Электромагнитное излучение

Рубрики: Физика

Естественное электромагнитное излучение

Жизнь на Земле возникла и продолжает существовать благодаря излучению Солнца. Солнечное излучение является электромагнитным излучением. Из школьных учебников физики известно, что каждый покоящийся электрический заряд создаёт вокруг себя электрическое поле. Такое поле называется стационарным (или постоянным) электрическим полем. Движущийся электрический заряд создаёт вокруг себя магнитное поле. Электромагнитные волны представляют собой возмущения электромагнитного поля, распространяющиеся в свободном пространстве со скоростью света. Мы в дальнейшем будем использовать термин «электромагнитное излучение». Термин "электромагнитное излучение" охватывает огромный диапазон частот от 0 до 10 22 Гц. Сюда входят наиболее изученное видимое излучение, прилегающие к нему с обеих сторон инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, а кроме того гораздо хуже изученные рентген и у -излучение в области высоких частот и много диапазонов радиочастотного излучения в области низких частот. В итоге ширина шкалы частот спектра электромагнитного излучения превышает 22 порядка. На этой частотной шкале хорошо изученное видимое излучение занимает менее половины одного порядка. Но именно это излучение даёт человеку 80 — 90 % информации об окружающем мире благодаря процессам зрения, снабжает его и весь животный мир пищей благодаря процессам фотосинтеза и т. д.

Жизнь на Земле протекает в условиях воздействия ещё и геомагнитного поля Земли. Геомагнитное поле Земли содержит постоянную составляющую, на долю которой приходится около 99% , и переменную, вклад которой оценивают в 1%. Существование постоянного магнитного поля объясняют процессами в жидком металлическом ядре планеты. Его ориентация задаётся магнитными полюсами, положение которых не совпадает с положением географических полюсов. Положение магнитных полюсов испытывает очень медленные смещения от века к веку, т. е. в первом приближении может считаться устойчивым. Напряженность геомагнитного поля максимальна у полюсов (около 60 А/м) и минимальна на магнитном экваторе (около 30 А/м).

Переменное магнитное поле порождает токи в магнитосфере и ионосфере, которые вызывают колебания в широком диапазоне частот от 10 до 10 Гц с амплитудой до сотых долей А/м. Магнитные бури, о которых сейчас дают предупреждения синоптики, многократно увеличивают интенсивность этой переменной составляющей.

Естественные электромагнитные поля на Земле варьируют с суточной, 27-суточной, сезонной и 11-летней периодичностью. Эти вариации коррелируют с изменением таких геофизических факторов, как освещённость, температура, атмосферное давление и др. У малоразвитых народов наблюдается особая чувствительность к факторам окружающей среды и в первую очередь к геомагнитным факторам, но с развитием цивилизации и ростом урбанизации человек всё более утрачивает способность реагировать на тонкие воздействия природных факторов. И тем не менее, эта чувствительность осталась, и фиксируется медиками [1.TI­LTS].

Ещё в 1940-х годах была обнаружена связь между содержанием лейкоцитов в крови и суточными изменениями кровяного давления у человека с изменениями магнитной активности. Анализ более 40 тысяч случаев нервных и психических заболеваний показал, что их обострение чаще всего отмечается в периоды магнитных бурь. Это было установлено в 1957 — 1961 гг. Анализ 5 тысяч смертельных исходов выявил существенное возрастание смертности от сердечно-сосудистых заболеваний в периоды магнитных бурь [1.71].

В отделении реанимации Центральной клинической больницы (ЦКБ №3) МПС г. Москвы был проанализирован массив данных острой сердечно-сосудистой патологии и летальных исходов за 1992-1993 гг. В этот период магнитные бури характеризовались различной интенсивностью и продолжительностью. Было показано, что в период магнитных бурь число инфарктов миокарда возрастает в 2,5 раза, острых нарушений мозгового кровообращения в 2 раза, случаев стенокардии, нарушений сердечного ритма в 1,5 раза, летальных исходов в 1,2 раза по сравнению с периодом, когда магнитных бурь не было [1.74].

Естественное электрическое поле Земли есть следствие избыточного отрицательного заряда на её поверхности. Обычно его напряжённость лежит в пределах 100 — 500 В/м и сильно зависит от состояния атмосферного фронта. В условиях грозы его напряженность возрастает на порядки и может достигать сотен кВ/м.

Кроме того, существуют и радиоволны естественного происхождения. Их порождают космические источники, такие как Солнце, другие галактики, а также разряды молний и прочие источники. Они имеют широкий диапазон частот. В настоящее время считается, что эффект их воздействия на живые организмы ничтожен из-за низкого уровня воздействия и случайного характера его. В былые времена этим и исчерпывалось воздействие полей на живые системы, в том числе и на человека.

Однако достижения физики в XIX веке сильно изменили ситуацию в XX веке. Жизнь современного человека невозможно представить без электричества, а в начале XX века оно силами самых передовых людей входило (если несказать «втискивалось») в жизнь с большим трудом. В прекрасном романе Джона Голсуорси «Сага о Форсайтах» показано, как это происходило в Англии, стране технического прогресса. В те времена никто не думал о том, что с приходом электричества в дом в нём автоматически «прописываются» электрические и магнитные поля рукотворного происхождения. Последние годы XX века ознаменовались беспрецедентным ростом количества самых разнообразных источников электрических и магнитных полей, используемых в личных, промышленных и коммерческих целях. К таким источникам относятся телевизоры, радиоприёмники, компьютеры, аппараты мобильной связи, микроволновые печи, радары, а также промышленное, медицинское и торговое оборудование. Излишне напоминать, что именно города являются местами сосредоточения всех видов вышеназванных источников.

Все эти устройства сделали нашу жизнь более комфортной. Значительно расширились возможности связи между отдельными людьми, и облегчилась работа скорой медицинской помощи и милиции. Использование радаров повысило безопасность воздушных полётов, «радарные пушки» позволили установить контроль за скоростью движения на дорогах и т. д. И в этом нельзя не видеть большую социальную значимость очередного этапа технического прогресса.

Но есть и другой аспект социальной значимости всех этих новшеств, потому что в значительной степени остаётся открытым для исследований и обсуждения вопрос о степени опасности для здоровья человека каждого их этих новшеств и их всех вместе взятых.

В следующих разделах этой главы будет рассмотрено современное состояние вопроса о безопасности некоторых теперь уже привычных источников электромагнитных полей, которые являются антропогенными, но и естественное

Электромагнитное излучение будет предметом нашего рассмотрения.

Гамма-излучение

Гамма-излучение на шкале электромагнитных волн (или частот) занимает «крайнее» положение, представляя собой самое высокоэнергетическое излучение с частотой доходящей до 10 Гц. Низкочастотная часть γ-излучения точно не определена, потому что излучение с частотой около ЗЛО19 Гц (длиной волны 0,1 А) в зависимости от способа его получения может быть отнесено как к гамма-излучению, так и к рентгеновскому излучению.

Радиоактивные вещества испускают гамма лучи различной длины волны от таких, которые мягче рентгеновского излучения (таково γ — излучение, испускаемое полонием,) до излучения с длиной волны, которая в сотни раз короче, чем у самого жёсткого рентгеновского излучения (γ — излучение тория).

Биологическое действие γ-излучения исследуется давно, и литература по этому вопросу обширна. Ввиду высокого ионизирующего и поражающего действия исследования длительное время были связаны с кривой выживаемости.

Однако по мере расширения работ стали появляться и такие, которые имеют прямое отношение к предмету данной монографии. Под руководством проф. Бурлаковой Е. Б. был проведён широкий комплекс биохимических и биофизических исследований клеток различных органон животных (чаще всего мышей), подвергнутых γ — излучепию источника ‘ Cs Низкой интенсивности [1.34, 1.75]. Ныли изучены скорость Нейтральной элюции (извлечения) и адсорбции на нитроцеллюлозных фильтрах ДНК селезёнки, структурные Характеристики ядерных, митохондриальных, синаптических, эритроцитарных и лейкоцитарных мембран и т. д.

Для вышеперечисленных и многих других изученных параметров была обнаружена немонотонная зависимость от дозы, которую исследователи назвали бимодальной.

Рис. 2.3

При низких дозах эффект показывал максимум, затем с ростом дозы уменьшался (иногда менял знак на противоположный) и далее с увеличением дозы вновь нарастал. Иллюстрацией может служить рис. 2.3, где изображены дозовые зависимости адсорбции ДНК селезёнки и микровязкости липидов ядерных мембран. Микровязкость липидов мембран показывает максимум при даче около 12 сГр, а степень связывания ДНК — при дозе 6 сГр.

Единицы измерения при изучении воздействия У-Излучения используются те же, что и для радиации. Величина низкодозового максимума эффекта и доза, при которой он достигается, зависят от природы биообъекта и мощности дозы. На рис. 2.4 приведён пример структурных изменений генома и ядерных мембран при у-облучении с меньшей интенсивностью (0,6 сГр/сутки).

Рис. 2.4

Общей закономерностью дозовых зависимостей для изученных тестов является смещение экстремума в область более низких доз при уменьшении интенсивности излучения. Как видно из рис. 2.4, при интенсивности излучения 0.6 сГр/сутки изменение адсорбции ДНК селезёнки мышей на нитроцеллюлозных фильтрах как функция дозы излучения имеет максимум при 1,2 сГр.

Результаты низкоинтенсивного облучения сохраняются во времени. После облучения в низких дозах увеличивается степень гемолиза эритроцитов (у мышей), изменяется и чувствительность центральной нервной системы к нейромедиаторам, к агонистам и антогонистам, изменяется ответная реакция клеток на регуля горные воздействия, на повторное облучение, на введение радиосенсибилизаторов и протекторов.

Из рис. 2.4 видно, что при увеличении дозы возможно изменение знака эффекта. Это отчётливо демонстрируют кривые 3 и 4 (вязкость областей ядерных мембран). Эти работы продолжаются [1.298, 1.300], и расширяется
экспериментальный материал, свидетельствующий о немонотонном росте эффекта в зависимости от дозы. Появляются работы [1. 300], которые демонстрируют сильное различие индивидуальной чувствительности живых объектов к гамма-излучению.

Рентген

В 1895 г. немецкий физик-экспериментатор Вильгельм Рентген открыл новое излучение, которое он назвал Х-лучами. В зарубежной литературе именно это название используется до сих пор, а в отечественной литературе излучение называют именем первооткрывателя. Излучение имеет длину волны i более длинную, чем гамма-излучение. Рентген В. первым сделал фотоснимок при помощи рентгеновских лучей и тем самым обозначил новые диагностические возможности исследования внутреннего состояния живых и неживых объектов. Ныне рентгеновское излучение широко применяется для разнообразных анализов и в технике, и в медицине.

Гамма-излучение и рентгеновское излучение имеют одну и ту же природу, и различаются лишь энергией кванта излучения (жесткостью излучения), которая у гамма-излучения выше.

Первые исследователи рентгеновского излучения не подозревали о возможном вредном действии нового излучения, поэтому кожа их рук стала объектом, зафиксировавшим нежелательное воздействие: рак кожи. Первый случай заболевания раком кожи был описан в 1902 г. В 1911 г. Гессе публикует первую статью об опасном воздействии рентгеновского излучения. Одновременно появляются сообщения о лейкемии среди врачей и медсестёр, эксплуатировавших рентгеновскую аппаратуру. Так возникает новое направление работ: зашита медперсонала от воздействия рентгеновского излучения, которое актуально и до сего времени.

В 1956г. Алиса Стюарт начинает исследования по онкозаболеваемости детей, матери которых подверглись облучению в процессе прохождения рентгеновской диагностики. Так появляется второе направление работ: влияние рентгеновского излучения на пациентов, проходящих медицинское обследование.

В настоящее время эта область науки может считаться достаточно хорошо разработанной, кроме эффекта малых доз и слабых воздействий [1.303].

В научной литературе время от времени появляются сообщения о том, что рентген в малой дозе может считаться полезным, однако убедительного научного изложения этого аспекта проблемы мне не встретилось. От одного человека, жившего в сельской местности и больного раком, мне довелось слышать, что он после каждого рентгеновского обследования чувствует себя лучше, что побудило его искать в Москве специалистов, которые могли бы использовать рентгеновское облучение в качестве терапевтического средства. И такие специалисты нашлись, однако это не спасло его жизнь.

В настоящее время со всей остротой встал вопрос о степени опасности тех доз облучения, которые получает пациент при прохождении рентгеновского и флюорографического обследования, а также маммографии. Быстрый рост рака молочной железы во многих наиболее цивилизованных странах мира и почти полное отсутствие его

Метки: