сотовой связи устанавливают больше базовых станций сотовой связи.

— В докладе Роспотребнадзора 2020 года сказано, что развивается негативная тенденция — увеличение воздействия электромагнитного излучения от мобильных средств телефонной связи…

— Это началось с момента начала использования мобильников, установления базовых станций. С каждым годом электромагнитное воздействие на среду обитания человека увеличивается.

— Говорят, в сетях 5G будет меньше электромагнитного излучения, хотя вышек будет больше. Это так?

— Там другая частота. Если сейчас 1900 мегагерц, 2100 мегагерц, там будет 20 гигагерц и выше. На этой частоте электромагнитная волна быстрее затухает, ей нужна меньшая мощность. Скорость будет повышаться за счет увеличения частоты сигнала.

В целом мощность каждого передатчика тоже уменьшится. Но их действительно будет больше. Из-за увеличения количества передатчиков суммарная мощность или не изменится, или все-таки станет больше.

— У современного человека рядом компьютер, «умный телевизор», «умная» колонка, несколько телефонов. Какие из них наиболее излучающие?

— Те, которые потребляют больше электрической энергии. Радиочастотные электромагнитные поля компьютер и планшет не излучают, только Wi-Fi-передатчики, — но там малые уровни сигнала. Частота и мощность Wi-Fi-сигнала сравнима со стационарным телефоном, у которого трубка работает на радиоудлинителе. На сегодняшний день мы не выявляем превышения от работы Wi-Fi-роутеров и других передатчиков в этом стандарте.

Значимым источником электромагнитного излучения радиочастотного диапазона в быту остается мобильный телефон, который каждый человек практически всегда носит с собой, а некоторые — по два или даже три аппарата.

Негативным фактором в этой ситуации остается и то, что мобильными телефонами пользуются дети, начиная с самого младшего возраста.

Светолечение

Свет представляет собой электромагнитные колебания, обладающие свойствами частиц (квантов, фотонов) и волн. Во всех физических явлениях, связанных с распространением света, наиболее выражены его волновые свойства (интерференция, дифракция, отражение, рассеяние, преломление). В явлениях, связанных с излучением и поглощением света тканями, проявляются его квантовые свойства. Электромагнитные колебания испускаются источником отдельными квантами. Между энергией кванта и длиной волны существует обратная зависимость: чем короче длина световой волны, тем больше энергия ее квантов, и наоборот. В результате поглощения лучистой энергии веществом при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой происходит излучение света. Если поглощенная энергия достаточно велика (УФ-излучение), то наблюдается фотоэлектрический эффект, при котором электрон может перейти с ближайшей к ядру орбиты на более удаленную — внешнюю. При этом атом, лишенный электрона, вступает в различные соединения с другими атомами.

Световой поток в пределах от 100 нм до 1 мм в современной физике принято называть оптическим. Принято деление оптического спектра на инфракрасное излучение (длина волн 780 нм — 1 мм), видимое (780—380 нм) и ультрафиолетовое (380 —100 нм). В физиотерапии используют не весь диапазон, соответствующий ультрафиолетовым лучам, а только часть его в пределах от 400 до 180 нм.

Все тела с температурой выше абсолютного нуля испускают лучи с разной длиной волн. Состав такого излучения зависит от температуры тела. Так, до 500°С происходит излучение только инфракрасных лучей. При температуре выше 500°С появляется более короткое — видимое — излучение. При температуре 3000°С наряду с инфракрасными и видимыми лучами в спектре появляется в небольшом количестве ультрафиолетовое излучение. Однако для большинства нагретых тел основное излучение приходится на долю инфракрасных лучей. Поэтому для получения большого количества ультрафиолетового излучения пользуются другими источниками — кварцевыми, люминесцентными, состав излучения которых обусловлен не температурой, а химическими процессами.

Инфракрасные лучи, имеющие в оптическом спектре наибольшую длину волн и обладающие меньшей, по сравнению с уф-лучами, энергией кванта, в соответствии с указанной закономерностью не могут вызвать отрыв электрона от атома, но ускоряют движение электронов по орбитам и в конечном итоге вызывают только тепловой эффект. Их называют тепловыми лучами. При попадании на кожу инфракрасные лучи проникают на глубину до 3—4 см, видимые — до нескольких миллиметров. Ультрафиолетовые лучи, обладая наименьшей длиной волны и наибольшей энергией кванта, проникают в кожу на глубину до 1 мм. Поэтому ультрафиолетовым лучам присуще в основном не тепловое, а фотохимическое действие.

Поглощенная организмом световая энергия переходит в другие виды. В тепловую энергию преобразуются преимущественно инфракрасное и видимое излучения. В результате поглощения тканями этой энергии происходит повышение температуры облучаемого участка тела, местное усиление потоотделения и теплорегуляции за счет расширения сосудов кожи, усиление циркуляции в них крови. Под действием этих лучей усиливаются броуновское движение молекул, электрическая диссоциация и движение ионов, изменяются поверхностное натяжение и осмос. Повышение тканевого обмена, усиление кровообращения способствуют рассасыванию воспалительного процесса, уменьшению болевого синдрома. Воздействие теплом на рефлекторные зоны кожной поверхности вызывает реакции во внутренних органах, что обусловлено метамерией иннервацией.

Под влиянием инфракрасного излучения в результате расширения поверхностной сосудистой сети, ускорения кровотока возникает покраснение кожи (тепловая эритема), которое появляется во время облучения, имеет пятнистый характер без четких границ и исчезает через 30—60 мин после прекращения облучения. Под воздействием инфракрасного облучения снижаются болевая чувствительность кожи, мышечный тонус, уменьшаются спастические явления. Терапевтическое действие инфракрасного излучения, связанное с активной гиперемией кожи, позволяет использовать этот физический фактор при негнойных воспалительных процессах, травмах суставов и мышечно-связочного аппарата, для подсушивания ран с обильным отделяемым, при открытом методе лечения ожогов. В острой стадии воспаления вследствие усиленного кровенаполнения, повышенного внутритканевого давления использование инфракрасного облучения противопоказано, так как под воздействием тепловых лучей могут усилиться застойная гиперемия и боль вследствие давления воспалительного экссудата на нервные рецепторы.

Видимое излучение имеет более короткую длину волн, чем инфракрасное, и кванты видимых световых лучей обладают несколько большей энергией. Они способны выбивать электроны в атоме со своей орбиты на соседнюю, более близкую к ядру, тем самым приводя атом в возбужденное состояние, повышая способность веществ вступать в химические реакции. Практически организм никогда не подвергается действию одних только видимых лучей, так как спектр лампы накаливания, с помощью которой получают видимое излучение, содержит свыше 85% инфракрасных лучей. Поэтому при облучении видимым излучением в организме происходят реакции, приближающиеся к инфракрасному излучению. Показания к применению видимого теплового излучения такие же, как и для инфракрасного излучения. Видимое излучение, помимо теплового действия, оказывает влияние на зрительный анализатор вследствие целой гаммы разнообразных цветов. Различное цветовое освещение глаз влияет на нервную систему, вызывая угнетение или возбуждение нервно-психических процессов. Красный цвет возбуждает корковую деятельность, голубой оказывает успокаивающее действие, розовый наиболее показан при психическом угнетении, депрессии, а желтый и зеленый уравновешивают процессы возбуждения и торможения. В последние годы выделена определенная область синего излучения (450—460 нм), которая используется для лечения желтухи у новорожденных. Существуют вещества животного и растительного происхождения, повышающие чувствительность организма к свету, преимущественно видимому. Сенсибилизирующим действием, например, обладают каменноугольная смола, некоторые мази на вазелине, а также содержащие деготь лекарственные вещества. Наиболее известным эндогенным фотосенсибилизатором является гематопорфирин, вызывающий своеобразное кожное заболевание.

Ультрафиолетовое излучение представляет участок оптического спектра с длиной волн от 380 до 100 нм. В искусственных источниках УФ-излучения, которые применяют в лечебной практике, используется диапазон волн от 180 до 400 нм. В настоящее время принято деление УФ-излучения на два отрезка: длинноволновое ультрафиолетовое (ДУФ) излучение с длиной волн от 280 до 400 нм и коротковолновое ультрафиолетовое (КУФ) излучение с длиной волн от 180 до 280 нм, что связано с особенностями их биологического действия. В спектре солнечного излучения, достигающего земной поверхности, содержится в основном длинноволновое уф-излучение, так как КУФ-излучение поглощается верхними слоями атмосферы. Длинноволновое УФ-излучение обладает наибольшей биологической активностью и обеспечивает естественное образование в организме витамина D.

Механизм действия УФ-излучения на организм многообразен и складывается из биофизического, гуморального и нервно-рефлекторного процессов. Фотоэлектрический эффект, имеющий место при воздействии УФ-излучения, является первой стадией, с которой начинаются фотохимические процессы в коже. Поглощенная кожными покровами энергия УФ-излучения вызывает возбуждение атомов и молекул вещества, переход электронов на более высокий энергетический уровень. Эти процессы приводят к перегруппировке атомов и молекул клеток, переводя их в новое физическое состояние, при котором увеличиваются запас их энергии и способность к фотохимическим реакциям.

Непосредственным результатом действия УФ-излучения на белковую субстанцию является распад крупных белковых молекул (фотолиз), потеря способности белка удерживать влагу (денатурация), а затем его коагуляция (выпадение в осадок). Коагулированный белок легко расщепляется ферментами, в результате чего образуются вещества, обладающие высокой биологической активностью (гистамин, ацетилхолин, серотонин, биогенные амины и др.). В месте поглощения УФ-энергии образуются свободные радикалы, усиливается актив­ность ряда ферментов (гистаминазы, тирозиназы, пероксидазы и др.), оказывающих влияние на жизнедеятельность организма. Биологически активные вещества, образующиеся в месте воздействия УФ-излучения, попадая в дальнейшем в общий ток крови, разносятся по всему организму и оказывают воздействие на отдаленные органы и различные системы (нервную, эндокринную и др.).

Под влиянием УФ-излучения происходят процессы фотооксидации — усиление окислительных реакций в тканях. Специфическим проявлением действия УФ-излучения является способность к фотоизомеризации, т. е. к образованию веществ с новыми физико-химическими и биологическими свойствами вследствие внутренней перегруппировки атомов и молекул. Примером фотоизомеризации является образование под влиянием УФ-излучения витамина D из эргостерина, находящегося в коже в малом количестве. Образовавшийся антирахитический витамин D активно участвует в фосфорно-кальциевом обмене, восстанавливает нарушенные процессы окостенения, улучшает фиксацию фосфора и кальция костной тканью. Этим свойством в большей степени обладает длинноволновое ультрафиолетовое (ДУФ) излучение. Это специфическое действие ДУФ-излучения широко используется для профилактики и лечения детей, больных рахитом, а также взрослых и детей для предотвращения кариеса зубов или при переломах костей с целью ускорения консолидации. При воздействии ультрафиолетовым излучением на кожные покровы возникает целый ряд физиологических реакций, которые зависят как от дозы облучения, так и от спектрального состава УФ-лучей, а также чувствительности организма к данному фактору. В области воздействия УФ-излучением через определенный срок (латентный период, длящийся от 3 до 24 ч) возникает ультрафиолетовая эритема, которая является асептическим воспалением. Возникшая эритема держится от 12 часов до нескольких дней. В период наиболее выраженной эритемной реакции в коже происходят изменения, характерные для воспаления: расширение капиллярной сети, переполнение ее кровью, фибриноидное набухание, повышение проницаемости капилляров. Кожа становится ярко-красной, повышается ее температура. Максимальное развитие эритемы наблюдается на вторые сутки, когда наступает некроз и некробиоз клеток эпидермиса. К третьему-четвертому дню эпидермис утолщается за счет молодых клеток базального слоя, содержащих пигмент — меланин. Базальные клетки усиленно делятся и перемещаются к верхним слоям эпидермиса, замещая разрушенные, слущивающиеся клетки. Эпидермис утолщается, и кожа становится менее чувствительна к УФ-лучам. После стихания эритемы, спустя 3—4 дня появляется пигментация. Пигмент образуется в результате превращения меланогена в меланин в базальных клетках эпидермиса. Он защищает кожу от перегревания инфракрасным излучением за счет теплоотдачи и потоотделения. Следует отметить, что сильно пигментированная кожа (например, негроиды) не предохраняет ее от УФ-лучей. Изменение чувствительности кожи к УФ-лучам и защитная функция пигмента проявляются в зависимости от предшествующих УФ-облучений.

Существуют различия в биологическом действии длинных и коротких ультрафиолетовых лучей: при длинноволновом излучении (преимущественная длина волны 297 нм) эритема ярко красного цвета, появляется через 6—8 часов после воздействия, исчезает медленно; при воздействии коротковолновым излучением (253,7 нм) эритема развивается раньше, через 2—4 часа, имеет красноватый цвет с синюшным оттенком, исчезает быстрее. КУФ-лучи вызывают кратковременный спазм капилляров, а затем расширение субкапилляров вен; ДУФ-лучи вызывают расширение артериол, а затем капилляров кожи. Следовательно, в основе КУФ- и ДУФ-эритемы лежат различные биохимические процессы.

Бактерицидное действие УФ-излучения более специфично для КУФ-лучей. Наиболее чувствительны к КУФ-излучению стрептококк, золотистый стафилококк, кишечная палочка, вирус гриппа. Наименее чувствительны — споры.

Чувствительность кожи к УФ-излучению (фоточувствительность) непостоянна. Она зависит от физиологических и патологических состояний организма. Фоточувствительность неодинакова на разных участках тела: наибольшая — на коже живота, спины, лица; наименьшая — на коже конечностей, особенно на разгибательных поверхностях. Значительное повышение чувствительности кожи к УФ-излучению наблюдается при тиреотоксикозе, экссудативном диатезе, бронхиальной астме, гематопорфириновой болезни, некоторых формах зудящих дерматозов, при менструации, беременности. Снижение фоточувствительности кожи отмечается при инфекционных заболеваниях, гипотрофии, ревматоидном артрите, алкогольном опьянении, наркозе, заболеваниях периферических нервов (на стороне поражения). У женщин эритемная реакция слабее, чем у мужчин, однако в предменструальный период она повышается. Снижение фоточувствительности наблюдается у стариков и детей.

Чувствительность кожи меньше зависит от врожденной пигментации, но больше от времени, прошедшего после предшествующего облучения, что связано с изменением реактивности организма, вызванным УФ-воздействием. Поэтому весной после длительного «солнечного голодания» (УФ-недостаточность) чувствительность повышается, а осенью — снижается. Изменение чувствительности может быть связано с приемом внутрь некоторых медикаментов, например сульфаниламидных препаратов, антибиотиков, фотосенсибилизаторов.

Реакция кожи изменяется при комбинированном действии УФ-лучей с другими физическими факторами. Усиление эритемной реакции наблюдается при воздействии перед УФ-облучением на ту же область инфракрасных, видимых лучей, гальванического тока, ЭП УВЧ, дарсонвализации, электрофореза йода. Ослабление эритемы, более раннее ее появление и быстрое исчезновение проявляются при применении в латентном периоде (после УФО) ЭП УВЧ, электрофореза сосудосуживающих веществ, СВЧ-терапии, видимого или инфракрасного излучения. Подобные изменения необходимо учитывать при комплексном лечении больных различными физическими факторами.

Формирование эритемной реакции кожи сопровождается сложными фотобиологическими процессами — изменяется ионный и белковый состав, ингибируется синтез аминокислот, образуются биологически активные вещества белковой природы, что можно рассматривать как один из видов неспецифической протеинотерапии. Изменяется газообмен, увеличивается количество продуктов окисления, отмечается сдвиг кислотно-щелочного равновесия, активная реакция среды сдвигается в кислую среду. Повышается проницаемость мембранных .структур клеток и сосудистой стенки, что способствует проникновению биологически активных веществ в ток крови и изменению просвета сосудов.

УФ-излучение не ограничивается изменениями только в месте поглощения его кожей, а оказывает действие на функциональное состояние различных органов и систем организма. Изменение сердечной деятельности проявляется улучшением сократительной функции миокарда, снижением гипоксии и перегрузки правых отделов сердца. УФ-излучение восстанавливает функцию внешнего дыхания за счет уменьшения частоты и увеличения глубины дыхания. УФ-облучения вызывают изменения морфологического состава крови. Малые дозы стимулируют эритропоэз, повышают гемоглобин крови. Важное значение имеет бактерицидное действие КУФ-лучей, обусловленное влиянием на субстанцию клетки. При облучении крови КУФ-лучами происходит повышение ее бактерицидной активности, что находит широкое применение при лечении затянувшихся воспалительных процессов, а также для профилактики обострения хронического процесса. УФ-излучение оказывает десенсибилизирующее действие вследствие увеличения фермента гистаминазы, которая инактивирует повышенный при патологических состояниях гистамин. Показано, что УФ-лучи предотвращают смертельный исход от анафилактического шока у животных, вызывают менее выраженный эффект феномена Артюса на облученной стороне, по сравнению с необлученной.

УФ-облучения оказывают стимулирующее влияние на лизоцим сыворотки крови, при этом повышаются фагоцитарная активность лейкоцитов крови и общая иммунологическая реактивность. Под влиянием ДУФ-излучения в эксперименте активизируется реакция иммунитета, увеличивается низкая величина титра комплемента, повышается выносливость к дифтерийному токсину, усиливается резистентность к столбнячному токсину. Поэтому большое значение приобретает УФ-излучение при лечении инфекционных заболеваний, реконвалесцентов, а также в целях профилактики различных заболеваний (грипп, ОРЗ и др.).

Под влиянием УФ-излучения изменяются все виды обмена веществ в организме. Нормализуется фосфорно-кальциевый обмен, улучшается фиксация кальция костной тканью. Эритемные дозы УФ-излучения стимулируют рост ангиобластов, активизируют образование соединительной ткани, ускоряют процессы эпителизации тканей. Поэтому УФ-излучение широко применяется при лечении язв, пролежней, длительно не заживающих ран.

Действие УФ-излучения на углеводный обмен проявляется в основном при гипергликемии, способствуя снижению повышенного уровня сахара и увеличению содержания гликогена в печени и мышцах. Под влиянием УФ-излучения изменяется белковый обмен, восстанавливается нарушенное соотношение белковых фракций, преимущественно за счет повышения гамма-глобулинов. В крови понижается уровень экстрактивных азотистых соединений, что может свидетельствовать о лучшем использовании их организмом для синтеза белка.

Влияние УФ-излучения на холестериновый обмен выявляется в основном у больных с начальными проявлениями -атеросклероза. Происходит снижение содержания беталипопротеидов и в меньшей степени — холестерина крови. Наиболее благоприятный эффект отмечен при использовании ДУФ-излучения.

УФ-излучение оказывает влияние на функцию системы гипоталамус — гипофиз — кора надпочечников. Содержание катехоламинов в крови и клетках надпочечников зависит от длины волны УФ-лучей и величины дозы. Воздействие малыми дозами почти не изменяет гистологической структуры клеток коры надпочечников; средние дозы способствуют гипертрофии клеток пучковой и сетчатой зон коркового слоя. Интенсивное и продолжительное облучение может привести к деструктивным изменениям в надпочечниках, уменьшению их массы. УФ-облучение, преимущественно в длинноволновой области, оказывает нормализующее влияние на функцию симпатико-адреналовой системы и глюкокортикоидную активность коры надпочечников, значительно сниженную при длительном и тяжелом течении заболевания. Функции других желез внутренней секреции изменяются различно: функция щитовидной железы повышается, а околощитовидных желез — снижается.

Выявлено различное действие ДУФ- и КУФ-излучений на функцию пищеварительной системы: ДУФ-излучения в основном повышают секреторную, а КУФ-излучения — ферментативную способность желудочного сока. Малые и средние дозы ДУФ-излучения в большей степени усиливают саливацию, а КУФ-излучения стимулируют активность фермента амилазы. Большие дозы тормозят деятельность слюнных желез.

УФ-излучение оказывает определенное влияние на разные отделы нервной системы — от нервных окончаний кожи до коры большого мозга. УФ-излучение непосредственно воздействует на нервные рецепторы кожи. Понижение болевой чувствительности при возникновении УФ-эритемы,свидетельствует об изменении функционального состояния нервных рецепторов кожи. Выявлено фазное действие УФ-излучения на нервно-мышечный аппарат: стадия повышенной возбудимости вскоре после облучения сменяется понижением возбудимости с дальнейшим переходом в парадоксальную и парабиотическую фазы. Парабиоз, возникший в месте облучения, постепенно распространяется на весь нерв. В действии УФ-излучения на корковые процессы эффект зависит от дозы. ДУФ-облучения людей малыми- дозами улучшают состояние процессов высшей нервной деятельности, активизируют мозговое кровообращение и тонус мозговых сосудов.

Влияние УФ-излучения на тонус вегетативной нервной системы также зависит от дозы облучения. Однократное воздействие малыми дозами стимулирует активность симпатического отдела, большими — угнетает его. Повторные облучения малыми дозами постепенно уменьшают, а большими — повышают функциональные изменения симпатического и парасимпатического отделов нервной системы.

Таким образом, ответные реакции организма на воздействие УФ-излучения зависят от местного и общего действия данного физического фактора. Образование в результате облучения биологически активных веществ в коже и их влияние гуморальным путем на многие физиологические процессы, а также воздействие на рецепторный аппарат кожи с последующим возбуждением различных отделов нервной системы вызывают рефлекторную реакцию и оказывают генерализованное воздействие на различные органы и системы организма. Поэтому УФ-излучение широко используется как в лечебных, так и в профилактических целях.

Источники света условно разделяют на калорические и люминесцирующие. У калорических источников излучения количество и состав излучаемой энергии зависят от степени нагревания (температуры) излучающего тела. К ним относятся инфракрасные и видимые облучатели. У люминесцирующих источников излучение связано с электрическими, химическими и другими процессами, не зависящими от нагрева источника. К ним относятся ртутно-кварцевые, люминесцентные эритемные и дуговые бактерицидные лампы.

Облучатели инфракрасного излучения. Источником излучения служит металлическая нить из никеля или нихрома, намотанная на керамическое основание, помещенное в металлический рефлектор. При прохождении тока спираль нагревается до температуры 500—700°С. Максимальное излучение приходится на инфракрасную область. Расстояние от рефлектора до облучаемой поверхности должно составлять 50—100 см. Во время процедуры должно ощущаться приятное тепло. Облучения проводят ежедневно или дважды в день с интервалом в 3 часа в течение 20—40 мин. На курс назначают до 15—20 процедур. Процедуры проводят от облучателя

Облучатели видимого излучения. Лампа соллюкс. Представляет собой лампу накаливания большой мощности, помещенную в металлический рефлектор. Для локальных воздействий имеются конусообразные тубусы. К рефлектору крепится металлическая сетка для предупреждения возможного падения лампы на больного. Лампа соллюкс имеет мощность 300 Вт, а лампа соллюкс настольная — 40—60 Вт.

Рефлектор устанавливают несколько сбоку от больного, на расстоянии 20—100 см от облучаемой поверхности, в зависимости от мощности источника и ощущения больным приятного тепла. Облучение проводят ежедневно или 2 раза в день с интервалом в 3 часа по 15—60 мин. На курс назначают до 20—25 процедур.

Лампа Минина. Представляет собой ручной рефлектор с синей лампой мощностью 40 Вт. По данным некоторых ученых, применение синего стекла нецелесообразно из-за ограниченности излучения только в синей области спектра. Целесообразным представляется использование лампы накаливания из бесцветного стекла той же мощности, включающей всю видимую область спектра. Расстояние от лампы (5—15 см) регулируют ощущением больным приятного тепла. Облучение проводят 1—2 раза в день продолжительностью 15—30 мин.

Ванны светотепловые для туловища (ВТ-13) и конечностей (ВК-44) состоят из металлического или деревянного каркаса, на внутренней поверхности которого укреплены отражатель и лампочки накаливания (40 Вт каждая). Больной подвергается воздействию инфракрасного и видимого излучений одновременно, поскольку в лампах видимого света до 85% инфракрасных лучей. Температура нагретого воздуха в каркасе, в зависимости от количества включенных ламп, может достигать 70°С и выше. Процедуры продолжительностью 20—40 мин проводятся ежедневно или через день; на курс назначается до 10—12 процедур.

Для облучения новорожденных с гипербилирубинемией выпускают облучатели видимой области спектра «ВОД-11». Они содержат 4 голубые и 2 белые лампы.

Искусственные источники УФ-излучения делятся на интегральные — с излучением всего УФ-спектра и селективные — с излучением одной области: коротко- или длинноволновые ультрафиолетовые. К интегральным источникам УФ-излучений относятся ртутно-кварцевые лампы высокого давления типа ДРТ мощностью 220, 375 и 1000 Вт. Рабочий режим этих ламп устанавливается только через 5—7 мин после включения их в сеть; сила тока составляет 3,5—4 А, напряжение — 220 В. Лампы ДРТ-220 используют в настольных ртутно-кварцевых облучателях (ОКН-11) и облучателях УГН-2 и УГН-3 для группового облучения носоглотки; лампы ДРТ-375 — в ртутно-кварцевых облучателях на штативе (ОРК-21), а также в групповых облучателях «маячного типа» для детей (УГД-2); лампы большой мощности ДРТ-1000 на­ходятся в облучателях для групповых облучений взрослых (УГД-3). Серийно выпускаются также кварцевые ксеноновые дуговые и импульсные лампы, однако их недостатком является значительное тепловое действие, создаваемое мощным инфракрасным излучением.

К селективным источникам УФ-излучения относятся дуговые бактерицидные и люминесцентные эритемные лампы. Дуговые бактерицидные лампы представляют собой цилиндрические трубки из увиолевого стекла, по обоим концам которых впаяны электроды из вольфрамовой проволоки. Коротковолновое излучение (максимальная длина волны 253,7 нм) возникает за счет тлеющего электрического разряда в парах ртути. Медицинская промышленность выпускает бактерицидные лампы ДБ 15, 30 и 60 Вт. Размеры ламп и их тектрические параметры такие же, как у осветительных ламп, о они отличаются от последних спектральной характеристикой излучения и составом стекла. Лампы типа ДБ применяют в бактерицидных настенных (ОБН-150), потолочных ЮБН-300), передвижных (ОБП-450) облучателях. Для целей лезинфекции использование бактерицидных ламп, по сравнению с лампами типа ДРТ, целесообразнее, так как они обладают большим бактерицидным действием за счет мощного коротковолнового УФ-излучения. Лампы типа ДРБ-8 с коротковолновым излучением используют в стационарных облучателях БОД-9 для лечения больных радикулитом, ревматоидным артритом, для облучения раневых поверхностей. В облучателях для носоглотки БОП-4 вмонтирована лампа типа ДРТ-220, работающая в тлеющем режиме. Такой режим горения создает возможность коротковолнового УФ-излучения (253,7 нм).

Люминесцентные эритемные (ЛЭ) лампы представляют собой трубки из увиолевого стекла. В отличие от бактерицидных ламп, их внутренняя поверхность покрыта люминофором, что обеспечивает излучение в длинноволновой области УФ-спектра (максимум 310—320 нм). Лампы ЛЭ выпускают двух мощностей (15 и 30 Вт). Лампы типа ЛЭ-30 используют в передвижных УФ-облучателях для групповых длинноволновых облучений. Для индивидуальных общих ДУФ-облучений применяют облучатель с 6 лампами ЛЭ-30. Преимуществом этих облучателей перед ртутно-кварцевыми является отсутствие необходимости в специальных помещениях, в то время как для облучателей «маячного типа» с лампами ДРТ нужна комната площадью 42 м 2 для общих облучений взрослых и 16 м 2 — для общих УФ-облучений детей. Лампы ЛЭ, в отличие от ртутно-кварцевых (ДРТ), почти не образуют окислов азота и озона, которые в большом количе­стве оказывают вредное воздействие на организм. При их горении не требуется пятикратной приточно-вытяжной вентиляции. Лампы ЛЭ можно помещать в арматуру вместе с люминесцентными лампами «дневного света», при условии, если светильник не перекрыт снизу стеклом или плексигласом. В связи с возможным различным временем горения эритемных и осветительных ламп необходимо предусматривать раздельное их включение и выключение.

Средний срок службы люминесцентных источников излучения составляет от 1500 до 2000 часов. К концу этого срока световой поток ослабевает и может составить половину первоначальной мощности.

В последние годы при некоторых заболеваниях кожи (тяжелое, непрерывно рецидивирующее течение псориаза некоторые формы экземы) широко используют метод фотохимиотерапии — сочетанное применение лекарственных веществ (фотосенсибилизаторов), в частности пувалена псоралена, бероксана и других фурокумариновых препаратов, и длинноволнового УФ-излучения области А (400— 320 нм). Этот метод получил название ПУВА (PUVA)-терапии. Дозировка фотосенсибилизирующих препаратов для перорального применения определяется массой тела больного: бероксан, псоберан, псорален назначают из расчета 0,8 мг/кг, пувален — 0,6 мг/кг. Препараты принимают только в день проведения процедуры один раз, за 2—3 часа до облучения, после еды, запивая молоком. Для проведения фотохимиотерапии используют установки ультрафиолетовые длинноволновые УУД-1, а также установку с автоматическим отключением после окончания заданной дозы УУД-1-А; облучатель ультрафиолетовый длинноволновый для головы ОУГ-1; облучатель ультрафиолетовый длинноволновый для конечностей ОУК-1 для одновременного или раздельного облучения кистей и стоп. Для выявления индивидуальной фоточувствительности до начала лечения каждому больному определяют биодозу, которая выражается в Дж/см 2 или мин (продолжительность облучения). В день проведения ПУВА-терапии больной обязательно дол­жен носить в течение 6—8 часов после приема фотосенсибилизаторов солнцезащитные очки. При применении ПУВА-терапии нередко наблюдается ухудшение иммунного статуса, а также возникновение рака кожи (почти всегда у лиц с белым цветом кожи).

Методика ультрафиолетового облучения. С лечебной и профилактической целью УФ-излучение используют для местного и общего воздействия. Эти методики существенно отличаются друг от друга как по биологическому действию, так и по технике проведения.

Применение в лечебных и профилактических целях УФ-излучения требует правильного его дозирования. Большое распространение в физиотерапии имеет метод определения индивидуальной биологической реакции кожи. Он заключается в определении минимальной дозы излучения от данного облучателя, необходимой для получения самой слабой (пороговой) эритемной реакции кожи с четкими границами. При этом методе, по существу, определяется минимальная продолжительность времени облучения для получения пороговой эритемной реакции.

Биодозу определяют с помощью биодозиметра, представляющего металлическую пластинку с 6 отверстиями, которые закрываются задвижкой. Биодозиметр располагают на наиболее чувствительном участке поверхности тела, обычно на коже живота. Определение биодозы проводится с расстояния 50 см от ртутно-кварцевого облучателя и с расстояния 30 см от стационарного коротковолнового облучателя. Сначала открывают первое отверстие пластинки биодозиметра и облучают участок кожи под ним 30 с. Затем, передвигая задвижку, последовательно облучают по 30 с участки кожи в остальных 5 отверстиях. В результате получают 6 полосок, облученных в течение 30 с, 1 мин, 1,5 мин, 2 мин, 2,5 мин, 3 мин. Через 6—8 часов (в амбулаторных условиях — через 18-24 часа) проводят оценку биодозы по самой слабой, но отчетливой полоске покраснения кожи. При выборе дозы для групповых облучений можно ориентироваться на средние результаты определения биодозы от данной лампы, полученные не менее чем у 10 человек. Средняя биодоза должна быть в пределах 30 с — 1 мин. При биодозе более 2 мин следует заменить лампу в облучателе.

Важным энергетическим параметром электромагнитного излучения оптического диапазона (в том числе УФ-излучения) является плотность энергии, равная произведению плотности мощности УФ-излучения (Вт/см 2 ) на время воздействия. Часто эту величину называют дозой УФ-облучения и выражают в Дж/см 2 . При этом, плотность потока мощности обычно измеряют с помощью УФ-дозиметров (индикаторов), выпускаемых серийно отечественной промышленностью. 1 биодоза приблизительно равна 84 Дж/см 2 .

При назначении общих индивидуальных или групповых облучений, которые обычно проводят с расстояния 70 см или 1 м, следует провести пересчет биодозы. Для удобства пользуются формулой:

где: X — искомая биодоза;

А — фактически определенная биодоза;

В — расстояние в см для искомой биодозы,

С — расстояние в см, при котором была определена биодоза;

т- е. в данном случае при биодозе 1 мин, определенной с 50 см, для расстояния 100 см она будет равна: Х=1*100 2

Местные облучения. Целью местных облучений является воздействие УФ-излучения на кожу или слизистые при ограниченном их поражении или воздействие на определенную рефлексогенную зону. Чаще всего при этом применяют эритемные дозы УФ-облучения. В один день эритемными дозами можно облучать участок кожи площадью не более 600 см 2 . Повторные облучения на один и тот же участок кожи проводят через 1—2 дня, увеличивая при этом дозу на 1—2 биодозы, в зависимости от реакции кожи на предыдущее облучение. Один и тот же участок кожи следует облучать не более 4—5 раз. Однако облучение слизистых поверхностей, ран и язв может проводиться многократно (до 10—15 раз и более).

Существует ряд методик для местных эритемных Уф-облучений. При облучении места поражения непосредственному облучению подвергается очаг поражения (раны, фурункулы, абсцессы, зона рожистого воспаления и др.).

При облучении полями методика заключается в том, что подлежащая облучению область делится на несколько участков — полей. За одну процедуру облучают 1—2 поля. Применяется при пневмонии, бронхите, межреберной невралгии, пояснично-крестцовом радикулите с корешковым синдромом и др.

Облучением рефлексогенных зон, например «воротниковой», «трусиковой», осуществляется воздействие рефлекторным путем с кожи на внутренние органы.

Существует методика «фракционированного облучения». При этом используется перфорированный локализатор, представляющий собой клеенку размером 30×30 см, на которой выбиваются 100—150 отверстий размером 1 см 2 . Локализатор накладывается на участок кожи, который подвергается облучению. Этот метод применяют при некоторых заболеваниях легких (бронхиальная астма, хронический бронхит, пневмония), чаще у ослабленных больных и у детей.

Облучения слизистых оболочек носа, зева, миндалин проводят через тубус от групповых облучателей для носоглотки (УГН) или от облучателя БОП-4.

Общие групповые облучения проводятся от облучателей УГД-3 или от облучателя ЭГД-5 с расстояния 70 см или 1 м. Индивидуальные общие облучения можно проводить от облучателя ОРК-21 или ЭОД-10. Общие УФ-облучения проводятся по трем схемам, в зависимости от соответствующих показаний. Замедленная схема назначается ослабленным лицам с пониженным питанием, выраженными изменениями нервной и сердечно-сосудистой систем. Облучения начинают с 1 /8 биодозы, увеличивая на последующих облучениях на 1/8 биодозы до 2—2,5 биодоз; на курс назначают 20—25 процедур.

Основная схема применяется лицам с достаточно хорошим состоянием нервной и сердечно-сосудистой систем. Облучения начинают с 1/4 биодозы, прибавляя через два облучения 1/4 биодозы, доводя до 3 биодоз; на курс назначают 16—20 процедур.

Ускоренная схема применяется практически здоровым людям. Начинают облучения с 1/2 биодозы, увеличивая на последующих процедурах на 1/2 биодозы, доводя до 4 биодоз, через день; на курс назначают 15—16 процедур. Ультрафиолетовые облучения, назначенные с профилактической целью, рекомендуют сочетать с приемом аскорбиновой кислоты. Профилактические облучения проводят в осенне-зимний период (октябрь — март) по одной из двух следующих схем. По первой схеме проводят ежедневные облучения в течение 1 мес., затем перерыв на 2 мес. После этого цикл облучений повторяют. По второй схеме облучения проводят через день в течение 2 мес., затем делают перерыв той же продолжительности и повторяют цикл.

Общие УФ-облучения являются эффективным средством физиопрофилактики острых респираторных заболеваний, рахита у детей и подростков, компенсации УФ-недостаточности у людей, работающих длительное время в отсутствие солнечного света (на севере, в шахтах). Широкое распространение получили общие облучения детей, беременных и кормящих матерей с целью профилактики рахита. В результате профилактических УФ-облучений повышается активность симпато-адреналовой системы, что обеспечивает устойчивость организма к влиянию неблагоприятных факторов внешней среды.

Противопоказаниями для местных и общих УФ-облучений являются: злокачественные новообразования; активная форма туберкулеза легких; недостаточность кровообращения II—III стадий; гипертоническая болезнь II—III стадий; выраженный атеросклероз; повышенная функция щитовидной железы; заболевания почек с недостаточностью функции; заболевания нервной системы с резким истощением; красная волчанка; фотодерматозы.

Следует отметить, что при общем солнечном облучении организма может наблюдаться ухудшение иммунологической Реактивности, что, в частности, было отмечено у здоровых лиц.

Дезинфекция УФ-излучением воздуха помещений и предметов применяется в детских и лечебных учреждениях, а также на производстве во время вспышки респираторных заболеваний. Целесообразным является использование коротковолновых УФ-облучателей или ламп ДБ (дуговых бактерицидных), поскольку коротковолновые УФ-лучи оказывают выраженное бактерицидное действие, обусловленное влиянием их на ядерную субстанцию клетки микроорганизма.

Более целесообразным является дезинфекция помещений в присутствии людей (непрямое УФ-облучение), которые сами являются источником бактериальной загрязненности. Облучают верхнюю зону помещения. Нижняя зона, где находятся люди, подвергается воздействию рассеянных и отраженных УФ-лучей от стен и потолка. При обеззараживании воздуха в присутствии людей используют экранированные бактерицидные облучатели: потолочные или настенные. Их монтируют на высоте 2—2,2 м от пола из расчета 0,8—1 Вт потребляемой мощности из сети на 1 м3 объема помещения (1 лампа ДБ-15 при объеме помещения 15м3). Максимальное снижение бактериальной обсемененности воздуха и предметов (на 60—85%) наступает через 20—60 мин облучения. Для получения стойкого бактерицидного эффекта рекомендуется повторное длительное облучение в течение 5—6 часов в день.

Дезинфекция в отсутствие людей (прямое УФ-облучение) проводится для обеззараживания воздуха помещений и инфицированных поверхностей с помощью неэкранированных потолочных, настенных или передвижных облучателей. Лампы монтируются на расстоянии 2 м от пола. Расчетная доза составляет 2—3 Вт потребляемой из сети мощности на 1 м3 объема помещения (4—6 ламп ДБ-15 при объеме помещения 30 м3). Бактерицидный эффект наступает через 40—60 мин. При использовании передвижного бактерицидного облучателя в помещении объемом 100 м3 бактерицидный эффект наступает через 30 мин. Бактерицидные лампы типа ДБ можно монтировать при входе в палату, перевязочную, операционную для воздействия на поток воздуха, двигающегося в обоих направлениях.

Облучатель «маячного типа» УТД-3 (лампа ДРТ 1000) применяют с целью дезинфекции воздуха только в отсутствие людей. В помещении площадью 30—35 м 2 бактерицидный эффект достигается в течение 30—40 мин горения лампы. В случае использования для дезинфекции воздуха ртутно-кварцевого облучателя ОРК-21 его устанавливают на расстоянии 1,7—1,8 м от пола с рефлектором, обращенным вверх к потолку в помещении не более 10—12 м2 на 30—40 мин. Использование ламп ДРТ для обеззараживания воздуха возможно при условии соблюдения соответствующих мер защиты.

В помещении должна быть приточно-вытяжная вентиляция четырех-пятикратным обменом воздуха. Обслуживающий персонал должен соблюдать определенные меры защиты: пользоваться темными очками, защищающими глаза от отраженных УФ-лучей в зоне облучения. Следует отметить, что применение ртутно-кварцевых облучателей для санации воздуха помещений ограничено ввиду невысокого бактерицидного эффекта, по сравнению с лампами ДБ, и выраженного озонирующего действия. Допускается использование для этих целей ртутно-кварцевых облучателей только при невозможности приобретения бактерицидных ламп ДБ-15, ДБ-30.

Лазерное излучение

Лазерное излучение представляет собой электромагнитные колебания (электромагнитные волны) оптического диапазона, источником которых являются оптические квантовые генераторы (ОКГ) — лазеры.

Термин «лазер» является аббревиатурой английского словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation и в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания.

Первоначально принцип усиления излучения был реализован в СВЧ-диапазоне, и первый квантовый генератор (усилитель) — мазер — был сконструирован в 1955 г. независимо Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и Ч. Таунсом. В 1960 г. был создан первый квантовый генератор видимого диапазона излучения — лазер с рубином в качестве рабочего вещества. Этот оптический квантовый генератор (ОКГ) создает импульсное излучение с длиной волны 0,69 мкм и мощностью в импульсе 1 МВт. Возбуждение, или, по терминологии квантовой электроники, накачка, осуществляется с помощью специальной лампы-вспышки высокой мощности. В том же году был создан первый газовый гелий-неоновый лазер, возбуждение в котором возникает при электрическом разряде. Излучающими являются атомы неона; атомы гелия играют вспомогательную роль.

Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые) занимают прочное место в оптических лабораториях. Осваиваются новые активные среды, разрабатывается и совершенствуется технология изготовления лазеров. В 1962— 1963 гг. в СССР и США одновременно создаются первые по­лупроводниковые лазеры.

Типы лазеров. Классификацию лазеров принято производить с учетом как типа активной среды, так и способа ее возбуждения (способа накачки). По типам активной среды лазеры подразделяют на твердотельные (диэлектрические кристаллы и стекла), жидкостные (органические красители и др.), газоразрядные (газовые смеси, содержащие атомы и молекулы), полупроводниковые (два полупроводника разного типа).

По способам создания возбуждения активной среды выделяют лазеры с оптической накачкой и накачкой с использованием самостоятельного электрического разряда. Оптическая накачка имеет универсальное значение. Она применяется для возбуждения различных активных сред (жидкостей диэлектрических кристаллов, полупроводников). Накачка с использованием самостоятельного электрического разряда применяется в разреженных газообразных активных средах. Накачка имеет две разновидности: импульсную и непрерывную, которые позволяют реализовать, соответственно, непрерывный и импульсный режимы генерации лазерного излучения.

С принципом генерации излучения ОКГ связаны его основные свойства: строгая монохроматичность (дА,= 0,01 нм); когерентность (упорядоченность распределения фазы лазерного излучения как во времени, так и в пространстве); поляризация (упорядоченность в ориентации векторов напряженности электрических и магнитных полей световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу); направленность (малая расходимость лазерного луча); интенсивность (высокие значения величин, отражающих энергетические параметры лазерного излучения). Совокупность этих свойств обеспечивает такие технические преимущества лазерного излучения, используемого в медицине, как возможность локального равномерного облучения в широком диапазоне интенсивности светового потока, более высокая точность дозирования, по сравнению с традиционно применяемыми в физиотерапии источниками света, использование гибкого волоконно-оптического инструмента для подведения энергии лазерного излучения непосредственно к очагу поражения при внутриполостной его локализации.

Среди физических параметров лазерного излучения большое значение имеет выходная мощность Р (Вт, МВт), которая определяется измерителем, входящим в комплект к лазерным физиотерапевтическим установкам и аппаратам, а также указана в паспорте к ним. Объективным количественным параметром облучения является плотность потока мощности — ППМ (интенсивность), определяемая как отношение мощности (Р) к площади засвечиваемого пятна (S):

ППМ = P/S (Вт/м 2 , МВт/см 2 ),

Важным энергетическим параметром является энергетическая экспозиция лазерного излучения — Н (плотность энергии), равная произведению плотности потока мощности Вт/м 2 МВт/см 2 ) на время воздействия:

Н=ППМ t(Дж/м 2 , Дж/см 2 ),

где t — время в с.

Часто эту величину называют дозой облучения. Так как установлено, что биологические эффекты лазерного излучения зависят не только от абсолютной дозы облучения, но и от ее слагаемых компонентов (плотности потока мощности, времени воздействия и др.), то для достижения наиболее выраженного терапевтического эффекта значения этих величин следует подбирать, основываясь на общих принципах лазерной терапии, приведенных в соответствующем разделе этой главы.

В тех случаях, когда расфокусирующая насадка не применяется, доза лазерного излучения оценивается как произведение величины выходной мощности Р (Вт) и времени воздействия t (с) и выражается в джоулях (Дж), т. е. Доза = Р•t(Дж).

В условиях курсового лазерного облучения для оценки суммарной дозы величина последней за одну процедуру умножается на общее число процедур.

Лазерная физиотерапевтическая аппаратура. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются следующие серийные лазерные физиотерапевтические установки и аппараты:

—- гелий-неоновые (X = 0,63 мкм, режим излучения непрерывный, прерывистый): установка лазерная физиотерапевтическая УЛФ-01; аппараты физиотерапевтические лазерные АФЛ-1, 2, АФДЛ-1; лазерная физиотерапевтическая установка Люзар-ЛТУ-1, 2, 3; аппарат для лазерной терапии «Биола-002»; лазерная офтальмологическая установка ЛОУ-1; стоматологическая лазерная установка ЛТМ-01; аппарат лазерный физиотерапевтический малогабаритный ФАЛМ-1; аппарат лазерный терапевтический многофункциональный АЛТМ-01 «Лучик-2» (для лечения стоматологических и ЛОР-заболеваний, для внутрисосудистых воздействий) и др.;

— полупроводниковые, генерирующие импульсный режим излучения: аппарат лазерный терапевтический — АЛТ «Узор» (л- — 0,89 мкм); лазерный импульсный терапевтический аппарат ЛИТА-1 (Я, = 0,8-0,9 мкм); лазерный терапевтический аппарат ЭЛАТ (Я = 0,85 мкм); лазерная терапевтическая система «Прометей» (Я, = 0,9 мкм); аппарат лазерный терапевтический «Эффект» (Я = 0,84 и 0,89 мкм); аппарат лазерный импульсный терапевтический «Гелиос-01 М» (Я = 0,8—0,95 мкм, возможность модуляции излучения с частотой 1—100 Гц);

— аппараты с комбинацией лазерного излучения разных длин волн: аппарат физиотерапевтический диагностический лазерный АФДЛ-2 (Я, = 0,63 мкм и 0,8—0,9 мкм); аппарат лечебно-диагностический лазерный АЛДЛ-01 (Я = 0,63 мкм и 0,8—0,9 мкм); многофункциональный портативный лазерный аппарат «Адепт» (Я = 0,63, 0,85 и 1,3 мкм);

— аппараты, позволяющие осуществлять сочетанные (одновременные) воздействия: аппарат магнитолазерной терапии АМЛТ-01 (Я = 0,8—0,9 мкм, режим непрерывный, съемная магнитная насадка с индукцией постоянного магнитного поля 10—40 мТл); магнитолазерный физиотерапевтический аппарат «Млада» (Я = 0,85 мкм, режим непрерывный, съемная магнитная насадка с индукцией постоянного магнитного поля 50 мТл); магнито-инфракрасный лазерный терапевтический аппарат МИЛТА (А, = 0,95, 0,89 мкм, лазерное излучение в импульсном режиме, некогерентное инфракрасное излучение светодиодов в непрерывном режиме, съемная магнитная насадка с индукцией постоянного магнитного поля порядка 35 мТл) и др.

Биологическое действие низкоэнергетического лазерного излучения. При воздействии лазерным излучением на биообъект часть его поглощается, а другая — отражается. При этом коэффициент его отражения, в частности от кожи человека, достигает 43—55% и зависит от пола, возраста, степени пигментации облучаемых участков и др. Поглощение низкоэнергетического лазерного излучения также различно и в диапазоне длин волн 0,6—1,4 мкм: для кожи составляет 25—40%, для мышцы и кости — 30—80%, для паренхиматозных органов (печень, почки, селезенка и др.) — до 100%.

Глубина проникновения лазерного излучения в биообъект во многом зависит от длины волны. Установлено, что проникающая способность излучения увеличивается от ультрафиолетового (УФ) до инфракрасного (ИК) диапазона с 1— 20 мкм до 70 мм (при Я = 0,95 мкм). В результате поглоще­ния света молекулой-акцептором происходит ее фотовозбуждение, т. е. переход в электронно-возбужденное (синглетное) состояние с временем жизни 10~9—10~8 с. Из этого состояния фотовозбужденная молекула может перейти в основное (невозбужденное) состояние с испусканием кванта (флуоресценция) или в более долгоживущее метастабильное электронно-возбужденное (триплетное) состояние с временем жизни 10 — 4-10 -6 с, но которое отличается от синглетного реакционной способностью. Переход из триплетного в основное состояние сопровождается испусканием кванта фосфоресценции или происходит безизлучательный переход. Не всегда молекулы акцепторов квантов света сами вступают в фотохимическую реакцию; возможна миграция энергии на реагирующий центр, что широко распространено в фотосинтезирующих системах.

Способность вещества поглощать световое излучение зависит от его атомной структуры и, в первую очередь, от расположения окружающих ядро электронов, а спектр поглощения каждого вещества является характеристикой его поглощающей способности. Установлено, что возможными первичными акцепторами лазерного излучения могут являться пептидные группы (для Я = 0,19 мкм), карбонильные группы (для Я = 0,23 мкм), триптофан (для Я = 0,22 и 0,28 мкм), тирозин (для Я = 0,28 и 0,22 мкм), фенилаланин (для Я = 0,26 мкм), каталаза (для Я = 0,63 мкм) и др.

При рассмотрении механизма действия лазерного излучения на уровне целостного организма следует иметь в виду, что любой фотобиологический эффект начинается с взаимодействия кванта света со специфическим акцептором для данного излучения. Такой фотоакцептор, как правило, связан с мембраной клеток или внутриклеточных органелл. Поэтому резонансное поглощение света данными фотоакцепторами (например, окислительно-восстановительными ферментами и т. п.) приводит не только к изменению скорости катализируемой ими реакции, но и к изменению конформации локальных участков мембраны, а в дальнейшем — и мембраны в целом. В результате создается физико-химическая основа для последовательного возникновения неспецифических реакций клеток облучаемой ткани: изменение ионной проницаемости, в частности для ионов кальция, активности аденилатциклазной и АТФ-азной систем и др., что, в свою очередь, приводит к усилению биосинтетических и биоэнергетических процессов.

Если воздействие осуществляется непосредственно на раны, язвенные дефекты и т. п., т. е. когда основное значение отводится местным реакциям организма, то происходит активация пролиферативных процессов и более быстрое восполнение соответствующих тканевых дефектов. Если воздействию подвергаются рецепторные поля кожи или биологически активные точки, то весь комплекс перечисленных неспецифических изменений может привести к изменению возбудимости определенных рецепторов (элементов нервной системы), тем самым повлиять на характер их импульсации в центральные структуры мозга и способствовать изменению характера регуляторных влияний со стороны центральной нервной, вегетативной и гормональной систем на сердечно-сосудистую, иммунную и другие системы организма.

Биомеханизмы сочетанных с лазерным излучением физиотерапевтических воздействий сложны и обладают своими особенностями. Так, например, при сочетанном воздействии на биообъект лазерного излучения ближнего ИК-диапазона длин волн и постоянного магнитного поля (наряду с суммацией однонаправленных эффектов этих факторов) возникают качественно новые проявления их совместного действия. К ним относится, в первую очередь, фотомагнитоэлектрический эффект, при котором возникает электродвижущая сила (ЭДС), существенно превышающая наведенную ЭДС, имеющую место при взаимодействии движущихся жидких сред организма с постоянным магнитным полем. Энергия квантов низкоэнергетического лазерного излучения нарушает связи между ионами, между молекулами воды и ионами. Постоянное магнитное поле способствует этой диссоциации и одновременно препятствует рекомбинации ионов в процессе сочетанного воздействия. Постоянное магнитное поле придает определенную ориентацию молекулярным диполям, выстраивает их вдоль своих силовых линий. Так как последние направлены в глубь облучаемых тканей, то и основная масса диполей располагается вдоль светового потока, что увеличивает глубину его проникновения в биообъект. Сочетанное магнитолазерное воздействие является более энергоемким, чем лазерное, а расщепление спектральных линий вещества под влиянием постоянного магнитного поля расширяет диапазон восприятия этим веществом светового излучения различных длин волн.

В результате сочетанного магнитолазерного облучения тканей их атомно-молекулярные образования приходят в возбужденное состояние, что усиливает метаболические процессы. Это способствует появлению свободных форм вещества, биологически активных продуктов фотолиза, изменению рН среды. За счет магнитолазерного воздействия изменяется энергетическая активность клеточных мембран в количественно большем отношении, происходят конформационные изменения жидкокристаллических структур, в первую очередь внутриклеточной воды. Усиление турбулентного процесса в протекающей крови и лимфе обеспечивает более полное реагирование питательных энергетических веществ в точках контакта со стенками капилляров. Увеличение энергоемкости сочетанных магнитолазерных процедур позволяет уменьшить дозу облучения при осуществлении лечебных воздействий, не снижая при этом терапевтическую эффективность.

Следовательно, биомеханизмы действия лазерного излучения являются сложными и многообразными. Влияние этого фактора осуществляется на разных уровнях, начиная с молекулярного, внутриклеточного до реакции органа, системы, всего организма. В основе реакций организма на действие лазерного излучения лежат как первичные физико-химические процессы, происходящие в результате взаимодействия энергии лазерного излучения с биологическими структурами, так и нейрогуморальный механизм, обусловленный функциональным состоянием систем организма, осуществляющих нервную и гуморальную регуляцию реакций адаптации, компенсации и восстановления.

Принципы физиотерапевтического использования лазерного излучения. Установлено, что низкоэнергетическое лазерное излучение (в частности, применительно к практике физиотерапии, красного и ближнего инфракрасного диапазона длин волн) вызывает стимуляцию обмена в тканях и процессов регенерации, повышение уровня потребления кислорода и величины окислительно-восстановительного потенциала, изменение проницаемости сосудов, гемодинамики и микроциркуляции, стимуляцию иммунной системы. Указанные изменения способствуют достижению противовоспалительного, анальгезирующего и др. эффектов, которые в конечном итоге реализуются в терапевтическое действие этого светолечеб­ного фактора.

Одним из ключевых моментов при осуществлении лазеротерапии является определение рациональных параметров лазерных процедур. При дозировке лазерного излучения следует тщательно учитывать исходное состояние организма, в том числе характер и особенности патологического процесса, реактивность организма.

В практике лазерной терапии в большинстве своем преобладает принцип применения относительно невысоких интенсивностей лазерных лечебных процедур, что проявляется обычно улучшением местных и общих трофических процесcoв, адаптивных, защитных и компенсаторных реакций. На основе учета ответных реакций организма возможна коррекция дозировки лазерного излучения, а иногда и показанности этого метода для какого-либо конкретного больного.

В лазерной терапии (как и в светолечении вообще) разработаны различные методические приемы проведения процедур: местные воздействия на очаг поражения, воздействия на рефлекторно-сегментарные зоны, с учетом метамерной иннервации, на зоны Захарьина — Геда, на биологически активные точки.

В курсе лечения с использованием лазерного излучения проявляется (как уже отмечалось выше) широкий спектр терапевтически важных реакций — анальгезирующее, спазмолитическое, противовоспалительное и другое влияние на фоне активации или нормализации кроволимфообращения, проницаемости биологических мембран, обмена веществ, функций нервной, эндокринной, иммунной систем. Все это выражено при различных параметрах лазерных воздействий в неодинаковой степени и проявляется то более, то менее быстро, с преобладанием одних или других реакций.

Принято считать, что лазерной терапии присущи черты патогенетически обоснованного метода. При его назначении важен учет не только общего состояния организма, специфики патологического процесса, его клинических проявлений, стадий и фазы заболевания, тенденций его развития, но и сопутствующих заболеваний, половых, возрастных, профессиональных особенностей пациента, его нервно-психического статуса. Наиболее результативно применение лазерной терапии в функционально обратимых фазах болезни, хотя в последнее время новые методики находят свое обоснование и при более тяжелых проявлениях патологического процесса, в том числе при значительной выраженности морфологических изменений.

В связи с многообразием лечебных факторов, применяющихся в комплексной терапии, актуальными являются вопросы совместимости и последовательности применения лазерных лечебных процедур с другими физиотерапевтическими методами. В этом плане допускается применение в один день не более двух физиотерапевтических процедур, включая и бальнеолечение, причем одна из процедур (преимущественно светолечебная) должна носить характер выраженного «местного» воздействия.

В курсе лечения при заболеваниях без склонности к обострению возможно комбинирование лазерной терапии с массажем и лечебной физкультурой у больных без повышенной нейровегетативной лабильности и резко выраженных болевых синдромов.

Нередко целесообразно проводить лазерное облучение с другими физическими методами по принципу чередования процедур в разные дни. Вместе с тем, эффект повышения ионной

проницаемости кожи под влиянием лазерного излучения дает основание полагать о возможности его использования для оптимизации лекарственного электро- и фонофореза. В этом случае процедуры проводят в один день, последовательно (близко к сочетанным, т. е. без временного интервала). При этом воздействие лазерным излучением предшествует электро- и фонофорезу (на ту же область). Не рекомендуется осуществлять лазеротерапию в дни проведения оентгенологических и радиоизотопных исследований.

Одним из путей дальнейшего совершенствования метода лазерной терапии является использование импульсных лазерных физиотерапевтических воздействий. Перспективность применения импульсного режима определяется рядом причин. Во-первых, к импульсным лазерным процедурам, по сравнению с таковыми при непрерывном режиме излучения, в значительно меньшей степени развивается адаптация, что является важным залогом успеха курсовой лазеротерапии. Во-вторых, варьированием параметрами импульсных лазерных воздействий при необходимости можно сконцентрировать энергию этого физического фактора в дозировках, существенно превышающих аналогичные при непрерывном режиме проведения процедуры. В импульсе проявляется специфическое влияние излучения, уменьшается тепловое действие (в том числе за счет малой длительности импульса), а также обеспечивается непосредственное воздействие на глубоко расположенные структуры без повреждения поверхностных тканей. В-третьих, как известно, все физиологические процессы в организме протекают ритмично. Поэтому импульсные лазерные воздействия больше приближаются к естественным условиям и легче усваиваются теми или иными системами, чем непрерывные раздражители. При правильном выборе ритма и параметров возможно резонансное влияние, позво­ляющее при малой интенсивности воздействия значительно изменить функцию органа или системы. Для достижения наилучшего терапевтического результата важно, чтобы параметры лазерной процедуры соответствовали ритмической деятельности объекта, характеризуемой хронаксией, лабильностью, аккомодацией и другими показателями. В-четвертых, импульсные лазерные воздействия гораздо разнообразнее непрерывных по своим физическим характеристикам, что облегчает индивидуализацию и адекватность лазерной терапии. Кроме того, импульсный характер воздействия лазерным излучением дает более реальные шансы для разработки систем с автоматической регуляцией параметров лечебной процедуры, основанной на принципе обратной связи.

В целом, можно считать, что дополнение непрерывных и сочетанных (с другими физическими факторами) лазерных процедур импульсными воздействиями значительно расширяет терапевтические возможности этого светолечебного метода.

При проведении лазерной терапии необходимо иметь в виду, что, как и любая физиотерапевтическая, лазерная светолечебная процедура предъявляет требования к адаптационным механизмам организма, вызывая затрату его энергетических ресурсов. Поэтому применение метода лазеротерапии (в комплексе с несколькими процедурами), в совокупности превышающее реактивные возможности организма,— недопустимо.

В процессе осуществления лазерных физиотерапевтических воздействий, в связи с меняющимся состоянием барьерных функций организма, может изменяться чувствительность к фармакологическим препаратам, что дает возможность уменьшить назначение лекарственных средств. Лазерная терапия на медикаментозном фоне повышает эффективность комплексной терапии, особенно в более острых и сложных вариантах заболеваний.

Технические возможности современных лазерных физиотерапевтических установок и аппаратов позволяют осуществлять наружное облучение различных по площади участков тела пациента с помощью специальных оптических насадок, позволяющих плавно изменять угол расходимости луча, различных по своему функциональному назначению насадок для контактных лазерных воздействий, сканирующих устройств.

Для облучения патологических очагов при внутренней их локализации отечественной промышленностью разработаны специализированные наборы инструментов для внутриполостной лазерной терапии.

При сравнительно большой поверхности зоны воздействия ее делят на участки (поля) до 80 см 2 при общей площади облучения не более 400 см 2 за одну процедуру. Лечение в таких случаях проводят путем последовательного чередования облучаемых полей. При первых процедурах целесообразно облучать 1—2 поля. В последующем, в зависимости от переносимости процедур, область воздействия можно расширить до 4—5 полей.

При осуществлении лазерной терапии допустимы различные методические приемы, предусматривающие контактные и дистанционные воздействия с применением стабильной и лабильной методик.

Для лечебных целей лазерное излучение 0,63 мкм при использовании расфокусирующих насадок, а также излучение 0,8—0,9 мкм (при непрерывном режиме генерации) применяют интенсивностью 1—10—30 мВт/см 2 . Точечные воздействия лазерным излучением нерасфокусированным или сфокусированным лучом предусматривают более высокие плотности потока мощности излучения. Такие воздействия, в отличие от расфокусированных, более целесообразны, например, на область максимально выраженных болевых точек. При облучении биологически активных точек (БАТ) рекомендуется применять плотности потока мощности лазерного излучения порядка 1—3 мВт/см2. Длительность облучения одного поля обычно составляет от 1 до 5 мин, а одной БАТ: до 20 с — по возбуждающей методике и до 60 с — по тормозной методике. Суммарное время воздействия лазерным излучением красного (0,63 мкм) и ближнего инфракрасного диапазона (0,8—0,9 мкм) длин волн в непрерывном режиме генерации, как правило, не должно превышать 30 мин. При внутрисосудистом облучении крови с использованием лазерного излучения 0,63 мкм (режим непрерывный) рекомендуется применять следующие параметры воздействия: мощность излучения на торце световода — 1—5 мВт, время облучения — не более 30 мин.

При использовании импульсного ИК лазерного излучения 0,8—1,3 мкм (импульсная мощность до 10 Вт) обычно принято считать рациональными такие параметры: при облучении области проекции паренхиматозных органов частота следования импульсов составляет 100—1000 Гц при экспозиции воздействия на одно поле 1—2 мин; при облучении полей вне зон проекции перенхиматозных органов (суставы, позвоночник и др.) допускается частота следования импульсов менее 100 Гц при экспозиции воздействия на одно поле до 4 мин. Суммарное время облучения за процедуру, как правило, не превышает 20 мин.

Лазерную терапию обычно проводят ежедневно, реже — через день. Среднее количество процедур на курс лечения составляет 12—14, но при необходимости их число можно доводить до 20 (например, при длительно не заживающих ранах, трофических язвах и т. п.). В последнем случае целесообразно осуществлять два укороченных курса лазерной терапии по 7—10 процедур с перерывом между ними в 12—14 дней. При показаниях повторный курс лечения лазерным излучением можно проводить через 4—6 месяцев.

При назначении лазерных физиотерапевтических процедур в обязательном порядке должны быть отражены: длина волны и режим генерации лазерного излучения (непрерывный, импульсный); при непрерывном режиме — выходная мощность и плотность потока мощности лазерного излучения; при импульсном режиме — средняя импульсная мощность, частота следования импульсов, а в отдельных случаях и частота модуляции; локализация воздействия и количество полей (или БАТ); особенности методического приема (методика дистанционная или контактная, лабильная или стабильная); время воздействия на одно поле (точку), а в отдельных методиках — суммарное время облучения за .одну процедуру; чередование (ежедневно, через день); число процедур на курс лечения.

Лазерная терапия осуществляется на основе официальных методических рекомендаций по физиотерапевтическому использованию лазерного излучения, в соответствии с которыми для применения этого метода определены следующие показания:

1.Заболевания кожных и слизистых покровов: зудящие дерматозы, липоидный некробиоз кожи, язвенные формы аллергического васкулита кожи, витилиго, алопеция, артропатический псориаз, очаговая склеродермия, баланопоститы, крауроз вульвы.

2. Хирургические болезни: послеоперационные и длительно не заживающие раны, травмы (механические, термические), остеомиелит, сосудистые заболевания нижних конечностей, трофические язвы различного генеза, фурункулы, карбункулы, воспалительные инфильтраты, геморрой, трещины заднего прохода.

3.Внутренние болезни: ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, острые пневмонии, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, механическая желтуха, дискинезии желчевыводящих путей, колиты, ревматоидный артрит, остеоартроз.

4. Заболевания нервной системы: остеохондроз позвоночника с неврологическими проявлениями, невралгия тройничного нерва, невриты лицевого нерва, травматические повреждения периферических нервов.

5. Мочеполовые заболевания: хронический сальпингоофорит, функциональное трубное бесплодие, бартолиниты, кольпиты, хронический неспецифический простатит, острый эпидидимит, эпидидимоорхит, хронический пиелонефрит.

6.Заболевания ЛОР-органов: острые и хронические параназальные синуиты, воспалительные заболевания среднего уха (острые катаральные и гнойные средние отиты, хронические гнойные мезотимпаниты, хронические гнойные эпитимпаниты), воспалительные заболевания слуховой трубы (трубоотиты, экссудативные отиты), острые и хронические ларингиты, хронический фарингит, хронический тонзиллит, послеоперационный период у больных, перенесших двустороннюю тонзиллэктомию.

7. Стоматологические заболевания: пародонтоз, герпес губ, острый афтозный и рецидивирующий герпетический стоматит, синдром Мелькерсона — Розенталя, хронический рецидивирующий афтозный стоматит, десквамативный глоссит, гингивиты, альвеолиты, пульпиты, одонтогенные воспалительные процессы челюстно-лицевой области, травма слизистой оболочки полости рта (механическая, физическая, химическая).

Общие противопоказания: злокачественные новообразования; доброкачественные новообразования со склонностью к прогрессированию; заболевания крови; активный туберкулез легких; тяжелые формы заболеваний сердечно-сосудистой системы (кризовое течение гипертонической болезни, сердечно-сосудистая недостаточность II—III степеней); острые нарушения мозгового кровообращения; заболевания легких с явлениями легочной недостаточности III степени; печеночная и почечная недостаточность в стадии декомпенсации; сахарный диабет в стадии декомпенсации; тиреотоксикоз; инфекционные заболевания.

Требования безопасности при работе с лазерной медицинской аппаратурой. Эксплуатация лазерной медицинской аппаратуры в учреждениях здравоохранения осуществляется в соответствии с «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» и «Типовой инструкцией по охране труда при проведении работ с лазерными аппаратами».

«Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» устанавливают: предельно допустимые уровни облучения лазерным излучением; классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения; требования к устройству и эксплуатации лазеров; требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест; требования к персоналу; контроль за производственной средой; требования к применению средств индивидуальной защиты. Согласно этим правилам, лазеры по степени опасности генерируемого ими излучения подразделяются на четыре класса.

К лазерам I класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи.

К лазерам II класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением. К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности, и (или) при обличении кожи прямым и зеркально отраженным излучением. К лазерам IV класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Класс лазерной опасности указывается в паспорте на лазерный медицинский аппарат. Здесь же предусмотрен раздел с подробным описанием мероприятий по технике безопасности и гигиене труда, которые необходимо обеспечить при работе с данным аппаратом.

Физиотерапевтические лазерные установки и аппараты чаще относятся к I—II классам, реже — к III классу, при этом последние целесообразно размещать в отдельных кабинетах, на дверях которых должны быть оборудованы табло «Посторонним вход воспрещен» и знак лазерной опасности. Внутренняя отделка стен и потолка помещений, где эксплуатируются лазеры, должна иметь матовую поверхность; пол должен быть деревянным или покрыт специальным линолеумом, не образующим статическое электричество; освещенность (естественная и искусственная) должна соответствовать оптимальным величинам, предусмотренным «Строительными нормами и правилами».

Согласно «Типовой инструкции по охране труда при проведении работ с лазерными аппаратами» к самостоятельной работе на лазерных медицинских аппаратах допускаются лица не моложе 18 лет, с законченным высшим и средним медицинским образованием, имеющие удостоверение о прохождении курса специального обучения, а также обученные безопасности труда. Персонал, работающий с лазерной медицинской аппаратурой, должен проходить обязательный предварительный (при поступлении на работу) и периодические медицинские осмотры.

Требованиями безопасности предусмотрено принятие необходимых мер по исключению попадания лазерного излучения в глаза, на кожные покровы обслуживающего персонала, на зеркальные, металлические и стеклянные поверхности, кафельные стены и легковоспламеняющиеся материалы.

Персонал, работающий с лазерными медицинскими аппаратами, обязан пользоваться необходимыми средствами индивидуальной защиты в соответствии с требованиями, определяемыми классом лазерной опасности. Для защиты глаз в комплект к лазерной физиотерапевтической аппаратуре входят специальные защитные очки со светофильтрами.

Персоналу запрещается: проводить визуальную юстировку лазеров (II—IV классов) без необходимых средств защиты (глаз, кожи); направлять излучение лазера на металлические и стеклянные поверхности, а также на предметы, имеющие зеркально отражающие поверхности (если это не связано с производственной необходимостью); в момент генерации излучения осуществлять визуальный контроль попадания луча на объект (лазеры II—IV классов) без средств индивидуальной защиты глаз.

Легко ли собрать выжигатель мозгов? История электромагнитных полей в медицине

Несмотря на то, что почти вся статья будет посвящена электромагнитным полям, мы начнем издалека, с такого феномена как температура. Температура играет ключевую роль в биологических процессах, определяя как скорость их протекания, так и вовсе саму возможность их существования. Именно её будет измерять доктор, чтобы быстро оценить состояние вашего здоровья. Ведь повышенная температура тела — это естественная защитная реакция организма на болезнь, а результаты её измерения могут служить в качестве простейшего двоичного индикатора болен/не болен. На самом деле диагностические возможности этим не ограничиваются, и температура может рассказать о состоянии здоровья человека намного больше. Например, собрав достаточно данных с поверхности тела, возможно выявить даже специфичные заболевания, вроде рака груди [1]: Изображения с тепловизора левой и правой молочных желез пациентки с раком груди. Опухоль может быть обнаружена благодаря локально повышенной температуре кожи в районе новообразования. Стоит, однако, отметить, что такой метод не очень точен, потому не заменяет применяемую сегодня массово процедуру маммографии.Понимание того, что температура работает и в обратную сторону — для лечения пришло к людям очень давно, благо уж само тело человека подсказывало копать в этом направлении. Одним из пионеров в области лечения путём манипуляций с температурой заслуженно считается арабский учёный и врач Абу-ль-Касим аз-Захрави. Около тысячи лет назад он одним из первых решил, что неплохо было бы попробовать задействовать в медицине повышенную температуру, и чтобы не мелочиться, сразу взял раскалённый металл: Абу-ль-Касим аз-Захрави (справа) целится в опухоль на шее пациента.Сегодня такие методы лечения кажутся варварскими, однако на тот момент это был самый топ приёмов медицины, которые могли помочь порой в самых безнадежных случаях. Абу-ль-Касим, будучи человеком учёным не просто тыкал в людей горячей кочергой, но еще и проводил исследования влияния типа металла, температуры, формы прижигающих элементов, а также погодных условий на результаты лечения, пытаясь при этом выделить наиболее важные факторы для повышения результативности терапии. Но прогресс не стоял на месте и вот уже Луиджи Гальвани со своей женой показывают пораженным зрителям как дергаются лапки мертвой лягушки под воздействием протекающего через них электрического тока: Жена Луиджи Лючия была его ассистентом при проведении научных демонстраций.Температура тут на первый взгляд, казалось бы, ни при чём. Но после открытия настолько живительного действия электричества его не преминули использовать где только можно, и в первую очередь конечно же в медицине. Со времен аз-Захрави менять формат методов особо не стали и взамен прижиганию (Cautery) изобрели Гальванокаустику (Galvanocautery). Суть процедуры можно описать точно такой же картинкой: Сам Гальвани, конечно, таким не занимался. Его жена - тоже.Да-да, постоянный электрический ток использовался для совершения всё той же процедуры резкого локального увеличения температуры, проще говоря прижигания. Несмотря на, казалось бы, очевидное сходство двух этих методов испепеления болячек, электричество всё же показало себя более гибким инструментом в плане контроля процедуры и её безопасности. Если раскалённая кочерга прижигает только поверхностные регионы, ток уже способен проникать вглубь тканей, нагревать их объемно, и кроме того, может быть легко отрегулирован или же быстро отключён в случае необходимости. Гальванокаустикой вполне успешно, хоть и всё ещё весьма болезненно лечили новообразования, аневризмы и даже грибок. Постепенно она переросла в то что сегодня известно под названием электрохирургия, но мы эту ветку эволюции технологий пока пропустим, ведь всякие поля гораздо интереснее. Как только появились первые генераторы, способные вырабатывать переменный ток, обнаружился интересный факт: всё те же опыты с лягушачьими частями показывали, что при достижении определенной частоты генератора или выше её (порог был определён в районе 10 кГц) лапки переставали дёргаться, хотя ток при этом всё ещё как-то тёк по цепи. И здесь в нашей истории появляются такая неоднозначная персона как Арсен Д’Арсонваль [2]. Арсен ДД’Арсонваль исследовал влияние низкочастотных токов на тело человека, в том числе, пропуская их через себя любимого. Он заметил, что несмотря на то, что протекание тока никак не ощущается, через некоторое время кожа начинает потеть, а кровяное давление растёт, как будто бы повышается температура тела. Он пошёл дальше и построил ряд устройств для воспроизведения этого эффекта, наиболее интересными из которых являются катушки и кушетки для людей и животных. Примечательны они тем, что взаимодействие с пациентом в этих установках впервые происходило без прямого подключения и только за счет полей. Это вызывало благоговейный трепет у широкой публики, которая уже тогда была неравнодушна ко всему беспроводному и непонятному. Однако Арсен был не единственный, кто увлекался подобными интересными вещами. Ведь все мы знаем, что как только речь заходит об электричестве — там обязательно появляется он. Как и его заокеанский коллега, Никола Тесла также был замечен в экспериментах с применением электричества в медицине. И также как и Д’Арсонваль, был прямым виновником того, что в газетах того времени низкочастотным токам и полям приписывались свойства новой панацеи, способной излечивать что угодно вплоть до туберкулёза. Основания для этого Тесла почерпнул из своих экспериментов, когда обнаружил что микробы (как и туберкулёзные палочки) погибают при пропускании через них тока (ну а кто б не погиб). Такую мелочь как невозможность повторить то же самое внутри легких пациентов при этом даже не рассматривали и, что закономерно, короткие клинические испытания полностью провалились [2]. Тесла вообще был великий затейник, и кроме электричества предлагал лечиться ещё и вибраторами (нет, не такими) и даже тестировал их на Марке Твене [3]. Стоит отметить, что интересной чертой, которая словно нить связывает вместе страницы истории любого вида терапии, является желание людей получить на основе каких-либо физических явлений простой в эксплуатации механизм получения прибыли совершенствования или излечения человеческого тела. Будь то иппликатор Кузнецова, какой-нибудь там «Алмаг» или укус радиоактивного паука, люди обязательно ждут что это будет непременно полезно для здоровья. А особенно когда речь идёт о вещах интуитивно непонятных, вроде электромагнитных полей. Потому с поправкой на время и человеческую психологию, надо учитывать, что никто из пионеров электротерапии не особо вникал в механизм действия предлагаемых ими лечебных процедур. Суть исследований того времени сводилась к тому, чтобы найти желающих, посадить на какую-нибудь «конденсаторную кушетку», сунуть в руку электрод, включить генератор и посмотреть, что будет. По желанию потом можно собрать небольшую статистику и сделать на её основе очень далеко идущие выводы. Данная методика, разумеется, не вызывает ни малейших вопросов у любого здравомыслящего человека, а потому даже сегодня практически в любой аптеке можно купить так называемые «аппараты Д’Арсонваля», с всё таким же сомнительным функционалом как и много лет тому назад. Короче говоря, в итоге так сложилось, что если Тесла стал идолом каких-нибудь эфиропоклонников, то Д’Арсонваль — превратился в лейбл шарлатанов от медицины. Но вернёмся обратно в прошлое. вжжжжжПоколения учёных, гонимых жаждой открытий и взращённых на желании громкой славы их предшественников, ещё сильнее вгрызлись зубами в гранит науки в поисках влияния электромагнитных полей на бренное человеческое тело. Но всё, что удавалось наблюдать в экспериментах, раз за разом оказывались либо прямым, либо косвенным результатом действия растущей температуры. А громкие заявления персон, утверждавших об открытии новых неизвестных механизмов к 30-м годам всех уже порядком подзадолбали, и научный мир стал требовать солидных доказательств, прежде чем начинать разбираться в очередном последствии неграмотности авторов. В итоге выяснилось, что тело в электрическом плане мало чем отличается от резистора, и как подобает этому электронному компоненту, выделяет тепло, когда через него протекают токи разной природы, в том числе и наведённые внешними низкочастотными полями. Именно нагрев и приводил к повышению давления и потоотделения у пациентов Д’Арсонваля, так как таким способом их организм просто пытался себя охладить. Но учёные – пытливые ребята и просто так их не остановить. Многочисленные попытки найти хоть какие-либо значимые не термальные либо долговременные эффекты, оказываемые на организмы живых существ, продолжались (да и продолжаются по сей день, чего уж там). Причём даже не так важно, негативные эффекты или позитивные – при любом раскладе автор открытия был бы в выигрыше, не от врачей так хоть от военных. Однако никаких чудесных излечений болезней, контроля сознания, лучей поноса смерти и прочих фантастических плюшек обнаружить так и не удавалось. Реальность как обычно оказалась серой и унылой, как панельная девятиэтажка на окраине провинциального города. Однако и то, что было выяснено в процессе изучения всё равно пошло в дело: в итоге работы Д’Арсонваля и Теслы переросли в направление терапевтической медицины, названное диатермия, где тело пациента уже целенаправленно прогревались радиоизлучением. Установка для диатермии в стиле Fallout и вырезка из статьи посвященной этому методу лечения. Оранжевым выделены фразы Большой скачок для диатермии дало появление дешёвых и доступных источников высокочастотного излучения — радиоламп и магнетронов. Аппарат Raytheon microterm с картинки выше был первым из одобренных для применения в клинической практике. Внутри металлического корпуса был размещен магнетрон с рабочей частотой 2.45 ГГц (практически как в микроволновке у вас на кухне, но слабее по мощности). По гибкому волноводу микроволновая энергия от магнетрона подавалась внутрь параболического рефлектора, который фокусировал поля в теле пациента для локального прогрева. И обычно таким образом прогревали суставы. Несмотря на то, что технологии стали в разы лучше со времён Д’Арсонваля и Теслы, дух раздолбайства еще не до конца покинул умы медицинских экспериментаторов. Интересный момент касается того, что рабочая частота первых аппаратов вроде того, что представлен выше, была выбрана практически произвольно. Первая причина — это то, что магнетрон для частоты 2.45 ГГц будет не слишком большим по размеру, а вторая состоит в том, что действующая на тот момент Федеральная Комиссия Связи США (FCC) выделила для медицинского применения только этот диапазон (ну и еще один в районе 27 МГц) исходя из каких-то своих странных предположений. То есть самый ключевой параметр, который надо учитывать при нагреве живого человека полями – рабочую частоту выбрали буквально пальцем в небо, просто потому что. У кухонных микроволновок кстати ровно такая же история. Величина рабочей частоты там тоже скорее исторически сложилась, а не была выведена в результате кропотливых изысканий в секретных лабораториях и поиска пиков поглощения воды, как некоторые ошибочно полагают. Безусловно, термический эффект полей был уже для всех устоявшимся фактом, однако было мало данных о том, как именно электромагнитные поля фокусируются внутри организма, какой размер нагреваемой области и где она, собственно, будет находится. И тем не менее, это не останавливало никого, процедура пользовалась популярностью. Разумеется, когда военные, бюрократия и технический прогресс дали такую возможность, исследователи взялись проверять различные частоты и уровни мощности электромагнитного излучения, а также что происходит с ними внутри человека для дальнейшего применения сих знаний в медицине. И на этом месте прервём ненадолго урок истории и поговорим немного о физике — убийце чудес. Посмотрим глубже в процессы взаимодействия электромагнитных полей и человеческого организма с Эвереста наших сегодняшних знаний. Так как частота электромагнитной волны обратно пропорциональна её физическим размерам, а точнее длине, то вполне очевидно, что волны с частотами, например 27 МГц и 5 ГГц, будут взаимодействовать с тканями и органами человека совершенно по-разному: Длины радиоволн различной частоты по сравнению с телом человека. Амплитуды у них могут быть вполне одинаковые, так что не обращайте внимания на разницу в вертикальном масштабе и жирноту линий, это как говорится artist view.В общих чертах, если говорить о радиодиапазоне (а он огромен: от 0,03 Гц до 3 ТГц, поэтому обобщение очень смелое), то чем выше частоты — тем меньше тело человека похоже на упомянутый резистор и больше на конденсатор. Всё дело в том, что наш организм состоит в основном из диэлектриков. А диэлектрики — это материалы, которые плохо проводят ток в привычном всем понимании, как например металлы, но зато способны накапливать в себе энергию электрического поля за счет смещения зарядов в своих молекулярных структурах. Процесс смещения зарядов под действием внешнего поля, по сути, тоже является током, хоть и другой природы (его зовут ток смещения). Именно благодаря смещению зарядов переменный ток может течь сквозь конденсатор, хотя этот элемент вроде как представляет собой разрыв для электрической цепи: кусок воздуха или какой-нибудь там непроводящей керамики. В человеческом теле внешнее переменное электрическое поле заставляет шевелиться, крутиться и двигаться всякие ионы и полярные молекулы, а также растягивает электронные оболочки. Это приводит к возникновению вторичных полей, перераспределению и рассеиванию энергии, проще говоря к нагреву. Таким образом для высокочастотных полей мы представляем собой не простой конденсатор как в электронике, а скорее его комбинацию с резистором — он хоть и накапливает энергию, но при этом еще и кипятится. Но конденсатор – элемент как правило маленький, а человек по сравнению с ним довольно большой. Это значит, что некоторые волны, подходящие по размеру, могут вполне помещаться внутри тела или его части целиком. А совсем высокочастотные и даже не один а много раз. Когда такое происходит, и электромагнитная волна находится внутри среды, она всё ещё распространяется, но при этом уменьшает свою скорость (а ещё свои физические размеры). На анимации ниже показан примерный механизм того, как это работает на простой модельке с шариками и пружинами: Для вакуума или воздуха мы легко посчитаем длину волны зная скорость света, но в диэлектриках всё становится сложнее, так как нужно вводить специальную поправку на то самое уменьшение скорости и длины волны. Эту поправку назвали относительной диэлектрической проницаемостью материала и научились её измерять разными способами. Например, пихать кусочек исследуемого материала между обкладками конденсатора и проверять насколько изменилась его ёмкость. Соответственно проницаемость является относительной по отношению к таковой у вакуума, что вполне логично, ведь разных материалов много, а вакуум — один. Если примерять эту величину для умозрительной модельки с шариками с картинки выше, то она будет отвечать за жесткость и длину пружин: чем больше будет способность гипотетических пружин растягиваться и сжиматься — тем выше диэлектрическая проницаемость материала и тем дольше по времени волна будет проходить сквозь него. Но как уже было сказано, прохождение волны сквозь диэлектрик связано с потерями энергии и соответственно сопровождается нагревом последнего. Пружинная модель весьма показательна даже в этом плане, так как те же пружинки при колебаниях тоже нагреваются, хоть и совсем чуть-чуть. Зная это, логично будет предположить, что чем медленнее будет распространяться волна, тем больше она будет успевать терять энергии по пути и, тем самым быстрее нагревать среду. А ведь это так и есть! Волны более высоких частот с более короткими длинами скоропостижно растрачивают свою энергию и скорее греют поверхностные слои, нежели глубокие зоны. Ага, пюрешка из микроволновки, так вот почему ты постоянно такая холодная внутри! Относительная диэлектрическая проницаемость — это не одна единственная цифра для конкретного типа материала, как любят рисовать в табличках школьных учебников по физике. Она сильно зависит от частоты (да и от температуры кстати тоже, но пока не будем усложнять). То есть не прокатит измерить один раз эту величину для какого-нибудь подкожного жира или там мышц на частоте 80 МГц и использовать её же на 5 ГГц. Нужно будет озаботиться построением полноценного графика или продвинутой аналитической предсказательной модели, чтобы можно было знать какой всё-таки будет размер волны внутри тела пациента, если хотим полноценно использовать электромагнитные поля как терапевтический инструмент. Подкрепим наконец сухой непонятный текст сочными картинками. Это простенькая двумерная электромагнитная симуляция, призванная продемонстрировать поведение волн разных частот внутри материала. Возьмём цилиндр с диаметром 160 мм, ну почти как у головы человека (на цилиндр мы смотрим сверху), состоящий из самого распространенного в нашем мире диэлектрика — воды. Он стоит на пути у электромагнитного излучения, падающего на него слева: Как видно, даже в простеньком примере с примитивным объектом, электромагнитные волны различных частот внутри диэлектрика ведут себя непохожим образом. Основная причина — это конечно же разница в физическом размере волны и объекта — волны с частотой от 27 до 500 МГц ну никак не могут поместиться внутри маленького водяного цилиндра, а значит прогревают его практически равномерно. Дело кардинально меняется, когда длины волн становятся сопоставимы размером с нашего водяного друга, что хорошо заметно на частоте 2 ГГц. Вот там уже жарит что надо! Дело в том, что длина волны на частоте 2 ГГц очень близка к размерам самого объекта, а значит в дело вступает его величество резонанс с формированием стоячей волны внутри цилиндра. Ожидаемо с повышением частоты до 5 ГГц потери в материале становятся больше и волны уже не могут полноценно проникать в центр объекта, который становится похож на аналог чёрной дыры. На самом деле параметры воды в представленной симуляции близки скорее к кристально чистому дистилляту, чем к реальной жидкости, с которой мы имеем дело в быту. С настоящей водой радиоволны не дружат совсем, особенно с хорошо проводящей морской и распространяются в ней очень неохотно и, как правило, недалеко. Именно поэтому при организации подводной связи пытаются использовать такие костыли как сверхдлинные волны, где потери ещё терпимые или же пытаются прибегать к помощи совсем других технологий вроде ультразвука. Но не будем отходить от темы. При должных знаниях и наличии времени для объектов примитивных форм можно вывести формулы, которые полностью будут описывать поведение электромагнитных волн внутри них. Это даст знания как можно управлять ими, например, чтобы фокусировать энергию в нужном месте. При этом даже получится принять во внимание эффекты вроде затуханий или всякого рода резонансов. Но наш мир сложен и в целом плохо поддается аналитическому описанию, особенно когда речь заходит о такой непростой структуре как человеческое тело. Конечно, голову человека можно условно представить в виде показанного цилиндра. Но адекватно работать такая модель будет только для очень длинных волн, превышающих её размеры, где как мы уже поняли прогрев будет практически однородным. Если же взять частоту 2.45 ГГц, применявшуюся на заре становления диатермии, такие упрощения уже становятся недопустимы. И дело тут даже не в сложности формы головы, а в том, что своему составу и строению ткани организма очень разнородные. Параметры какого-нибудь жирового слоя сильно отличаются от параметров мышц, костей или там кожи. А ведь есть еще и всякие полости с воздухом и жидкости. Так что же там будет происходить внутри? Со времён диатермии никто долгое время не мог ответить на этот вопрос, пока наконец завесу тайны не приоткрыл вот этот человек: В смысле, вы его не знаете? Вообще-то это первый из людей кто смог обрести цифровое бессмертие. Разве не об этом тут все мечтают? Перед вами Джозеф Пол Джерниган, простой парень осужденный на смерть убийца из Техаса, который волей судеб после своей казни попал в университет Колорадо. Там с ним сделали тоже самое что и с лошадью в фильме Клетка. Тело Джозефа было заморожено в голубом желатине и при помощи ЧПУ станка было сточено слой за слоем с шагом в 1мм: Таким образом, Джозеф даже не будучи учёным открыл огромную веху в истории науки и медицины в частности — компьютерное трёхмерное моделирование человеческого тела. Каждый его слой был снят на камеру в хорошем на то время разрешении и оцифрован, уместившись в 15 Гб данных. Кроме того, перед тем как его тело разрушили, оно также было отсканировано в КТ и МРТ чтобы собрать по максимуму данных. Так в историю вошёл Visible Human Project. Кроме Джернигана подобным операциям впоследствии подверглись ещё несколько тел. Полученные данные были применены где только можно: в фильме Пятый элемент, компьютерных тренажёрах для врачей, численном моделировании, анатомических атласах и литературе. Но нас они интересуют конечно же с электромагнитной точки зрения. Так как на датасете прекрасно различим тип тканей (благо они отличаются по цвету), то уже не составляет труда присвоить им нужные значения диэлектрической проницаемости и проводимости, чтобы объединить в реалистичную электромагнитную 3d-модель. Уже из беглого анализа пространственного распределения этих параметров выяснились интересные вещи. Посмотрим на голову и то что у неё внутри [4]: Относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость тканей внутри человеческой головы на частоте 1 ГГц. Это модель женщины. Она была сделана много позже Джозефа и более гуманными методами (МРТ).На стыке материалов с разной диэлектрической проницаемостью всегда происходит отражение электромагнитной энергии. Убедится в этом вы можете и сами, посветив лазерной указкой на воду. Часть луча неизменно отразится от границы раздела двух сред, и чем больше разница в диэлектрической проницаемости этих сред — тем больше отражение. И если мы посмотрим на распределение проницаемости в тканях головы, то мы увидим, что мозг окружён именно такой границей. Вдобавок, мозг омывает цереброспинальная жидкость, которая имеет огромную по меркам человеческого тела электропроводность и соответственно показана красным на картинке справа. Это значит что во-первых часть падающих извне электромагнитных волн будет отражаться от черепа, а во-вторых то что всё-таки пройдёт — будет поглощено цереброспинальной жидкостью (которая к тому же ещё и постоянно циркулирует). Таким образом, совпадение это или нет, но эволюция уже экипировала нас своеобразной шапочкой из фольги, спасающей от внешнего радиоизлучения. Так что нет! Сделать выжигатель мозгов чрезвычайно сложно (особенно в таком же виде как он был представлен в нашей любимой игре). С одной стороны это хорошо, учитывая в каком мире мы с вами сегодня живём, окружённые полями со всех сторон. С другой — это создаёт огромные проблемы для тех, кто хочет применять радиоволны в бою для лечения. Стало окончательно понятно, что вариации параметров материалов внутри тела довольно большие, и универсального способа применять поля для терапии скорее всего нет, так как разница размеров, положения и состава тканей от человека к человеку может быть очень существенной. Ну а ещё все модели людей выше — здоровые и без патологий, а как же быть если мы хотим лечить, например, опухоль? Структура новообразований в человеческом теле обычно связана с неконтролируемым ростом клеток. В связи с этим нарушается строение сосудистой сетки в регионе новообразования. Помните самую первую картинку этой статьи с кадрами тепловизора? Вот именно из-за нарушений в расположении сосудов и появляется регион где ткани охлаждаются током крови хуже чем остальные и который можно выявить термометрией. В какой-то момент, ещё даже до того, как были получены первые цифровые модели, люди задумались, что это свойство может сослужить хорошую службу, ведь если начать греть весь регион, то опухоль перегреется гораздо раньше. Так диатермия превратилась в гипертермию, следующую ступень эволюции электромагнитной терапии: Иллюстрация того, как выглядит сосудистая сетка новообразования в тазовой области и аппарат гипертермии на частоте 8 МГц для выжигания подобных опухолей.Итак, если диатермия была лишь баловством, то теперь мы добрались уже до полноценного выжигания тканей при помощи электромагнитных полей. Задача гипертермии состоит в том, чтобы нагреть больные клетки до температур денатурации белков в районе 44—45°С, что замедлит их рост или вовсе убьёт. Долгое время на неё возлагали большие надежды как на перспективный метод борьбы с раком, который мог бы быть использован наравне с химио- и радиотерапией, ну или хотя-бы в комбинации с ними. Однако несмотря на огромное количество исследований и кучи произведённого коммерческого оборудования, вроде того аппарата с картинки выше, клиническая значимость этого метода всё ещё остаётся под вопросом. Но изначально идея была хороша: мы могли бы лечить что-то без какого-либо хирургического вмешательства, в труднодоступных регионах (а голова как раз один из таких), да ещё и не повреждая здоровые ткани как при лучевой терапии. Электромагнитная гипертермия должна была превратится во что-то такое: Если отбросить проблемы с медицинской части, с технической стороны краеугольным камнем электромагнитной гипертермии стала невозможность контроля процедуры лечения. Даже если у вас есть точная трёхмерная модель техасского парня, это вовсе не значит, что у пациента который пришёл к вам на приём внутренности такие же. И гарантировать что перегреется только опухоль никто не может, невзирая на описанные выше особенности сетки сосудов в районе новообразований (которая опять же индивидуальна). А потому технологию стали развивать в сторону повышения точности, а значит применения более высоких частот и прицельной фокусировки полей при помощи таких же технологий как в военной радарной технике — фазовых антенных массивов. Но если радары смотрят своими антеннами в небо, то в данном случае мы направляем их внутрь человеческого тела. Гениальным решением победить слепоту процедуры радиочастотного нагрева стали как ни странно те же электромагнитные поля, но в другой своей ипостаси — в виде магнитно-резонансной термометрии [5]: Пациент помещен в устройство Sigma Eye компании PYREXAR, которое является массивом антенн-диполей. Вся конструкция вдвигается в аппарат МРТ, который может производить термометрию. 2004 год.Аппарат МРТ может не только показывать распределение воды в организме, но ещё и измерять относительные изменения температуры объектов во времени, ведь резонансная частота протонов, сигналы которых он измеряет тоже зависит от температуры. Будучи скомбинированным с массивом антенн, способных фокусировать энергию внутри тела пациента он превращается в этакий прообраз машины из Элизиума способной как на диагностику, так и на терапию используя только лишь электромагнитные волны! Сперва при помощи МРТ создаётся трехмерная цифровая модель пациента, по которой ведётся расчет фаз и амплитуд для каждой излучающей антенны, а потом начинается нагрев, который чередуется со снимками термометрии для полноценного контроля процесса. Цифровой двойник тела пациента создаётся в виде тетраэдальной меш-сетки, которая используется для решения уравнений Максвелла и последующего расчета области фокусировки электромагнитной энергии. Примеры термометрии с нагревом опухоли до 30 градусов в двух срезах показаны справа. Обратите внимание что есть участки перегрева и вне опухоли.Снова заметим, что на границе двух сред разной диэлектрической проницаемости всегда есть отражение электромагнитной энергии. Такой границей конечно же является еще и воздух-кожа. Поэтому между антеннами для гипертермии и пациентом ещё и приходится помещать мешки с водой (окружают тело пациента на снимках), иначе эффективность передачи энергии даже с таких близко расположенных антенн сильно страдает. Удобным для пациента конечно такой процесс не назвать. Но это ещё цветочки по сравнению с тем, что шевелиться во время процесса (а он легко занимает и более часа в экспериментах) ни в коем случае нельзя — ведь модель тела при расчёте фокусировки делается для определённого его положения и если пациент сдвинется, то что-то может пойти не так. В общем несмотря на то, что идея уже очень старая по нашим меркам, до сих пор эксперименты в области проводятся на пике возможностей наших технологий. Один лишь расчет фокусировки для подробной модели человеческого тела может требовать пару часов работы не самого слабого GPU, а алгоритмы для таких расчётов до сих пор совершенствуются и усложняются, как, собственно, и сами модели. Но, наверное, самой главной проблемой на пути гипертермии всё ещё остается непонимание того как использовать температуру для лечения. Как выяснилось, просто выжечь что-то внутри тела это не такая уж и хорошая идея, а потому все исследования в области сменили направление в поисках чего-то более удачного. Одним из таких решений в перспективе может стать применение наночастиц-носителей лекарства, активируемых нагревом. Но пока выходит, что одними лишь электромагнитными полями не обойтись. Эпилог Ещё много копий будет сломано в спорах о том, вреден ли 5G и облучает ли вас сосед по ночам. А всё из-за того, что наш прогресс в исследовании электромагнитных полей и их воздействия с человеком показал, что этот вопрос невероятно сложен. Причина этой сложности заключается внутри самих нас — в строении человеческого тела. Для правильного моделирования нагрева одной лишь ткани из многих входящих в состав организма может потребоваться знание до восьми различных параметров, которые ещё и варьируются от человека к человеку. А теперь ещё вспомним что это всё находится в непрерывном движении! Вдобавок — количество энергии что попадет внутрь вашего тела от внешнего источника зависит от ещё большей груды параметров. И попробуй в таких условиях придумать что-то универсальное вроде пластыря на ранку. Именно поэтому в медицине, в области, где люди хотят быть уверены в используемых методах, электромагнитные поля пока так и не нашли твёрдых оснований для применения. Однако в научной среде жизнь кипит, методология постоянно развивается и ждет своих новых героев не хуже аз-Захрави, Теслы, Д’Арсонваля и Джернигана сотрудников университета Колорадо. Тех кто за грудой проблем увидит решение, которое изменит этот мир. Спасибо за внимание! Вот вам напоследок электромагнитная симуляция наносекундного радиоимпульса, испускаемого близко расположенными широкополосными антеннами прямо в мозг. Обратите внимание сколько энергии теряется на периферии:

Инфракрасный нагрев: частые вопросы

С 2000 года произведено и отгружено более 170 000 нагревателей.

Решения для инфракрасного нагрева: cамые часто задаваемые вопросы

Используя наш многолетний коллективный опыт в области инфракрасного нагрева, мы можем проектировать и разрабатывать экономичные и эффективные индивидуальные решения для печей и отопления для наших клиентов. Как лидеры в данной отрасли, мы обладаем опытом и знаниями в области инфракрасных технологий, которые не могут сравниться ни с чем.

Несмотря на то что инфракрасный нагрев широко используется в самых разных отраслях и секторах промышленности, он всё ещё вызывает много вопросов. Вот почему мы решили составить список самых часто задаваемых вопросов и дать на них краткие ответы.

1. Что такое инфракрасное излучение?

Тепловые лучи были открыты в 1800 году Уильямом Гершелем, когда он использовал призму для преломления солнечного света. Используя термометр, он заметил повышение температуры за пределами красного сегмента видимого спектра. Длина волны видимого света находится в диапазоне от 0,38 (фиолетовый) до 0,78 (красный) микрон, при этом инфракрасный свет находится между 0,78 — 1000 микрон (мкм). Со временем эти тепловые лучи стали известны как «инфракрасные».

2. Что такое инфракрасное тепло?

С научной точки зрения инфракрасное тепло — это волна электромагнитного излучения. Длины волн, которые в основном используются для промышленных тепловых процессов, находятся в диапазоне 0,78 — 1000 мкм.

3. Что считать стандартной длиной волны инфракрасного излучения?

Инфракрасное излучение обычно делится на 3 секции. В Ceramicx следуют следующим стандартам:
1. Коротковолновое инфракрасное излучение: 0,78 — 1,40 мкм, также называется инфракрасным излучением ближнего действия [NIR] или IRA;
2. Средневолновое инфракрасное излучение: 1,4–3,0 мкм, также называется инфракрасным излучением среднего действия [MIR] или IRB;
3. Длинноволновое излучение: 3–1000 мкм, также называется инфракрасным излучением дальнего действия [FIR] или IRC.

4. Может ли инфракрасное излучение быть опасно?

Все объекты, включая и людей, с температурой выше абсолютного нуля (-273,15°C) естественным образом излучают инфракрасную энергию, поэтому ответ на данный вопрос будет «НЕТ!». Хотя инфракрасное излучение может создать достаточно энергии, чтобы спровоцировать движение молекул, в отличие от более высокочастотного излучения, такого как рентгеновские лучи, у него недостаточно энергии для разрушения молекул или причинения вреда. Инфракрасное тепло может согреть любую часть вашего тела. Но длительное воздействие высокого уровня инфракрасного излучения может быть потенциально опасным и привести к ожогу, как и от любого другого источника тепла, например огня.

5. Чем опасно инфракрасное излучение?

Инфракрасное излучение — это энергия, которая рассматривается как волны, движущиеся в пространстве с разными частотами. В пространстве есть и низкие частоты, которые составляют радиоволны, и высокие частоты, такие как гамма или рентгеновские лучи, с видимым спектром света, который наши глаза могут воспринимать (от фиолетового до красного света). Инфракрасное излучение — это излучение, находящееся чуть ниже видимого света в электромагнитном спектре. Когда мы поглощаем инфракрасное излучение, мы чувствуем только его теплоту. Однако инфракрасное излучение может быть опасным при длительном воздействии.

6. Можно ли использовать инфракрасные излучатели в вакууме?

Инфракрасные излучатели часто используются в условиях частичного вакуума. Прямая передача тепловой энергии обычно более эффективна из-за отсутствия молекул водяного пара, которые обычно поглощают часть инфракрасного излучения.

7. Какое должно быть оптимальное расстояние между инфракрасным излучателем и объектом нагрева?

Это зависит от вашей задачи, но обычно мы рекомендуем 100-200 мм для статичных условий нагрева, то есть когда и нагреватель и объект нагрева находятся в фиксированном положении. Оптимальное расстояние зависит от расстояния между элементами и от того, насколько однородная температура вам нужна. Как правило, чем больше расстояние, тем больше рассеивание излучения, что, в свою очередь, способствует равномерному нагреву. Более короткие расстояния могут привести к увеличению тепловой энергии, сконцентрированной на меньшей площади, что может создать отдельные зоны с высокой температурой.

8. Как выбрать наиболее подходящий инфракрасный излучатель для моей задачи?

Если характеристики поглощения объекта нагрева известны, можно использовать максимальную длину волны излучения как ориентир для выбора наиболее подходящего излучателя. Если же эти характеристики вам неизвестны, то небольшое тестирование с одним или двумя излучателями покажет нам, какой вид излучателя нужен для данного материала. Другим ключевым фактором является скорость теплового отклика в зависимости от сферы применения излучателей. Керамическим нагревателям обычно нужно около 10-12 минут для того, чтобы достичь устойчивой температуры. Кварцевым кассетам понадобится вдвое меньше, а кварцевые галогенные или вольфрамовые излучатели достигнут максимальной рабочей температуры за несколько секунд.

Рассчитать цену на инфракрасный нагреватель

9. Какой срок службы у керамического нагревателя?

При нормальном использовании керамические излучатели прослужат 20 000 часов или 12 месяцев с даты изготовления. Для кварцевых излучателей это 10 000 часов или 12 месяцев с даты изготовления.

10. В чём разница между плоскими керамическими нагревателями и вогнутыми керамическими нагревателями?

Керамические вогнутые нагреватели излучают концентрированную тепловую энергию, которая рассеивается в пространстве. Это означает, что вогнутые керамические нагреватели лучше всего располагать на расстоянии от объекта нагрева. Плоские керамические нагреватели излучают равномерную тепловую энергию, из-за чего они больше подходят, когда объект нагрева находится на близком расстоянии от нагревателя.

11. Какое расстояние должно быть между излучателями при проектировании цельной системы нагрева?

Опять же, это зависит от вашей задачи и от расстояния между нагревателем и объектом нагрева, но, как правило, небольшие расстояния между нагревателями способствуют повышению однородности температуры. Обычно мы рекомендуем расстояние как минимум в 5 мм между керамическими нагревателями, когда они размещены внутри одной системы нагрева. Мы рекомендуем то же самое и с кварцевыми излучателями.

12. Инфракрасные печи эффективнее в отличие от конвекционных?

Инфракрасное тепло можно контролировать и регулировать. Инфракрасное тепло более энергоёмкое, так как тепло направлено только на объект нагрева или на зону, которую вы хотите нагреть. Конвекционные печи, в свою очередь, нагревают одновременно и воздух и объект нагрева, а горячий воздух будет всегда улетучиваться. Таким образом, конвекционные печи менее эффективные и менее экономичные.

Поставляем ли мы оборудование для бытового назначения?

У нас ограниченный запас оборудования для бытового назначения. Пожалуйста, свяжитесь с нашими сотрудниками для получения более подробной информации.

Можем ли мы разрабатывать нестандартные нагревательные элементы или компоненты?

Да. Когда клиенту нужен нагревательный элемент или компонент, который будет изготовлен специально для его задачи, мы всегда рады обсудить и разработать его идеи.

СРОЧНАЯ ОТГРУЗКА В ТЕЧЕНИЕ 1 ДНЯ!

Купить инфракрасные нагреватели

Инфракрасные нагреватели керамические
(до 1500 Вт)

Купить инфракрасный нагреватель кварцевый

Инфракрасные нагреватели кварцевые
(до 3000 Вт)

Купить инфракрасный галогеновый электронагреватель

Инфракрасные нагреватели галогеновые
(до 2000 Вт)

Купить инфракрасную лампу

Инфракрасные лампы
(до 400 Вт)

Купить карбоновый инфракрасный нагреватель

Карбоновые нагревательные элементы
(до 5000 Вт)

Купить комплектующие к инфракрасным нагревателям

Комплектующие к инфракрасным нагревателям

Купить шкаф управления инфракрасным нагревом

Шкафы управления инфракрасным нагревом

Купить инфракрасную панель

Инфракрасные панели

Купить инфракрасные обогреватели

Инфракрасные обогреватели

Отсортировать:

  • новинки выше
  • дешевые выше
  • дорогие выше
  • популярные выше
  • хиты продаж выше
  • высокие скидки в начале

Показать еще 12 товаров
Карта сайта — Информация
Моя учетная запись

  • Войти
  • Создать учетную запись

Интернет-магазин

  • Распродажа со склада
  • Ваши заказы
  • Отложенные
  • Список сравнения
  • Политика конфиденциальности
  • г. Москва,
  • +7(499) 689-02-66
  • 8-800-550-99-67 (звонок бесплатный)
  • Пн – Вс 9:00 – 17:00
  • zapros@promnagrev.ru
  • Посмотреть на карте

© Официальный сайт ПромНагрев 2001-2023. Полное или частичное использование материалов сайта только с письменного разрешения. Запрещается автоматизированное извлечение информации сайта любыми сервисами без официального письменного разрешения. Информация, указанная на сайте, является справочной, и ни в коем случае не является публичной офертой.

Доставка во все города России!

Москва Санкт-Петербург Новосибирск Екатеринбург Нижний Новгород Мурманск Новочеркасск Череповец Южно-Сахалинск Владикавказ Брест Раменское Улан-Удэ Махачкала Дубна Орёл Жуковский Пушкино Ступино Одинцово Павлодар Волжский Челябинск Самара Саратов Краснодар Алматы Казань Иркутск Ростов-на-Дону Пермь Воронеж Оренбург Минск Уфа Красноярск Томск Омск Ставрополь Ижевск Владивосток Тольятти Волгоград Пенза Невинномысск Липецк Барнаул Ярославль Владимир Тула Чебоксары Брянск Кемерово Астана Хабаровск Рязань Калуга Смоленск Тюмень Киров Подольск Ульяновск Белгород Калининград Петрозаводск Тверь Набережные Челны Сосновый Бор Мытищи Обнинск Симферополь Караганда Люберцы Курск Бийск Серпухов Иваново Сочи Вологда Новокузнецк Кострома Саранск Тамбов Костанай Сергиев Посад Великий Новгород Днепр Астрахань Чита Королёв Чехов Псков Магнитогорск Балашиха Йошкар-Ола Фрязино Щелково Химки Курган

Electric Heating Elements Европейское качество, а также Китай высокого качества.

Если не нашли свой город в списке — позвоните менеджерам 8 (499) 689 02 66 и узнайте о способах доставки в ваш город, укажите адрес завода.

Чтобы заказать и купить нагреватель оптом или в розницу, узнать стоимость, запросить прайс-лист, обращайтесь к менеджерам. Низкая цена, скидки.

В наличии на складе и изготовление под заказ по чертежам различные типы изделий: нагреватели, нагревательные элементы, электронагреватели, обогреватели, ТЭНы и комплекты (термопара + регулятор), электрические нагревательные приборы. Напряжение нагревателей 230, 380 V (Вольт), по запросу производство 12, 24, 48, 110 V. Мощность нагревателей от 1 W (Ватт) до 100 кВт (киловатт)

Теория вопроса

Известная нам еще по курсу физики средней школы шкала электромагнитных волн (см. рис.1) показывает, что инфракрасные волны (ИК излучение, инфракрасные лучи) занимают спектральную область между красным концом видимого света (с длиною волны 7,6х10 -5 см) и коротковолновым радиоизлучением (1.5х10 -1 см)

Рис.1 Шкала электромагнитных волн

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

ИК излучение было открыто в 1800 г. английским учёным В. Гершелем, который обнаружил, что в полученном с помощью призмы спектре Солнца за границей красного света (т. е. в невидимой части спектра), температура термометра повышается (см. рис.2)Далее было доказано, что ИК излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет. В 1923 г. советский физик А. А.Глаголева-Аркадьева получила радиоволны ~0,1х10 -1 см т. е. соответствующие инфракрасному диапазону длин волн. Таким образом, экспериментально было доказано, что существует непрерывный переход от видимого излучения к ИК излучению и радиоволновому и, следовательно, все они имеют электромагнитную природу.

Рис.2 Термометр, помещенный за красной частью солнечного спектра, показал повышенную температуру по сравнению с контрольными термометрами расположенными сбоку.

СВОЙСТВА ИНФРАКРАСНЫХ ВОЛН

Спектр ИК излучения, так же как и спектр видимого, может состоять из отдельных линий, полос или быть непрерывным в зависимости от природы источника ИК лучей. Т.е. зависит от степени возбуждения конкретного атома или молекулы (иначе от их кинетической энергии или температуры). Каждый из известных нам химических элементов при определенных температурных условиях имеет свою собственную неповторимую спектральную картину (характеристику). Так, например, возбуждённые атомы испускают строго линейчатые (из-за относительного состояния покоя связки ядро — электроны) инфракрасные спектры, а возбуждённые молекулы — полосатые в виде на первый взгляд беспорядочно хаотичных линий. Это обусловлено механизмом наложения собственных линейных спектров составляющих атомов и взаимодействием этих атомов между собой. С повышением температуры меняется и спектральная характеристика тела. Нагретые твёрдые и жидкие тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. При низких температурах (ниже 300°С) излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области. Этот температурный диапазон имеет большое практическое значение для изучения и использования важнейшего свойства инфракрасных волн — поглощение и дальнейший нагрев разнообразных тел.

ПОГЛОЩЕНИЕ И НАГРЕВ ТЕЛ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Поглощение телом ИК излучения зависит от его спектральной характеристики. Если частотный диапазон инфракрасной волны соответствует диапазону ИК спектра тела, то она обладает свойством глубинного проникновения, что в свою очередь вызывает процесс перехода ее энергии в тепловую. Это объясняется резонансным эффектом, если предположить, что связка атом-атом (т.е. молекула) является контуром, а волна — внешним источником колебаний аналогичной частоты. Таким образом, исследуя и зная ИК спектр произвольно взятого материала, можно подобрать частоту испускания ИК луча такой, что глубина его проникновения будет максимальной, добиваясь этим наилучшего глубинного теплового прогрева данного тела.

Это замечательное свойство и было использовано специалистами лаборатории корпорация «АВИСТЕН», которая существует на базе Самарского опытно-экспериментального завода. Эмпирическим путем, на основе данных, полученных в результате экспериментов с разнообразными полимерными материалами (подавляющее большинство мягких кровель есть производные от полимеров) была установлена оптимальная для них спектральная характеристика, соответствующая инфракрасному частотному диапазону в 40х10 -5 см. Источником ИК лучей является лампа на основе спирали из специальной нихромовой проволоки. Во время нагрева лампы ее спираль, испуская ИК волны указанной частоты, имеет температуру всего лишь в 680°С. При этой температуре конвективно-кинетический теплообмен между лампой и нагреваемой поверхностью, расстояние между которыми 20-30 см , незначительный, т.к. ИК лучи практически не нагревают воздушную прослойку между ними. Поэтому повышение температуры полимера (причем глубинно равномерное и на уровне 200°С) происходит преимущественно от воздействия ИК излучения, в результате чего он превращается в монотонно однородную массу с сохранением всех составляющих его фракций. Для сравнения рабочая температура вольфрамовой спирали обычной лампы достигает 4000°С, поэтому конвективно-кинетическая составляющая теплообмена играет решающую роль, сводя на нет нужный инфракрасный теплообмен и являясь причиной пережигания или деструкции материала. Таким образом, инфракрасный прогрев является бережным, целенаправленным глубинным прогреванием вещества без какого-либо его повреждения.

ВЛИЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЗДОРОВЬЕ

Любое теплое тело (и мы сами) является источником инфракрасного излучения. Науке ничего неизвестно о каком-либо негативном воздействии ИК волн на живые организмы, т.к. фактически идет речь об обычном тепле, являющемся одной из основ жизни биологических видов. Проникновение ИК излучения широко используется в медицине (стоматология, хирургия, инфракрасные бани), сельском хозяйстве (для просушки зерна), обогреве помещений. В заключение, можно сказать, что меры безопасности по работе с ИК оборудованием аналогичны, как и для обычных электроприборов.

НАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ТОМСКОГО ГАСУ

Кафедра теплофизики Томского Государственного Архитектурно-Строительного Университета, изучая в течение ряда последних лет теоретические и практические достижения в области технологии теплообмена битумосодержащих мягких кровель, получила результат в виде построения строгой математической модели процесса регенерации старого кровельного покрытия при инфракрасно конвективном воздействии (ИКВ). Это выразилось в установлении оптимизированного теплоэнергетического соотношения как функции зависящей от времени, мощности ИКВ, толщины кровельного покрытия, температур излучающих поверхностей Тс, конвектирующей среды Тв и окружающего воздуха Тн. Основные положения, автором которых является к.т.н. Дегтяренко А.В., приводятся ниже.

Рис. 3. Характер изменения температурных полей в системе «кровельное покрытие — цементно-песчаная стяжка»

На рис. 3 показан типичный характер изменения полей температуры в составном плоском теле в различные моменты времени. Время окончания тепловой обработки определяется температурой 350:360 К на границе «кровельное покрытие — цементно-песчаная стяжка». При этой температуре деформативные свойства покрытия будут достаточны для силовых воздействий и получения плотного контакта между слоями на границе.

Рис. 4. К постановке двумерной задачи теплопроводности:
а — нагревательное устройство;
б — битумосодержащий композит;
в — цементно песчаная стяжка;
г — слой утеплителя;
1-4 — расчетные области

Математическая модель задачи с учетом допущений включает четыре уравнения теплопроводности для каждой расчетной области 1-4:

+7 (846) 959 62 12
+7 906 340 74 53 (Viber, WhatsApp) 443035, г. Самара,
пр. Кирова, 255, оф. 417 ВСЕ НОВОСТИ

Все о лазерах

Кожа — самая большая и самая видимая часть нашего тела. Выполняя множество функций, начиная от тактильной чувствительности заканчивая одной из главных – защиты от различных факторов, наша кожа страдает от экологического хаоса, использования жестких продуктов и множества других внешних и внутренних воздействий. Любая проблема, в какой бы части тела не возникла, наверняка затронет кожу.

Возраст является еще одним фактором, который влияет на кожу.

Какой бы ни была причина или проблема, все отражается на нашей коже, и особенно на лице. Пятна, прыщи, морщины и т.д. Список никогда не заканчивается. Старение приводит к появлению темных кругов, провисанию кожи, появлению морщин и т. д. Антивозрастные средства, лекарства и т.д….. «обещают» устранить эти проблемы с кожей, но большинство из этих обещаний остаются невыполненными! Именно тогда люди обращаются к лазерной терапии!

Что такое лазерное лечение для кожи?

Лазеры являются источниками света высокой интенсивности. Лазер точно фокусируется на небольших точках с высокой энергией.

  • Основной принцип применения лазеров в косметологии заключается в том, что свет воздействует только на тот объект или вещество, которое поглощает его. В коже свет поглощается особыми веществами — хромофорами. Каждый хромофор поглощает в определенном диапазоне длин волн, например, для оранжевого и зеленого спектра это гемоглобин крови, для красного спектра – меланин волос, а для инфракрасного спектра — клеточная вода.
  • При поглощении излучения происходит преобразование энергии лазерного луча в тепло на том участке кожи, который содержит хромофор. При достаточной мощности лазерного луча это приводит к тепловому разрушению мишени.

Лазерный луч может мягко испарять и / или удалять ткани кожи (абляция), чтобы удалять морщины, шрамы и пятна, спаивать кровеносные сосуды или разрезать ткани кожи. Широкий спектр интенсивного импульсного света (IPL) обладает способностью специфически лечить кровеносные сосуды и пигментацию. Суть заключается в направлении коротких концентрированных пульсирующих лучей света на кожу, точно удаляя слой за слоем.

Лазеры могут решать различные кожные дефекты, вплоть до лечения различных кожных заболеваний (псориаз, витилиго и т.д.).

Разберем главный вопрос – какие типы лазеров существуют.

Существует несколько типов лазеров, используемых в терапии кожи. Пик длины волны лазерного излучения, длительность импульса и то, как кожа поглощает эти лучи, определяют клиническое применение лазеров.

  • Процессы поглощения и переноса тепла зависят от физических свойств мишени, глубины залегания и ее размера. Поэтому в лазерной косметологии важно тщательно подбирать не только длину волны, но и энергию, и длительность лазерных импульсов.
  • Глубина проникновения лазерного излучения зависит от длины волны лазера.

Выделяют 2 основные категории: аблятивные и не аблятивные лазеры.

Аблятивные лазеры — излучение в кожу происходит с такой длиной волны и интенсивностью, при которой происходит удаление эпидермиса (луч поглощается водой и происходит выпаривание), то есть наш наружный слой кожи поврежденный морщинами или солнцем. При этом лазер стимулирует нижележащие слои кожи, что приводит к образованию коллагена и улучшению качества кожи. Абляция происходит при температуре нагрева кожи выше 150 градусов.

После лазерной шлифовки на кожу наносится мазь и повязка. Как только кожа заживает после процедуры, формируется новая кожа, которая становится более гладкой и упругой.

Аблятивные лазеры бывают двух типов:

1. Лазер на диоксиде углерода (Co2) — углекислотный:

Впервые он был введен в конце 60-х годов и до сих пор используется для омоложения кожи. Активная среда — газовая смесь, длина волны 10 600 нм. При такой длине волны часть света заберёт вода, а часть пойдёт глубже. Поэтому CO2-лазеры глубоко прогревают ткани и одновременно запаивает (коагулирует) их, также происходит сильный прогрев окружающих тканей.

Из-за его побочных эффектов он был в значительной степени заменен лазерами с фракционным режимом, который имеет меньше побочных эффектов и заживление происходит быстрее. Не подходит для темных оттенков кожи.

CO2-лазеры применяются в хирургии, гинекологии, офтальмологии, урологии, оториноларингологии, дерматологии, нейрохирургии, ожоговой хирургии, стоматологии и онкологии. Но мы остановимся на применении лазера в косметологии.

Показания: удаление новообразований, шрамы, рубцы, постакне, растяжки, глубокие морщины, бородавки, опущение мягких тканей, мозоли.

Побочные эффекты: огромный риск пигментации, болезненность, зуд и жжение, покраснение кожи и рубцы.

2. Эрбий-иттрий-алюминиевый гранат (Er: YAG) – эрбиевый лазер:

Длина волны 2940 нм. Свет такой длины поглощается водой и свет не может проникнуть глубоко. Поэтому в эрбиевом лазере минимальный эффект коагуляции. Он работает более поверхностно, чем CO2-лазер, выпаривая воду на глубине 4-6 микрон.

4-6 микрон — это примерный размер клеток некоторых слоёв эпидермиса, что позволяет удалять клетки послойно, точно подбирая глубину воздействия. Например, при химическом пилинге такая точность невозможна.

Показан для удаления поверхностных и умеренно глубоких морщин на лице, руках, шее или груди с минимальным повреждением окружающих тканей. С меньшими побочными эффектами, после воздействия заживление происходит быстрее, по сравнению с лазером CO2.

Показания: как и углекислотный лазер, Er:YAG применяется для шлифовки с целью общего омоложения кожи, коррекции морщин, выравниванию и подтяжки.

Побочные эффекты: может вызвать покраснение, отек и кровоподтеки, которые могут сохраняться в течение 1-2 недель.

Не аблятивные лазеры:

В отличие от абляционных технологий, которые нагревают и удаляют верхний слой кожи-эпидермис, не абляционный лазер работает под поверхностным слоем кожи – на уровне дермы. Стимулирует рост коллагена и подтягивает кожу, улучшая ее тонус. Он также удаляет тонкие морщины и повреждения кожи от легкой до умеренной степени.

Не абляционные лазерные процедуры бывают следующих типов:

3. Импульсный лазер на красителе (PDL — pulsed dye laser):

представляет собой лазер, который излучает длину волны 585 или 595 нм в желтой полосе видимого света. Это один из первых лазеров, используемых в дерматологической практике, который генерировал короткую длину импульса и был изобретен в основном для лечения сосудистых патологий. За прошедшие годы технология развилась и современные аппараты PDL предлагают для выбора диапазон длительностей импульса, что даёт возможность проведения широкого спектра процедур на основании принципа селективного фототермолиза, который будет рассмотрен ниже. Он лечит кожу, воздействуя непосредственно на кровеносные сосуды, делая кожу менее красной. Может использоваться в любом

месте — на лице и теле. Требуется от 3 до 5 сеансов. Результат постоянный. Время, необходимое для восстановления после процедуры, составляет всего пару часов, в течение которых покраснение полностью исчезает.

Показания: используется для лечения сосудистых звездочек, родимых пятен, розацеа, поврежденных капилляров, растяжек, сосудистых поражений и мелких морщин вокруг глаз.

Побочные эффекты: временная пигментации и появление синяков, полностью проходящих через 7-14 дней.

4. Лазер Nd: Yag — неодимовый лазер:

длинноимпульсный лазер c длиной волны 1064 нм, используется для глубоких сосудов (преимущественно на ногах или больших синих сосудов на лице):

Алюминиевый иттриевый гранат, легированный неодимом, представляет собой кристалл, который используется в качестве лазерной среды для твердотельных лазеров. Они излучают свет с длиной волны высокой энергии, который при фокусировке на определенном состоянии кожи создает тепло и разрушает необходимые клетки.

Показания: лечение сосудистых и пигментных новообразований (преимущественно на ногах или больших синих сосудов на лице), удаление татуировок (Q Switched Nd:YAG ) и удаление волос.

Побочные эффекты: недостаточно эффективен, в случае сосудистых поражений существует высокая вероятность рецидива. Во время лечения может быть болезненность, покраснение, отек и зуд могут длиться до нескольких дней после лечения.

5. КТР-лазер (сосудистый лазер):

Удаление сосудистых дефектов на коже эффективно проводятся с помощью косметического КТР-лазера — это хорошо известный неодимовый лазер на гранате (Nd:YAG), спаренный с нелинейным кристаллом титанил фосфата калия (КТР), который удваивает частоту излучаемого света до получения длины волны 532 нм, расположенной в зеленой области спектра.

Показания: коагуляции телангиэктазий на лице, лечении розацеа и винных пятен. Высокая чувствительность меланина к этой длине волны делает этот лазер эффективным в коррекции пигментных патологий.

Побочные эффекты: не может применяться для пациентов с темными типами кожи.

6. Александритовый лазер – импульсный лазер с длиной волны 755 нм:

Этот лазер излучает длинноволновый свет высокой энергии, который преобразуется в тепловую энергию. В результате чего воздействие происходит точно в выбранную цель. Этот лазер использует принцип селективного фототермолиза, который означает использование света (фото) для нагрева (термо) выбранной области для разрушения (лизиса). Александритовые лазеры оказывают очень точное разрушение тканей в очаге поражения и оставляют окружающие ткани без повреждений.

Показания: используется для лечения пигментации, возникшей в результате повреждения солнцем, родимых пятен, другого рода пигментации и пигментных поражений. Показан для удаления волос у пациентов 1-2 фототипа, удаления татуировок и вен на ногах.

Побочные эффекты: болезненность во время лечения. Покраснение, отек и зуд могут сохраняться до нескольких дней. Может также вызывать изменения в пигментации.

7. Диодные лазеры:

Длина волны 800–810 нм. Неоспоримым преимуществом является соотношение цена/качество. Поглощающими хромофорами являются меланин и гемоглобин в коже. Появление длинноимпульсных (до 100 мс) и сверхдлинноимпульсных диодных лазеров (10–1000 мс) расширило спектр применения этих устройств от процедур лазерной эпиляции до лазерной коагуляции сосудов. Диодный лазер уверенно занимает промежуточную позицию между лазерами, коагулирующими «красные» сосуды и лазерами, коагулирующими «синие» сосуды.

За счет увеличения длительности импульса эти лазеры могут работать на темных типах кожи с различными длинами волн

Показания: используются для лазерной эпиляции, лечения варикозной болезни и лазерного фотоомоложения.

Побочные эффекты: перифолликулярный отёк, покраснение кожи, отёк и ощущение жжения, как правило, может длится от 1 до 3 часов после процедуры. Покраснение может длиться в течение нескольких дней.

8. Эксимерные лазеры:

Содержат соединения ксенона, криптона и аргона их целью являются молекулы белка и воды. Имеют длины волн между 190-350 нм, это одна из разновидностей фототерапии. В этом диапазоне УФ-спектра наблюдается уникальное соотношение эффективности и безопасности терапии. Принцип работы эксимерного лазера

заключается в выработке ультрафиолетового излучения, которое передается по оптоволоконному кабелю и выходит на его конце в виде сжатого пучка лазерного света.

Показания: лечение псориаза и витилиго. Воздействие УФВ лучей направлено непосредственно на депигментированное (беспигментное, белое) пятно, исключая облучение здоровой кожи, не оказывает побочных эффектов на организм, абсолютная безболезненность процедуры.

Побочные эффекты: риск ожогов, прогрессирование заболевания.

9. Фракционные лазеры:

Являются лазерами, которые производят микроскопические зоны воздействия и влияют на конкретную глубину в коже. Длина волны находится в диапазоне 1550 нм, а поглощающими хромофорами является вода в ткани.

Фракционный лазер избирательно травмирует кожу в определенных участках и не создает очаг повреждения в соседних тканях. Лечение фракционными лазерами имеет более быстрое время восстановления с меньшим количеством возможных осложнений. Клетки, находящиеся вокруг микрозон повреждения, активируются и начинают восстанавливать поврежденный участок.

Процедура называется «фракционный лазерный фототермолиз». Лазер в ходе проведения процедуры представляет собой не один луч, он разделен (фракционирован) на несколько сотен тончайших лучей.

Фракционные лазеры запускают в коже процесс так называемого фракционного ремоделирования, когда ткань участок за участком перестраивается и обновляется, причем этот процесс затрагивает и пигмент, и морщины, и рубцовую ткань. Такие лазеры нагревают не всю кожу сразу, а тысячи ее фракций толщиной с человеческий волос, оставляя кожу вокруг таких микрофракций неповрежденной.

Лечение фракционным лазером может сочетаться с инъекциями ботокса и другими косметологическими процедурами.

Показания: омоложение кожи и коррекции целого ряда косметических дефектов — пигментация, рубцы, растяжки, постакне, мелазма, лечение морщин, поврежденной солнцем кожи.

Побочные эффекты: покраснение кожи, отек, риск развития пигментации при несоблюдении рекомендаций врача.

Помимо лазеров выделяют аппараты на основе света – IPL терапия (Широкополосный импульсный свет):

Как и лазеры, IPL системы используют свойства электромагнитного излучения (световых волн), однако имеется целый ряд существенных отличий.

Технология IPL предполагает использование некогерентного широкополосного (полихроматического) света с длиной волны от 500 до 1200 нм. Световое излучение в IPL системах подается не постоянно, а в виде отдельных вспышек (импульсов) высокой интенсивности. В основе принципа действия IPL систем лежит широко известная теория селективного фототермолиза, основные постулаты которой были сформулированы Роксом Андерсом и Дитером Манштейном. Согласно ей, световые волны с определенной длиной волны при воздействии на кожу избирательно поглощаются пигментсодержащими клетками-мишенями (хромофорами), оставляя интактными прочие тканевые структуры. Поглощенная хромофором энергия света преобразуется в тепло, при этом особенности термического воздействия будут зависеть от характеристик светового излучения.

Выводы

Результаты и восстановление:

Результаты лазерных процедур различаются в зависимости от технологии и методе лечения. При правильном выполнении лазерные процедуры могут заметно улучшить состояние кожи и скорректировать существующие проблемы. И они также омолаживают кожу.

Восстановление тоже варьируется в зависимости от типа применяемой процедуры. Мягкое лечение, например, с использованием лазеров с низким энергопотреблением, обычно имеет очень быстрое время восстановления, обычно от нескольких дней до одной недели. Этот тип лечения не приводит к сильному шелушению и появлению корок на коже. Агрессивное лазерное лечение требует более длительного периода восстановления. Как правило, восстановление будет проходить через различные стадии покраснения, мокнутия, корок и шелушения в течение одной недели. После этого кожа может оставаться розовой в течение еще двух недель.

Это безопасно?

Лазер – это сложная процедура, и все процедуры такого рода несут определенный риск. Абляционное лазерное лечение может привести к инфекциям, герпесу, появлению милиумов (белые кисты-закрытые комедоны), пигментации (особенно при воздействии солнца после операции).

Не абляционные методы могут вызвать временную гиперпигментацию (потемнение кожи), волдыри и повреждение глаз от воздействия лазера.

С развитием технологий появились новые типы лазеров для решения различных проблем кожи и типов кожи.

А так как доступно много различных видов лазерной обработки кожи, трудно найти ту, которая подойдет Вам. Поэтому очень важно проконсультироваться с опытным дерматологом, чтобы составить план лечения, разработанный специально для вас!

Вы страдаете от проблем с кожей? Какие процедуры вы пробовали? Задумывались ли вы о лазерном лечении кожи.

Излучение от смартфонов: насколько это опасно и как себя защитить?

азиатская девочка смотрит на экран мобильного

Насколько вредно излучение, исходящее от вашего мобильного?

Может ли постоянное использование телефона привести к возникновению раковой опухоли?

Можно ли что-нибудь сделать, чтобы защитить себя от вредного воздействия?

В течение многих лет ученые пытаются ответить на эти вопросы, но до сих пор не было опубликовано ни одного убедительного исследования, которое бы поставило точку в этих дебатах.

Что мы точно знаем, так это то, что мобильная связь производит электромагнитные волны в радиочастотном диапазоне, которые относят к неионизирующему излучению.

Эти волны гораздо слабее, чем ионизирующее излучение — вроде рентгеновских лучей, ультрафиолетового и гамма-излучения, способных проникать через ткани организма и наносить вред клеткам, меняя структуру ДНК. Однако полностью воздействие этого типа излучения на человеческий организм до сих пор не изучено.

Мир вокруг нас пронизан всевозможными радиоволнами: ультракороткие волны, на которых работают местные радиостанции, микроволновое излучение, производимое СВЧ-печками, тепловое излучение и видимый свет.

Известно, что неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией, чтобы напрямую причинить вред структуре ДНК на клеточном уровне.

Man typing on mobile phone

Однако согласно инофрмации, размещенной на сайте Американского онкологического общества (ACS), существуют вполне реалистичные опасенияотносительно того, что сотовые телефоны могут увеличивать риск возникновения опухолей мозга и других видов опухолей в области головы и шеи.

При чрезвычайно высокой интенсивности радиоволны могут нагревать ткани тела. Именно на этом принципе основана работа микроволновых печей.

Несмотря на то, что энергия, излучаемая мобильными телефонами, неизмеримо ниже, и ее недостаточно для того, чтобы повысить температуру в человеческом организме, исследователи из ACS говорят, что ясности в вопросе, причиняют ли они вред здоровью человека, нет, и в качестве меры предосторожности советуют по возможности сократить пользование мобильными.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *