Tarp didžiulės gamtoje egzistuojančių elektromagnetinių bangų įvairovės mikrobangų arba mikrobangų spinduliuotė (mikrobangų krosnelė) užima labai kuklią vietą. Šį dažnių diapazoną galima rasti tarp radijo bangų ir infraraudonosios spektro dalies. Jo ilgis nėra ypač didelis. Tai bangos, kurių ilgis nuo 30 cm iki 1 mm.

Pakalbėkime apie jo kilmę, savybes ir vaidmenį žmogaus aplinkoje, apie tai, kaip šis „tylus nematomumas“ veikia žmogaus organizmą.

Mikrobangų spinduliuotės šaltiniai

Yra natūralių šaltinių mikrobangų spinduliuotė – Saulė ir kt kosminiai objektai. Būtent jų spinduliavimo fone vyko žmonių civilizacijos formavimasis ir vystymasis.

Tačiau mūsų šimtmetyje, prisotintame įvairiausių technikos laimėjimų, į gamtos foną buvo įtraukti ir žmogaus sukurti šaltiniai:

• radarai ir radijo navigacijos įrenginiai;
• palydovinės televizijos sistemos;
• mobiliuosius telefonus ir mikrobangų krosneles.

Kaip mikrobangų spinduliuotė veikia žmonių sveikatą

Mikrobangų spinduliuotės įtakos žmogui tyrimo rezultatai leido nustatyti, kad mikrobangų spinduliai neturi jonizuojančio poveikio. Jonizuotos molekulės yra sugedusios medžiagos dalelės, kurios sukelia chromosomų mutacijas. Dėl to gyvos ląstelės gali įgyti naujų (defektinių) savybių. Šis atradimas nereiškia, kad mikrobangų spinduliuotė nėra kenksminga žmonėms.

Mikrobangų spindulių įtakos žmogui tyrimas leido susidaryti tokį vaizdą – jiems patekus į apšvitintą paviršių, žmogaus audiniai iš dalies sugeria gaunamą energiją. Dėl to juose sužadinamos aukšto dažnio srovės, kaitinančios kūną.

Kaip termoreguliacijos mechanizmo reakcija, padidėja kraujotaka. Jei švitinimas buvo vietinis, galimas greitas šilumos pašalinimas iš šildomų vietų. Esant bendrai spinduliuotei tokios galimybės nėra, todėl ji pavojingesnė.

Kadangi kraujotaka veikia kaip aušinimo veiksnys, šiluminis efektas ryškiausias organuose, kuriuose išsenka kraujagyslės. Visų pirma, akies lęšyje, sukeldamas jo drumstumą ir sunaikinimą. Deja, šie pokyčiai yra negrįžtami.

Didžiausias absorbcijos pajėgumas yra audiniuose, kuriuose yra daug skystųjų komponentų: kraujo, limfos, skrandžio gleivinės, žarnų ir akies lęšiuko.

Dėl to galite patirti:

• kraujo ir skydliaukės pokyčiai;
• sumažėjęs adaptacijos ir medžiagų apykaitos procesų efektyvumas;
• psichinės sferos pokyčiai, kurie gali sukelti depresinės būsenos, o nestabilios psichikos žmonėms – provokuoti polinkį į savižudybę.

Mikrobangų spinduliuotė turi kumuliacinį poveikį. Jei iš pradžių jo įtaka yra besimptomė, tada palaipsniui pradeda formuotis patologinės sąlygos. Iš pradžių jie pasireiškia padažnėjusiais galvos skausmais, nuovargiu, miego sutrikimais, padažnėjusiais kraujospūdis, širdies skausmas.

Ilgalaikis ir reguliarus mikrobangų spinduliuotės poveikis sukelia anksčiau išvardytus esminius pokyčius. Tai yra, galima teigti, kad mikrobangų spinduliuotė turi neigiamas poveikis apie žmonių sveikatą. Be to, buvo pastebėtas su amžiumi susijęs jautrumas mikrobangoms – jauni organizmai buvo jautresni mikrobangų EMF (elektros) poveikiui. magnetinis laukas).

Apsaugos nuo mikrobangų spinduliuotės priemonės

Mikrobangų spinduliuotės poveikio žmogui pobūdis priklauso nuo šių veiksnių:

• atstumas nuo spinduliuotės šaltinio ir jo intensyvumas;
• švitinimo trukmė;
• bangos ilgis;
• spinduliuotės tipas (nuolatinis arba impulsinis);
• išorinės sąlygos;
• kūno būklė.

Už kiekybinis įvertinimas pavojų, buvo pristatyta radiacijos tankio ir leistinos apšvitos normos sąvoka. Mūsų šalyje šis standartas imamas su dešimteriopa „saugos riba“ ir yra lygus 10 mikrovatų vienam centimetrui (10 μW/cm). Tai reiškia, kad mikrobangų energijos srauto galia žmogaus darbo vietoje neturi viršyti 10 μW kiekvienam paviršiaus centimetrui.

Kaip tai gali būti? Akivaizdi išvada, kad mikrobangų spindulių poveikio reikia vengti visais įmanomais būdais. Sumažinti mikrobangų spinduliuotės poveikį namuose yra gana paprasta: turėtumėte apriboti kontakto su buitiniais šaltiniais laiką.

Žmonės, kurių profesinę veiklą susijęs su mikrobangų radijo bangų poveikiu. Apsaugos nuo mikrobangų spinduliuotės priemonės skirstomos į bendrąsias ir individualias.

Skleidžiamos energijos srautas mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo tarp emiterio ir apšvitinto paviršiaus kvadrato padidėjimui. Todėl svarbiausia kolektyvinės apsaugos priemonė – padidinti atstumą iki spinduliuotės šaltinio.

Kitos veiksmingos apsaugos nuo mikrobangų spinduliuotės priemonės yra šios:

Dauguma jų yra pagrįsti pagrindinėmis mikrobangų spinduliuotės savybėmis – atspindžiu ir apšvitinto paviršiaus medžiagos absorbcija. Todėl apsauginiai ekranai skirstomi į atspindinčius ir sugeriančius.

Šviesą atspindintys ekranai gaminami iš lakštinio metalo, metalinio tinklelio ir metalizuoto audinio. Apsauginių ekranų arsenalas yra gana įvairus. Tai lakštiniai ekranai, pagaminti iš vienalyčio metalo ir daugiasluoksnių paketų, įskaitant izoliacinių ir sugeriančių medžiagų (šungito, anglies junginių) sluoksnius ir kt.

Paskutinė šios grandinės grandis yra priemonės asmeninė apsauga nuo mikrobangų spinduliuotės. Tai darbo drabužiai, pagaminti iš metalizuoto audinio (rūbai ir prijuostės, pirštinės, pelerinos su gobtuvais ir įmontuoti akiniai). Akiniai padengti plonu metalo sluoksniu, kuris atspindi spinduliuotę. Juos būtina dėvėti, kai juos veikia 1 µW/cm spinduliuotė.

Dėvint apsauginius drabužius, radiacijos lygis sumažėja 100–1000 kartų.

Mikrobangų spinduliuotės privalumai

Visa ankstesnė neigiamos krypties informacija yra skirta įspėti mūsų skaitytoją nuo pavojaus, kurį sukelia mikrobangų spinduliuotė. Tačiau tarp specifinių mikrobangų spindulių poveikio randamas terminas „stimuliacija“, tai yra, jų įtakos pagerėjimas bendrai kūno būklei ar jo organų jautrumui. Tai reiškia, kad mikrobangų spinduliuotės poveikis žmonėms gali būti naudingas. Terapinė mikrobangų spinduliuotės savybė pagrįsta jos biologiniu poveikiu fizioterapijoje.

Iš specializuoto medicininio generatoriaus sklindanti spinduliuotė prasiskverbia į žmogaus kūną iki tam tikro gylio, sukeldama audinių kaitinimą ir visą naudingų reakcijų sistemą. Mikrobangų procedūrų seansai turi analgetinį ir niežulį mažinantį poveikį.

Jie sėkmingai naudojami priekiniam sinusitui ir sinusitui, trišakio nervo neuralgijai gydyti.

Kad paveiktų endokrininiai organai, kvėpavimo organai, inkstai, o gydant ginekologines ligas naudojama didesne skvarbumo galia pasižyminti mikrobangų spinduliuotė.

Mikrobangų spinduliuotės poveikio žmogaus organizmui tyrimai pradėti prieš kelis dešimtmečius. Sukauptų žinių pakanka įsitikinti, kad natūralus šių spindulių fonas yra nekenksmingas žmonėms.

Įvairūs šių dažnių generatoriai sukuria papildomą poveikio dozę. Tačiau jų dalis labai maža, o naudojama apsauga gana patikima. Todėl fobijos apie jų didžiulę žalą yra ne kas kita, kaip mitas, jei visos eksploatavimo sąlygos ir apsauga nuo pramoninių ir buitiniai šaltiniai mikrobangų skleidėjai.

Mikrobangų technologijos plėtra per pastaruosius du dešimtmečius prisidėjo prie jos įdiegimo į fizioterapijos praktiką. Mikrobangų krosnelės turi daugybę fizinių savybių, kuriomis galima gydyti tam tikras ligas (pvz., psoriazę, reumatą ir kitas autoimunines ligas). Šių bangų savybės yra tokios: a) jų energija gali būti sutelkta į atskiras kūno dalis; b) jie atsispindi nuo tankių paviršių; c) jų dažnis artimas vandens relaksacinių virpesių dažniui; d) jie yra termogeniškesni nei ultratrumposios bangos.

Veikiant mikrobangoms, gyvo organizmo audiniuose atsiranda jonų ir juose esančių dipolių vandens molekulių virpesiai.. Bangos energijos absorbcija audiniuose dėl jonų virpesių praktiškai nepriklauso nuo dažnio, o sugertis dėl dipolių vandens molekulių virpesių didėja didėjant dažniui. Tačiau šis padidėjimas įvyksta iki dažnio, būdingo kiekvienam molekulių kūnui (vadinamojo atsipalaidavimo dažnio). Su daugiau aukšti dažniai Dėl inercijos molekulės nebespėja reaguoti į pernelyg dažnus bangų laukų pokyčius, todėl bangos energijos sugertis smarkiai sumažėja. Vandens molekulėms šis ribinis atsipalaidavimo dažnis yra apie 2–10 Hz (bangos ilgis apie 1,5 cm). Dėl šių savybių, trumpėjant bangos ilgiui, didėja molekulių vaidmuo bendrame bangų energijos sugėrime audiniuose. 10 centimetrų bangos ilgio diapazone maždaug pusė sugeriama dėl vandens molekulių virpesių. visos energijos, o 3 centimetrų – jau 98 proc. Kadangi organizmą sudaro daugiau nei pusė vandens, šio fakto reikšmė mikrobangų veikimui yra aiški, ypač audiniams, kuriuose yra daug vandens (kraujui, limfai, raumenims, nervų sistemai).

Mikrobangų krosnelės turi tiek terminį, tiek ekstraterminį poveikį. Pirmą kartą jų ekstraterminį poveikį žmonėms nustatė S. Ya, kuris pastebėjo mieguistumą po labai mažo intensyvumo centimetrinių bangų poveikio. Vėliau tai patvirtino daugybė stebėjimų. Sistemingai žmogaus veidą veikiant didelės galios mikrobangomis, stebimas lęšiuko drumstumas, funkciniai nervų sistemos pokyčiai, regos ir uoslės analizatorių funkcijos sutrikimai ir kt., dėl ko atsirado poreikis įsitvirtinti pramonėje. didžiausios leistinos apšvitos dozės žmogui darbo valandomis – ne didesnės kaip 0,01 mW/cm2.

Bendras intensyvaus mikrobangų lauko poveikis gyvūnams, kai PFM (galios srauto tankis) yra 0,2–0,3 W/cm21, sukelia kvėpavimo, širdies susitraukimų dažnio ir kraujospūdžio pokyčius, o vietinį poveikį tomis pačiomis sąlygomis lydi greitai praeinantys hemodinamika ir kvėpavimas, akivaizdžiai refleksinės kilmės. Nervų sistemos reguliavimo reikšmė, kai ji veikiama mikrobangų lauko, atsiranda, kai gyvūnams perkertami klajokliai; Tuo pačiu metu pastebimas mažesnis kvėpavimo padažnėjimas, bet sunkesnis hemodinamikos sutrikimas dėl klajoklio nervo reguliavimo įtakos išjungimo.

Varlėje 0,3 W/cm2 mikrobangų laukas sukelia širdies veiklos pokyčius, panašius į dvifazio UHF elektrinio lauko poveikį. Pirmoje fazėje, kartais trumpalaikėje, padažnėja ir sustiprėja širdies susitraukimai, o po to sulėtėja ir nutrūksta širdies veikla diastolės metu. Nutraukus ekspoziciją, susitraukimai atsinaujina; Kartais pastebimi aritmija. Šie efektai laikomi terminiais dėl didelio mikrobangų lauko PMT, naudojamo eksperimentuose.

Didelis fiziologinė reikšmė naudojamas mažo intensyvumo mikrobangų laukas (PPM 0,05 W/cm2, trukmė 30 min.), kai šunims paprastai šiek tiek padidėja širdies ritmas ir išnyksta kvėpavimo aritmija, kai kuriems gyvūnams atsiranda ritmo sulėtėjimas. Remiantis elektrokardiografija, ilgai pakartotinai veikiant mikrobangų lauką, galima spręsti apie kompensacinių mechanizmų aktyvavimą ir adaptacijos vystymąsi, kurį šunims gali sutrikdyti stipresnis poveikis. Nustatyti pokyčiai rodo laikinų distrofinių procesų vystymąsi miokarde ir yra laikomi refleksu; per pirmąją valandą po poveikio šie pokyčiai išnyksta. Šunims, patyrusiems dirbtinai sukeltą miokardo infarktą, naudojant mikrobangų lauką padažnėja širdies susitraukimų dažnis, sumažėja visos elektrokardiogramos bangos kiekviename laidoje, o S-T intervalas dar labiau pakyla virš izoelektrinės linijos. Mikrobangų laukas pablogina sergančios širdies funkcijas.

Normalizuojant širdies veiklos rodiklius po eksperimentinio miokardo infarkto, naudojant mažo intensyvumo mikrobangų lauką gyvūnams atsiranda faziniai širdies veiklos pokyčiai, kurie gali būti laikomi distrofiniais. Šie pokyčiai pastebimi kaip bendras poveikis, ir lokaliai galvos srityje. Raumenų apkrova kartu su silpnu mikrobangų lauku sukelia nuolatinius pokyčius.

Remiantis elektrokardiografiniais duomenimis, galime daryti išvadą, kad mikrobangų lauko įtakoje širdies audiniuose kinta biocheminiai procesai, kurių sunkumas priklauso nuo mikrobangų poveikio intensyvumo.

Gyvūnų periferinio kraujo elektrolitinės sudėties nustatymas elektroforezės būdu po intensyvaus mikrobangų lauko (PPM 0,1-0,2 W/cm2) rodo kalio ir natrio kiekio fazinius pokyčius. Iš pradžių K/Na santykis plazmoje didėja, o vėliau mažėja. Palyginus su elektrokardiografiniais duomenimis, akivaizdu, kad po didelio kalio kiekio kraujyje visuose laiduose atsiranda smailios aukštos T bangos, o esant mažam kalio kiekiui – žemos, suplotos. Remiantis kalio ir natrio santykio pasikeitimu kraujyje, galima daryti prielaidą, kad veikiant mikrobangoms, pakinta ląstelių membranų pralaidumas intra- ir ekstraląsteliniams katijonams.

Biocheminiai tyrimai yra labai svarbūs mikrobangų lauko veikimo mechanizmui organizme. Tiriant redokso procesus audiniuose (kepenyse, inkstuose, širdies raumenyje), nustatant juose esančių fermentų (citochromo oksidazės, dehidrazės ir adenozintrifosfatazės) aktyvumą, atskleidžiamas mikrobangų lauko poveikis organizmui. Naudojant intensyvų mikrobangų lauką (PPM 0,1–0,3 W/cm2) staigus nuosmukis redokso procesai triušių audiniuose; šiuo atveju pasireiškia šiluminis mikrobangų lauko efektas. Silpnas mikrobangų laukas (PPM 0,005-0,01 W/cm2) sukelia pastebimą redokso procesų padidėjimą audiniuose. Pakartotinis triušių veikimas mikrobangų lauke sukelia mažesnius redokso procesų poslinkius, palyginti su vienkartiniu poveikiu. Tai galima paaiškinti tuo, kad pakartotinis poveikis stimuliuoja kompensacinius-adaptyvius mechanizmus ir sukelia mažesnius redokso procesų poslinkius gyvūnų audiniuose. Kompensacinių mechanizmų įtaka buvo ryškesnė centrinėje nervų sistema nei širdyje.

Baltymų apykaitos tyrimas gyvūnams, veikiant vietiniam ir bendram mikrobangų laukų poveikiui, atskleidė kai kurias ypatybes. Kasdien 10 dienų veikiant širdies plotą (PPM 0,02 W/cm2, kai spinduliuotės plotas 10 cm2) reikšmingų širdies raumens baltymų metabolizmo pokyčių nekilo, tačiau esant intensyvesniam poveikiui (PPM 0,1 W/ cm2) baltymų, turinčių fosforilazės aktyvumą, kiekio padidėjimas kartu su miogeno frakcijos sumažėjimu.

Gyvūnų širdies raumenyje buvo pastebėti reikšmingi atskirų baltymų frakcijų kiekio pokyčiai, kurie priklausė nuo poveikio intensyvumo.

Nusodinimo reakcija Uchterlon agare buvo panaudota tiriant gyvūnų, kurie buvo bendrai veikiami mikrobangų krosnelės, kraujo serumo antigeninę sudėtį 20 procedūrų kurso forma po 10 minučių kasdien (PPM 0,006 ir 0,04 W/cm2). Kraujo serumas buvo tiriamas 24-25 dieną po paskutinės ekspozicijos. Nusodinimo reakcija agare parodė, kad bendras mikrobangų poveikis (PPM 0,006 W/cm2) nekeičia gyvūnų kraujo serumo antigeninės sudėties. Eksperimentinių gyvūnų serumo antiserumas vienodai reagavo ir su eksperimentinių, ir su sveikų gyvūnų serumu.

Atliekant imunologinius gyvūnų kraujo serumo tyrimus, kuriuose buvo veikiamas bendras mikrobangų poveikis, kai PPM yra 0,04 W/cm2, nusodinimo reakcijoje agare buvo rastas mažesnis kritulių linijų skaičius, o tai rodo kraujo serumo antigeninės sudėties supaprastinimą. ir imuninės sistemos stiprinimas. Serumai, palyginti su serumu iš sveikų gyvūnų, skirtingai reagavo su sveikų ir eksperimentinių gyvūnų serumu; tuo pačiu metu serumai prieš eksperimentinį serumą reagavo su sveikų ir eksperimentinių gyvūnų serumu vienodai. Išvados rodo, kad sveikų gyvūnų serume yra antigenų, kurių nėra mikrobangų krosnelėje veikiamų gyvūnų serume.

Antigeninės kraujo serumo sudėties supaprastinimas, kai jis veikiamas šiluminėmis mikrobangų dozėmis, rodo esminius organizmo metabolizmo pokyčius. Tokio reiškinio nepastebėta veikiant neterminėms mikrobangų dozėms.

Šunų aukštesnio nervinio aktyvumo tyrimas naudojant metodą sąlyginiai refleksai rodo, kad mikrobangų lauko poveikis sukelia reikšmingų pokyčių, kurie priklauso nuo galios srauto tankio, poveikio trukmės ir gyvūno tipologinių savybių. Keisti funkcinė būklėžievė smegenų pusrutuliaišunų smegenys buvo pastebėtos net po vienkartinio poveikio silpnam mikrobangų laukui (PPM 0,005-0,01 W/cm2). Kadangi ši lauko galia nesukėlė kūno temperatūros padidėjimo, pastebėtas poveikis nebuvo susijęs su perkaitimu. Silpnas mikrobangų laukas sustiprino sužadinimo procesą, o stiprus, kurio metu buvo pastebėtas dusulys ir perkaitimas, sukėlė centrinės nervų sistemos slopinimą.

Stiprinant tiek sąlygines, tiek besąlyginiai refleksai rodo, kad mikrobangų laukas veikia ir smegenų žievę, ir subkortikinius darinius. Ilgai veikiant silpną mikrobangų lauką, stebimi aukštesnio nervinio aktyvumo fazių pokyčiai: pirmiausia suaktyvėja sužadinimo procesas, o paskui susilpnėja. pradinė linija su padidintu stabdymu.

Tiriant elektroencefalografinius parametrus gyvūnams, kuriems taikoma bendra ekspozicija, buvo nustatytas ryšys tarp smegenų bioelektrinio aktyvumo pobūdžio ir mikrobangų lauko poveikio intensyvumo. Intensyvus ir ilgalaikis poveikis sukėlė pagrindinių elektrinio aktyvumo ritmų, taip pat amplitudės pokyčius. Patekus į gyvūno galvą, šie pokyčiai pasirodė esant silpnam mikrobangų lauko poveikiui.

Šiuo metu mokslininkai bando gydyti mikrobangų bangos piktybinių navikų, kurie pagaliau gali padėti sukurti unikalų krūties vėžio gydymo būdą. Tačiau viskas dar tik bandymų su gyvūnais stadijoje.

Androsova Jekaterina

aš. Mikrobangų spinduliuotė (šiek tiek teorijos).

II. Poveikis žmonėms.

III. Praktinis mikrobangų spinduliuotės pritaikymas. Mikrobangų krosnelės.

1. Kas yra mikrobangų krosnelė?

2. Kūrybos istorija.

3. Įrenginys.

4. Mikrobangų krosnelės veikimo principas.

5. Pagrindinės funkcijos:

a. Galia;

b. Vidinė danga;

c. Grilis (jo veislės);

d. Konvekcija;

IV. Projekto tiriamoji dalis.

1. Lyginamoji analizė.

2. Socialinė apklausa.

V. Išvados.

Parsisiųsti:

Peržiūra:

Projektinis darbas

fizikoje

tema:

„Mikrobangų spinduliuotė.
Jo naudojimas mikrobangų krosnelėse.
Skirtingų gamintojų krosnių lyginamoji analizė“

11 klasės mokiniai

GOU vidurinė mokykla „Losiny Ostrov“ Nr. 368

Androsova Jekaterina

Mokytojas – projekto vadovas:

Žitomirskaja Zinaida Borisovna

2010 m. vasario mėn

Mikrobangų spinduliuotė.

Infraraudonoji spinduliuotė- užima elektromagnetinę spinduliuotę spektrinė sritis tarp raudono galo matoma šviesa(su bangos ilgiuλ = 0,74 µm) ir mikrobangų spinduliuote (λ ~ 1-2 mm).

Mikrobangų spinduliuotė, Ultraaukšto dažnio spinduliuotė(mikrobangų spinduliuotė) – elektromagnetinė spinduliuotė, apimanti radijo bangų centimetrų ir milimetrų diapazoną (nuo 30 cm – dažnis 1 GHz iki 1 mm – 300 GHz). Didelio intensyvumo mikrobangų spinduliuotė naudojama nekontaktiniam kūnų šildymui, pavyzdžiui, kasdieniame gyvenime ir terminiam metalų apdorojimui mikrobangų krosnelės, taip pat radarui. Mažo intensyvumo mikrobangų spinduliuotė naudojama komunikacijoms, daugiausia nešiojamiesiems (račiai, naujausios kartos mobilieji telefonai, WiFi įrenginiai).

Infraraudonoji spinduliuotė taip pat vadinama „termine“ spinduliuote, nes visi kūnai, kieti ir skysti, įkaitinti iki tam tikros temperatūros, skleidžia energiją infraraudonųjų spindulių spektre. Šiuo atveju kūno skleidžiami bangų ilgiai priklauso nuo šildymo temperatūros: kuo aukštesnė temperatūra, tuo trumpesnis bangos ilgis ir didesnis spinduliavimo intensyvumas. Absoliučiai juodo kūno spinduliuotės spektras santykinai žemoje (iki kelių tūkstančių kelvinų) temperatūroje daugiausia yra šiame diapazone.

IR (infraraudonieji) diodai ir fotodiodai plačiai naudojami nuotolinio valdymo pultuose nuotolinio valdymo pultas, automatikos sistemos, apsaugos sistemos ir kt. Infraraudonųjų spindulių skleidėjai pramonėje naudojami dažų paviršiams džiovinti. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo metodas turi didelių pranašumų, palyginti su tradiciniu konvekciniu metodu. Visų pirma, tai, žinoma, yra ekonominis efektas. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo greitis ir suvartojama energija yra mažesni nei tie patys rodikliai naudojant tradicinius metodus. Teigiamas šalutinis poveikis taip pat yra maisto produktų sterilizavimas, padidinantis dažytų paviršių atsparumą korozijai. Trūkumas yra žymiai didesnis šildymo netolygumas, kuris yra visiškai nepriimtinas daugelyje technologinių procesų. Ypatinga IR spinduliuotės naudojimo maisto pramonėje ypatybė yra galimybė elektromagnetinei bangai prasiskverbti į kapiliarų porėtus produktus, tokius kaip grūdai, grūdai, miltai ir kt., iki 7 mm gylio. Ši vertė priklauso nuo paviršiaus pobūdžio, struktūros, medžiagos savybių ir spinduliuotės dažninių charakteristikų. Tam tikro dažnio diapazono elektromagnetinė banga turi ne tik šiluminį, bet ir biologinį poveikį produktui, padeda pagreitinti biochemines transformacijas biologiniuose polimeruose (krakmolo, baltymų, lipidų).

Mikrobangų spinduliuotės poveikis žmonėms

Sukaupta eksperimentinė medžiaga leidžia suskirstyti visą mikrobangų spinduliuotės poveikį gyvoms būtybėms į 2 dideles klases: šiluminę ir nešiluminę. Šiluminis efektas biologiniame objekte stebimas, kai jis apšvitinamas lauku, kurio galios srauto tankis didesnis nei 10 mW/cm2, o audinių įkaitimas viršija 0,1 C, kitu atveju pastebimas neterminis efektas. Jei procesai, vykstantys veikiant galingiems mikrobangų elektromagnetiniams laukams, gavo teorinį aprašymą, kuris gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis, tai procesai, vykstantys veikiant mažo intensyvumo spinduliuotei, teoriškai buvo menkai ištirti. Net nėra hipotezių apie fizinius įtakos mechanizmus elektromagnetinis tyrimasįjungtas mažas intensyvumas biologiniai objektai skirtingi išsivystymo lygiai, pradedant nuo vienaląsčių organizmų ir baigiant žmogumi, nors svarstomi atskiri šios problemos sprendimo būdai

Mikrobangų spinduliuotė gali paveikti žmogaus elgesį, jausmus ir mintis;
Veikia biosroves, kurių dažnis nuo 1 iki 35 Hz. Dėl to sutrinka tikrovės suvokimas, padidėja ir sumažėja tonusas, atsiranda nuovargis, pykinimas ir galvos skausmas; Galima visiška instinktyvios sferos sterilizacija, taip pat širdies, smegenų ir centrinės nervų sistemos pažeidimai.

ELEKTROMAGNETINIS SPINDULIAVIMAS RADIJO DAŽNIŲ DIAPAZONE (RF EMR).

SanPiN 2.2.4/2.1.8.055-96 Maksimalūs leistini energijos srauto tankio lygiai dažnių diapazone 300 MHz - 300 GHz, priklausomai nuo poveikio trukmės Esant spinduliuotei 8 valandas ar ilgiau, MPL - 0,025 mW kvadratiniam centimetrui, veikiant 2 valandoms, MPL - 0,1 mW kvadratiniam centimetrui, o ekspozicijai 10 minučių ar trumpiau, MPL - 1 mW kvadratiniam centimetrui.

Praktinis mikrobangų spinduliuotės pritaikymas. Mikrobangų krosnelės

Mikrobangų krosnelė – tai buitinis elektros prietaisas, skirtas greitai paruošti ar greitai pašildyti maistą, taip pat atitirpinti maistą radijo bangomis.

Kūrybos istorija

Amerikiečių inžinierius Percy Spenceris pastebėjo mikrobangų spinduliuotės gebėjimą šildyti maistą, kai dirbo „Raytheon“ įmonėje. Raytheonas ), gaminanti radarų įrangą. Pasak legendos, atlikdamas eksperimentus su kitu magnetronu Spenceris pastebėjo, kad jo kišenėje ištirpo šokolado gabalėlis. Pagal kitą versiją, jis pastebėjo, kad ant įjungto magnetrono uždėtas sumuštinis įkaista.

Mikrobangų krosnelės patentas buvo išduotas 1946 m. Pirmąją mikrobangų krosnelę sukūrė Raytheon ir ji buvo skirta greitam pramoniniam gaminimui. Jo ūgis buvo maždaug lygus žmogaus ūgiui, svoris – 340 kg, galia – 3 kW, o tai maždaug dvigubai viršija šiuolaikinės buitinės mikrobangų krosnelės galią. Ši krosnelė kainavo apie 3000 USD. Jis daugiausia buvo naudojamas karių valgyklose ir karo ligoninių valgyklose.

Pirmąją masinės gamybos buitinę mikrobangų krosnelę Japonijos kompanija Sharp pagamino 1962 m. Iš pradžių naujo produkto paklausa buvo maža.

SSRS mikrobangų krosneles gamino ZIL gamykla.

Mikrobangų krosnelės įrenginys.

Pagrindiniai komponentai:

1. mikrobangų šaltinis;
2. magnetronas;
3. magnetrono aukštos įtampos maitinimo šaltinis;
4. valdymo grandinė;
5. bangolaidis mikrobangoms perduoti iš magnetrono į kamerą;
6. metalinė kamera, kurioje koncentruojama mikrobangų spinduliuotė ir kurioje dedamas maistas, su metalizuotomis durelėmis;
7. pagalbiniai elementai;
8. besisukantis stalas kameroje;
9. grandinės, kurios užtikrina saugumą („blokavimas“);
10. ventiliatorius, kuris aušina magnetroną ir vėdina kamerą, kad pašalintų gaminimo metu susidarančias dujas.

Veikimo principas

Magnetronai elektros energiją paverčia aukšto dažnio elektriniu lauku, dėl kurio juda vandens molekulės, o tai sukelia gaminio kaitinimą. Magnetronas, sukuriantis elektrinį lauką, nukreipia jį išilgai bangolaidžio į darbo kamerą, kurioje dedamas produktas, kuriame yra vandens (vanduo yra dipolis, nes vandens molekulė susideda iš teigiamų ir neigiamų krūvių). Išorinio elektrinio lauko poveikis gaminiui lemia tai, kad dipoliai pradeda poliarizuotis, t.y. Dipoliai pradeda suktis. Kai dipoliai sukasi, atsiranda trinties jėgos, kurios virsta šiluma. Kadangi dipolių poliarizacija vyksta visame gaminio tūryje, o tai sukelia jo kaitinimą, šis kaitinimo būdas taip pat vadinamas tūriniu šildymu. Šildymas mikrobangų krosnelėje taip pat vadinamas mikrobangų šildymu, reiškiančiu trumpą elektromagnetinių bangų ilgį.

Mikrobangų krosnelių charakteristikos

Galia.

1. Naudinga arba efektyvi mikrobangų krosnelės galia, kuri yra svarbi šildymui, gaminimui ir atitirpimui, yramikrobangų galia ir grilio galia. Paprastai mikrobangų galia yra proporcinga kameros tūriui: šios mikrobangų ir grilio galios turėtų pakakti maisto kiekiui, kurį galima įdėti į tam tikrą mikrobangų krosnelę atitinkamais režimais. Tradiciškai galime daryti prielaidą, kad kuo didesnė mikrobangų galia, tuo greičiau kaista ir kepama.
2. Maksimalus energijos suvartojimas- elektros galia, į kurią taip pat reikia atsižvelgti, nes elektros suvartojimas gali būti gana didelis (ypač didelėse mikrobangų krosnelėse su griliu ir konvekcija). Žinant maksimalų energijos suvartojimą reikia ne tik įvertinti suvartojamos elektros energijos kiekį, bet ir patikrinti galimybę prisijungti prie esamų lizdų (kai kurioms mikrobangų krosnelėms maksimalus energijos suvartojimas siekia 3100 W).

Vidinės dangos

Mikrobangų krosnelės darbo kameros sienelės padengtos specialia danga. Šiuo metu yra trys pagrindinės galimybės: emalio danga, specialios dangos ir nerūdijančio plieno danga.

1. Patvari emalio danga, sklandžiai ir lengvai valomas, randamas daugelyje mikrobangų krosnelių.
2. Specialios dangos, kurias sukūrė mikrobangų krosnelių gamintojai, yra pažangios dangos, kurios yra dar atsparesnės pažeidimams ir intensyviam karščiui ir yra lengviau valomos nei įprastą emalį. Specialios arba pažangios dangos apima LG „antibakterinę dangą“ ir „Samsung“ „biokeraminę dangą“.
3. Nerūdijančio plieno danga- itin atsparus aukšta temperatūra ir žalos, jis yra ypač patikimas ir patvarus, be to, atrodo labai elegantiškas. Nerūdijančio plieno pamušalas paprastai naudojamas grilio arba konvekcinėse mikrobangų krosnelėse, kuriose yra keli aukštos temperatūros nustatymai. Paprastai tai yra aukštos kainos kategorijos krosnys, turinčios gražų išorinį ir vidinį dizainą. Tačiau reikia pažymėti, kad norint išlaikyti tokią dangą švarią, reikia šiek tiek pastangų ir naudoti specialias valymo priemones.

Grilis

Kaitinimo elementų grotelės. išoriškai primena juodą metalinį vamzdį, kurio viduje yra šildymo elementas, esantis viršutinėje darbo kameros dalyje. Daugelyje mikrobangų krosnelių yra įrengtas vadinamasis „judantis“ kaitinimo elementas (TEN), kuris gali būti judinamas ir montuojamas vertikaliai arba pasvirusiu (kampu), užtikrinančiu šildymą ne iš viršaus, o iš šono.
Kilnojamojo kaitinimo elemento groteles ypač patogu naudoti ir suteikia papildomos funkcijos patiekalams ruošti grilio režimu (pavyzdžiui, kai kuriuose modeliuose vištieną galite kepti vertikalioje padėtyje). Be to, vidinė kamera Mikrobangų krosnelę su judančiu kaitinimo elementu griliu lengviau ir patogiau valyti (kaip ir pačias groteles).

Kvarcas Kvarcinis grilis yra mikrobangų krosnelės viršuje ir yra vamzdinis kvarco elementas už metalinių grotelių.

Skirtingai nuo kaitinimo elementų grotelių, kvarcinės grotelės neužima vietos darbo kameroje.

Kvarcinio grilio galia paprastai yra mažesnė nei grilio su kaitinimo elementu, mikrobangų krosnelės su kvarciniu griliu sunaudoja mažiau elektros energijos.

Orkaitės su kvarciniu griliu skrudina švelniau ir tolygiau, tačiau grilis su kaitinimo elementu gali užtikrinti intensyvesnį darbą ("agresyvesnį" kaitinimą).

Yra nuomonė, kad kvarcinę grotelę lengviau išlaikyti švarią (ji yra paslėpta viršutinėje kameros dalyje už grotelių ir sunkiau susitepa). Tačiau atkreipiame dėmesį į tai, kad laikui bėgant atsiranda riebalų taškelių ir kt. Jie vis tiek gali užlipti ant jo, o paprasčiausiai nuplauti, kaip kaitinimo elementų grotelių, nebebus galima. Čia nėra nieko ypač baisaus (riebalų purslai ir kiti teršalai tiesiog nudegins kvarcinės grotelės paviršių).

Konvekcija

Mikrobangų krosnelės su konvekcija yra su žiediniu kaitinimo elementu ir įmontuotu ventiliatoriumi (dažniausiai yra galinėje sienelėje, kai kuriais atvejais- viršuje), kuris tolygiai paskirsto įkaitusį orą kameros viduje. Konvekcijos dėka maistas kepamas ir kepamas, o tokioje orkaitėje galima kepti pyragus, kepti vištieną, troškinti mėsą ir kt.

Projekto tiriamoji dalis

Lyginamoji skirtingų gamintojų mikrobangų krosnelių analizė
Socialinės apklausos rezultatai

Palyginimo lentelė

Buvo atlikta socialinė apklausa tarp gimnazistų.

1. Ar turite mikrobangų krosnelę?

2. Kokia įmonė? Koks modelis?

3. Kas yra galia? Kitos savybės?

4. Ar žinote saugos taisykles dirbdami su mikrobangų krosnele? Ar jų laikotės?

5. Kaip naudojate mikrobangų krosnelę?

6. Jūsų receptas.

Atsargumo priemonės naudojant mikrobangų krosnelę.

1. Mikrobangų spinduliuotė negali prasiskverbti į metalinius daiktus, todėl neturėtumėte gaminti maisto metaliniuose induose. Jei metaliniai indai yra uždaryti, spinduliuotė visiškai nesugeria ir orkaitė gali sugesti. Iš principo galima virti atvirame metaliniame inde, tačiau jo efektyvumas yra daug mažesnis (nes spinduliuotė neprasiskverbia iš visų pusių). Be to, šalia aštrių metalinių objektų kraštų gali atsirasti kibirkščių.
2. Į mikrobangų krosnelę nepatartina dėti indų su metaline danga („auksiniu kraštu“) plonu sluoksniu metalas turi didelį atsparumą ir labai įkaista sūkurinės srovės, tai gali sugadinti indus metalo dangos srityje. Tuo pačiu metu metaliniai objektai be aštrių briaunų, pagaminti iš storo metalo, yra gana saugūs mikrobangų krosnelėje.
3. Negalite virti skysčių hermetiškai uždarytuose induose ar sveikų paukščių kiaušinių mikrobangų krosnelėje – dėl jų viduje stipriai išgaruojančio vandens jie sprogs.
4. Pavojinga šildyti vandenį mikrobangų krosnelėje, nes jis gali perkaisti, tai yra įkaisti virš virimo temperatūros. Tada perkaitintas skystis gali užvirti labai smarkiai ir netikėtu momentu. Tai taikoma ne tik distiliuotam vandeniui, bet ir bet kokiam vandeniui, kuriame yra mažai suspenduotų dalelių. Kuo lygesnis ir vienodesnis vidinis vandens talpyklos paviršius, tuo didesnė rizika. Jei indas siauro kaklelio, tuomet didelė tikimybė, kad jam pradėjus virti, perkaitęs vanduo išsilies ir apdegins rankas.

IŠVADOS

Mikrobangų krosnelės plačiai naudojamos kasdieniame gyvenime, tačiau dalis mikrobangų krosnelių pirkėjų nežino mikrobangų krosnelių tvarkymo taisyklių. Tai gali sukelti neigiamų pasekmių (didelę radiacijos dozę, gaisrą ir kt.)

Pagrindinės mikrobangų krosnelės savybės:

1. Galia;
2. Grilis (kaitinimo elementas/kvarcas);
3. Konvekcijos buvimas;
4. Vidinė danga.

Populiariausios yra 800 W galios mikrobangų krosnelės iš Samsung ir Panasonic su griliu, kainuojančios apie 4000-5000 rublių.

Straipsnio turinys

Ypatingai AUKŠTAS DAŽNIŲ DIAPAZONAS, elektromagnetinės spinduliuotės dažnių diapazonas (100–300 000 mln. hercų), esantis spektre tarp itin aukštų televizijos dažnių ir tolimosios infraraudonųjų spindulių srities dažnių. Šis dažnių diapazonas atitinka bangų ilgius nuo 30 cm iki 1 mm; todėl jis dar vadinamas decimetro ir centimetro bangų diapazonu. Angliškai kalbančiose šalyse ji vadinama mikrobangų juosta; Tai reiškia, kad bangų ilgiai yra labai maži, palyginti su įprasto radijo bangų ilgiais, kurie yra apie kelis šimtus metrų.

Kadangi mikrobangų spinduliuotė yra tarpinio bangos ilgio tarp šviesos spinduliuotės ir įprastų radijo bangų, ji turi tam tikrų šviesos ir radijo bangų savybių. Pavyzdžiui, kaip ir šviesa, ji keliauja tiesia linija ir yra užblokuota beveik visų kietų objektų. Panašiai kaip šviesa, ji yra sufokusuota, sklinda kaip spindulys ir atsispindi. Daugelis radarų antenų ir kitų mikrobangų prietaisų yra padidintos optinių elementų, tokių kaip veidrodžiai ir lęšiai, versijos.

Tuo pačiu metu mikrobangų spinduliuotė yra panaši į transliuojamą radijo spinduliuotę, nes ji generuojama panašiais metodais. Taikoma mikrobangų spinduliuotei klasikinė teorija radijo bangomis, ir ji gali būti naudojama kaip ryšio priemonė, pagrįsta tais pačiais principais. Tačiau dėl didesnių dažnių jis suteikia daugiau galimybių perduoti informaciją, todėl bendravimas tampa efektyvesnis. Pavyzdžiui, vienas mikrobangų spindulys vienu metu gali perduoti kelis šimtus telefono pokalbių. Mikrobangų spinduliuotės panašumas į šviesą ir padidėjęs jos perduodamos informacijos tankis pasirodė esąs labai naudingas radarams ir kitoms technologijų sritims.

MIKROBANGŲ SPINDULIAVIMO TAIKYMAS

Radaras.

Decimetro–centimetro diapazono bangos išliko grynai mokslinio smalsumo objektu iki pat Antrojo pasaulinio karo pradžios, kai skubiai reikėjo naujų ir veiksmingų elektroninių ankstyvo aptikimo priemonių. Tik tada prasidėjo intensyvūs mikrobangų radarų tyrimai, nors esminė jų galimybė buvo pademonstruota dar 1923 metais JAV karinio jūrų laivyno tyrimų laboratorijoje. Radaro esmė ta, kad į kosmosą skleidžiami trumpi, intensyvūs mikrobangų spinduliuotės impulsai, o vėliau dalis šios spinduliuotės fiksuojama, grįžtama iš norimo tolimo objekto – jūrų laivo ar lėktuvo.

Ryšys.

Mikrobangų radijo bangos plačiai naudojamos ryšių technologijose. Be įvairių karinių radijo sistemų, visose pasaulio šalyse yra daugybė komercinių mikrobangų ryšio linijų. Kadangi tokios radijo bangos neseka žemės paviršiaus kreivumu, o sklinda tiesia linija, šias ryšio jungtis paprastai sudaro kalvų viršūnėse arba radijo bokštuose maždaug kas intervalais įrengtos perdavimo stotys. 50 km. Ant bokštų sumontuotos parabolinės arba raginės antenos priima ir perduoda mikrobangų signalus. Kiekvienoje stotyje signalas prieš pakartotinį perdavimą sustiprinamas elektroniniu stiprintuvu. Kadangi mikrobangų spinduliuotė leidžia tiksliai priimti ir perduoti, perdavimui nereikia daug elektros energijos.

Nors bokštų, antenų, imtuvų ir siųstuvų sistema gali pasirodyti labai brangi, galiausiai visa tai daugiau nei atsiperka dėl didelės mikrobangų ryšio kanalų informacinės talpos. Jungtinių Valstijų miestus jungia sudėtingas daugiau nei 4000 mikrobangų relinių jungčių tinklas, sudarantis ryšių sistemą, besitęsiančią nuo vienos vandenyno pakrantės iki kitos. Šio tinklo kanalai vienu metu gali perduoti tūkstančius pokalbių telefonu ir daugybę televizijos programų.

Ryšių palydovai.

Radijo relių bokštų sistema, reikalinga mikrobangų spinduliuotei perduoti dideli atstumai, žinoma, galima statyti tik sausumoje. Tarpžemyniniam ryšiui reikia kitokio perdavimo metodo. Čia į pagalbą ateina pasiuntiniai dirbtiniai palydovaiŽemė; paleisti į geostacionarią orbitą, jie gali atlikti mikrobangų ryšio perdavimo stočių funkcijas.

Elektroninis prietaisas, vadinamas aktyviosios relės palydovu, priima, stiprina ir perduoda perduodamus mikrobangų signalus antžeminės stotys. Pirmieji eksperimentiniai tokio tipo palydovai (Telstar, Relay ir Syncom) septintojo dešimtmečio pradžioje sėkmingai perdavė televizijos transliacijas iš vieno žemyno į kitą. Remiantis šia patirtimi, komercinės tarpžemyninės ir domofonas. Naujausia „Intelsat“ tarpžemyninė palydovų serija buvo dislokuota skirtinguose geostacionarios orbitos taškuose taip, kad jų aprėpties zonos sutampa, kad būtų teikiamos paslaugos abonentams visame pasaulyje. Kiekvienas naujausių modifikacijų „Intelsat“ palydovas suteikia klientams tūkstančius aukštos kokybės ryšio kanalų, skirtų vienu metu perduoti telefono, televizijos, fakso signalus ir skaitmeninius duomenis.

Maisto produktų terminis apdorojimas.

Mikrobangų spinduliuotė naudojama terminiam maisto produktų apdorojimui namuose ir maisto pramonėje. Didelės galios vakuuminių vamzdžių generuojama energija gali būti sutelkta į nedidelį tūrį, kad būtų galima labai efektyviai termiškai apdoroti gaminius taip vadinamuose. mikrobangų krosnelės arba mikrobangų krosnelės, pasižyminčios švara, netriukšmingumu ir kompaktiškumu. Tokie įrenginiai naudojami orlaivių virtuvėse, geležinkelio vagonuose ir prekybos automatuose, kur reikalingas greitas maisto paruošimas ir gaminimas. Pramonė taip pat gamina buitines mikrobangų krosneles.

Moksliniai tyrimai.

Mikrobangų spinduliuotė suvaidino svarbų vaidmenį kietųjų kūnų elektroninių savybių tyrimuose. Kai toks kūnas atsiduria magnetiniame lauke, jame esantys laisvieji elektronai pradeda suktis aplink magnetinio lauko linijas plokštumoje, statmenai krypčiai magnetinis laukas. Sukimosi dažnis, vadinamas ciklotrono dažniu, yra tiesiogiai proporcingas magnetinio lauko stiprumui ir atvirkščiai proporcingas efektyviajai elektrono masei. (Efektyvioji masė lemia elektrono pagreitį veikiant tam tikra jėga kristale. Ji skiriasi nuo laisvojo elektrono masės, kuri lemia elektrono pagreitį veikiant kokiai nors jėgai vakuume. Skirtumas yra dėl to, kad yra patrauklių ir atstumiančių jėgų, veikiančių elektroną, esantį kristale, supančiame atomus ir kitus elektronus.) Jeigu mikrobangų spinduliuotė krenta ant kieto kūno, esančio magnetiniame lauke, tai ši spinduliuotė stipriai sugeriama, kai jos dažnis lygus elektrono ciklotrono dažnis. Šis reiškinys vadinamas ciklotrono rezonansu; tai leidžia išmatuoti efektyvi masė elektronas. Tokie matavimai suteikė daug vertingos informacijos apie elektronines savybes puslaidininkiai, metalai ir metaloidai.

Mikrobangų spinduliuotė taip pat atlieka svarbų vaidmenį kosmoso tyrimuose. Astronomai daug sužinojo apie mūsų Galaktiką, tyrinėdami 21 cm bangos ilgį, kurį tarpžvaigždinėje erdvėje skleidžia vandenilio dujos. Dabar galima išmatuoti galaktikos rankų judėjimo greitį ir kryptį, taip pat vandenilio dujų regionų vietą ir tankį erdvėje.

MIKROBANGŲ SPINDULIAVIMO ŠALTINIAI

Sparti pažanga mikrobangų technologijų srityje daugiausia siejama su specialių vakuuminių prietaisų - magnetrono ir klistrono, galinčio generuoti, išradimu. dideli kiekiai Mikrobangų energija. Generatorius, pagrįstas įprastu vakuuminiu triodu, naudojamas žemuose dažniuose, mikrobangų diapazone pasirodo labai neefektyvus.

Du pagrindiniai triodo, kaip mikrobangų generatoriaus, trūkumai yra baigtinis elektrono skrydžio laikas ir tarpelektrodų talpa. Pirmasis yra dėl to, kad elektronui reikia šiek tiek (nors ir trumpai) praskristi tarp vakuuminio vamzdžio elektrodų. Per šį laiką mikrobangų laukas sugeba pakeisti savo kryptį į priešingą pusę, todėl elektronas yra priverstas pasisukti atgal prieš pasiekdamas kitą elektrodą. Dėl to elektronai svyruoja lempos viduje be jokios naudos, neatiduodami savo energijos virpesių grandinė išorinė grandinė.

Magnetronas.

Prieš Antrąjį pasaulinį karą Didžiojoje Britanijoje išrastas magnetronas šių trūkumų neturi, nes yra pagrįstas visiškai kitokiu požiūriu į mikrobangų spinduliuotės generavimą – tūrinio rezonatoriaus principu. Kaip tam tikro dydžio vargonų vamzdis turi savo akustinius rezonansinius dažnius, taip ir ertmės rezonatorius turi savo elektromagnetiniai rezonansai. Rezonatoriaus sienelės veikia kaip induktyvumas, o tarpas tarp jų – kaip tam tikros rezonansinės grandinės talpa. Taigi ertmės rezonatorius yra panašus į lygiagrečią žemo dažnio osciliatoriaus rezonansinę grandinę su atskiru kondensatoriumi ir induktoriumi. Ertminio rezonatoriaus matmenys, žinoma, parenkami taip, kad norimas rezonansinis itin aukštas dažnis atitiktų tam tikrą talpos ir induktyvumo derinį.

Magnetronas (1 pav.) turi kelis tūrinius rezonatorius, išsidėsčiusius simetriškai aplink katodą, esantį centre. Prietaisas dedamas tarp polių stiprus magnetas. Tokiu atveju katodo skleidžiami elektronai yra priversti judėti apskritimo trajektorijomis veikiami magnetinio lauko. Jų greitis yra toks, kad griežtai apibrėžtu laiku jie kerta atvirus rezonatorių griovelius periferijoje. Tuo pačiu metu jie išskiria savo kinetinę energiją, jaudinančias vibracijas rezonatoriuose. Tada elektronai grąžinami į katodą ir procesas kartojamas. Šio įrenginio dėka skrydžio laikas ir tarpelektrodų talpos netrukdo generuoti mikrobangų energijos.

Magnetronai gali būti dideli, o tada jie sukuria galingus mikrobangų energijos impulsus. Tačiau magnetronas turi savo trūkumų. Pavyzdžiui, labai aukštų dažnių rezonatoriai tampa tokie maži, kad juos sunku pagaminti, o pats toks magnetronas dėl savo mažo dydžio negali būti pakankamai galingas. Be to, magnetronui reikalingas sunkus magnetas, o reikiama magneto masė didėja didėjant įrenginio galiai. Todėl galingi magnetronai netinka orlaivių įrenginiams.

Klystron.

Šis elektrinis vakuuminis įrenginys, sukurtas kiek kitokiu principu, nereikalauja išorinio magnetinio lauko. Klistrone (2 pav.) elektronai tiesia linija juda nuo katodo iki atspindinčios plokštės, o paskui atgal. Tai darydami jie kerta atvirą spurgos formos ertmės rezonatoriaus tarpą. Valdymo tinklelis ir rezonatoriaus tinkleliai sugrupuoja elektronus į atskiras „grupes“, kad elektronai kerta rezonatoriaus tarpą tik tam tikru metu. Tarpai tarp ryšulių yra suderinami su rezonatoriaus rezonansiniu dažniu taip, kad elektronų kinetinė energija būtų perkelta į rezonatorių, dėl to galingas elektromagnetinės vibracijos. Šį procesą galima palyginti su ritminiu iš pradžių nejudančio siūbavimo siūbavimu.

Pirmieji klistronai buvo gana mažos galios įrenginiai, tačiau vėliau jie sumušė visus magnetronų, kaip didelės galios mikrobangų generatorių, rekordus. Buvo sukurti Klystrons, kurie tiekdavo iki 10 milijonų vatų galios vienam impulsui ir iki 100 tūkstančių vatų nuolatiniu režimu. Tyrimo linijinio dalelių greitintuvo klistronų sistema sukuria 50 milijonų vatų mikrobangų galios vienam impulsui.

Klystrons gali veikti iki 120 milijardų hercų dažniais; tačiau jų išėjimo galia, kaip taisyklė, neviršija vieno vato. Kuriamos klistrono, skirto didelei milimetrų diapazono išėjimo galiai, dizaino galimybės.

Klystrons taip pat gali tarnauti kaip mikrobangų signalų stiprintuvai. Norėdami tai padaryti, turite įvesti įvesties signalą į ertmės rezonatoriaus tinklelius, o tada elektronų pluoštų tankis pasikeis pagal šį signalą.

Keliaujančios bangos lempa (TWT).

Kitas elektrovakuuminis prietaisas, skirtas elektromagnetinėms bangoms generuoti ir stiprinti mikrobangų diapazone, yra slenkančios bangos lempa. Jį sudaro plonas vakuuminis vamzdelis, įdėtas į fokusuojančią magnetinę ritę. Vamzdžio viduje yra sulėtinti vielos ritė. Išilgai spiralės ašies eina elektronų pluoštas, o išilgai pačios spiralės – sustiprinto signalo banga. Spiralės skersmuo, ilgis ir žingsnis, taip pat elektronų greitis parenkami taip, kad elektronai atiduotų dalį savo kinetinė energija bėgimo banga.

Radijo bangos sklinda šviesos greičiu, o elektronų greitis pluošte yra daug lėtesnis. Tačiau kadangi mikrobangų signalas yra priverstas judėti spirale, jo greitis išilgai vamzdžio ašies yra artimas elektronų pluošto greičiui. Todėl keliaujanti banga ilgą laiką sąveikauja su elektronais ir yra sustiprinama, sugerdama jų energiją.

Jei lemputei neteikiamas joks išorinis signalas, atsitiktinis elektrinis triukšmas, esantis tam tikru rezonansiniu dažniu, sustiprinamas ir slenkanti banga TWT veikia kaip mikrobangų generatorius, o ne kaip stiprintuvas.

TWT išėjimo galia yra žymiai mažesnė nei magnetronų ir klistronų tuo pačiu dažniu. Tačiau TWT galima sureguliuoti neįprastai plačiame dažnių diapazone ir gali būti labai jautrūs žemo triukšmo stiprintuvai. Dėl šio savybių derinio TWT yra labai vertingas mikrobangų technologijos prietaisas.

Plokštieji vakuuminiai triodai.

Nors klistronams ir magnetronams pirmenybė teikiama kaip mikrobangų osciliatoriams, patobulinimai šiek tiek atkūrė svarbų vakuuminių triodų vaidmenį, ypač kaip stiprintuvus, kurių dažnis yra iki 3 milijardų hercų.

Sunkumai, susiję su skrydžio laiku, pašalinami dėl labai mažų atstumų tarp elektrodų. Nepageidaujama tarpelektrodų talpa yra sumažinta, nes elektrodai yra tinkliniai, o visos išorinės jungtys yra padarytos ant didelių žiedų, esančių už lempos ribų. Kaip įprasta mikrobangų technologijoje, naudojamas tūrinis rezonatorius. Rezonatorius sandariai apgaubia lempą, o žiedinės jungtys užtikrina kontaktą per visą rezonatoriaus perimetrą.

Gunn diodų generatorius.

Tokį puslaidininkinį mikrobangų generatorių 1963 metais pasiūlė IBM korporacijos Watson tyrimų centro darbuotojas J. Gunn. Šiuo metu tokie įrenginiai suteikia tik milivatų galią, kai dažnis ne didesnis kaip 24 milijardai hercų. Tačiau šiose ribose jis turi neabejotinų pranašumų prieš mažos galios klistronus.

Kadangi „Gunn“ diodas yra vienas galio arsenido kristalas, jis iš esmės yra stabilesnis ir patvaresnis nei klistronas, kuris turi turėti šildomą katodą, kad sukurtų elektronų srautą ir kuriam reikalingas didelis vakuumas. Be to, Gunn diodas veikia esant santykinai žemai maitinimo įtampai, o norint maitinti klystron reikia didelių ir brangių maitinimo šaltinių, kurių įtampa svyruoja nuo 1000 iki 5000 V.

GRANDINĖS KOMPONENTAI

Koaksialiniai kabeliai ir bangolaidžiai.

Norint perduoti elektromagnetines bangas mikrobangų diapazone ne per eterį, o per metalinius laidininkus, jums reikia specialius metodus ir specialios formos laidininkai. Įprasti laidai, pernešantys elektrą, tinkami perduoti žemo dažnio radijo signalus, yra neveiksmingi esant itin aukštiems dažniams.

Bet koks laido gabalas turi talpą ir induktyvumą. Šios vadinamosios paskirstyti parametrai tampa labai svarbu mikrobangų technologijoje. Laidininko talpos ir jo paties induktyvumo derinys esant itin aukštiems dažniams atlieka rezonansinės grandinės vaidmenį, beveik visiškai blokuodamas perdavimą. Kadangi laidinėse perdavimo linijose paskirstytų parametrų įtakos neįmanoma pašalinti, tenka kreiptis į kitus mikrobangų perdavimo principus. Šie principai yra įkūnyti bendraašiuose kabeliuose ir bangolaidžiuose.

Koaksialinis kabelis susideda iš vidinio laidininko ir jį supančio cilindrinio išorinio laidininko. Tarpas tarp jų užpildomas plastikiniu dielektriku, pavyzdžiui, teflonu arba polietilenu. Iš pirmo žvilgsnio tai gali atrodyti panaši į įprastų laidų porą, tačiau esant itin aukštiems dažniams jų funkcija skiriasi. Mikrobangų signalas, įvestas iš vieno kabelio galo, iš tikrųjų sklinda ne per laidininkų metalą, o per tarpą tarp jų, užpildytą izoliacine medžiaga.

Koaksialiniai kabeliai Jie gerai perduoda mikrobangų signalus dažniais iki kelių milijardų hercų, tačiau esant aukštesniems dažniams jų efektyvumas mažėja ir jie netinkami didelėms galioms perduoti.

Įprasti mikrobangų bangų perdavimo kanalai yra bangolaidžių pavidalo. Bangolaidis – tai kruopščiai apdirbtas metalinis stačiakampio arba apskrito skerspjūvio vamzdis, kurio viduje sklinda mikrobangų signalas. Paprasčiau tariant, bangolaidis nukreipia bangą, todėl retkarčiais ji atsispindi nuo sienų. Bet iš tikrųjų bangos sklidimas išilgai bangolaidžio yra bangos elektrinio ir magnetinio laukų svyravimų sklidimas, kaip ir laisvoje erdvėje. Toks sklidimas bangolaidžiu galimas tik tada, kai jo matmenys yra tam tikru santykiu su perduodamo signalo dažniu. Todėl bangolaidis yra tiksliai apskaičiuotas, tiksliai apdorotas ir skirtas tik siauram dažnių diapazonui. Kitus dažnius jis perduoda prastai arba visai neperduoda. Tipiškas elektrinių ir magnetinių laukų pasiskirstymas bangolaidžio viduje parodytas Fig. 3.

Kuo didesnis bangos dažnis, tuo mažesni atitinkamo stačiakampio bangolaidžio matmenys; galų gale šie matmenys pasirodo tokie maži, kad jo gamyba yra pernelyg sudėtinga ir sumažėja maksimali jo perduodama galia. Todėl pradėti kurti apskriti bangolaidžiai (apvalus skerspjūvis), kurių gali pakakti dideli dydžiai net esant aukštiems dažniams mikrobangų diapazone. Naudoti apskritą bangolaidį trukdo tam tikri sunkumai. Pavyzdžiui, toks bangolaidis turi būti tiesus, kitaip sumažėja jo efektyvumas. Stačiakampius bangolaidžius lengva sulenkti, jiems galima suteikti norimą kreivinę formą, ir tai niekaip neįtakoja signalo sklidimo. Radarai ir kiti mikrobangų įrenginiai paprastai atrodo kaip sudėtingi bangolaidžių takų labirintai, jungiantys skirtingus komponentus ir perduodantys signalą iš vieno įrenginio į kitą sistemoje.

Kietojo kūno komponentai.

Kietojo kūno komponentai, tokie kaip puslaidininkiai ir feritai, atlieka svarbų vaidmenį mikrobangų technologijoje. Taigi germanio ir silicio diodai naudojami mikrobangų signalams aptikti, perjungti, ištaisyti, dažniui konvertuoti ir stiprinti.

Stiprinimui taip pat naudojami specialūs diodai - varikapai (su valdoma talpa) - grandinėje, vadinamoje parametriniu stiprintuvu. Plačiai paplitę tokio tipo stiprintuvai naudojami ypač mažiems signalams stiprinti, nes jie beveik nesukelia triukšmo ar iškraipymų.

Rubino maseris taip pat yra kietojo kūno mikrobangų stiprintuvas su mažu triukšmo lygiu. Toks maseris, kurio veikimas pagrįstas kvantinės mechaninės principais, sustiprina mikrobangų signalą dėl perėjimų tarp lygių. vidinė energija atomai rubino kristale. Rubinas (arba kita tinkama maserio medžiaga) panardinamas į skystą helią, kad stiprintuvas veiktų itin dideliu greičiu. žemos temperatūros(tik keliais laipsniais aukštesnė už temperatūrą absoliutus nulis). Todėl šiluminio triukšmo lygis grandinėje yra labai žemas, todėl maseris tinka radijo astronomijai, itin jautriam radarui ir kitiems matavimams, kai reikia aptikti ir sustiprinti itin silpnus mikrobangų signalus.

Ferito medžiagos, tokios kaip magnio geležies oksidas ir itrio geležies granatas, plačiai naudojamos mikrobangų jungikliams, filtrams ir cirkuliaciniams siurbliams gaminti. Ferito prietaisai valdomi magnetiniais laukais, o galingo mikrobangų signalo srautui valdyti pakanka silpno magnetinio lauko. Feritiniai jungikliai turi pranašumą prieš mechaninius, nes juose nėra judančių dalių, kurios gali susidėvėti, o perjungimas yra labai greitas. Fig. 4 paveiksle pavaizduotas tipiškas ferito įrenginys – cirkuliacinis siurblys. Veikdamas kaip eismo žiedas, cirkuliacinis siurblys užtikrina, kad signalas sklistų tik tam tikrais keliais, jungiančiais įvairius komponentus. Cirkuliatoriai ir kiti ferito perjungimo įrenginiai naudojami prijungiant kelis mikrobangų sistemos komponentus prie tos pačios antenos. Fig. 4, cirkuliacinis siurblys neleidžia perduodamam signalui patekti į imtuvą, o gautam signalui – į siųstuvą.

Tunelinis diodas, palyginti naujas puslaidininkinis įrenginys, veikiantis iki 10 milijardų hercų dažniais, taip pat naudojamas mikrobangų technologijoje. Jis naudojamas generatoriuose, stiprintuvuose, dažnio keitikliuose ir jungikliuose. Jo darbinė galia nedidelė, tačiau tai pirmasis puslaidininkinis įrenginys, galintis efektyviai veikti tokiais aukštais dažniais.

Antenos.

Mikrobangų antenos yra labai įvairios neįprastos formos. Antenos dydis yra maždaug proporcingas signalo bangos ilgiui, todėl dizainai, kurie būtų pernelyg dideli esant žemesniems dažniams, yra gana priimtini mikrobangų diapazonui.

Daugelio antenų konstrukcijose atsižvelgiama į tas mikrobangų spinduliuotės savybes, kurios priartina ją prie šviesos. Tipiški pavyzdžiai Gali tarnauti raginės antenos, paraboliniai atšvaitai, metaliniai ir dielektriniai lęšiai. Taip pat naudojamos spiralinės ir spiralinės antenos, dažnai gaminamos spausdintinių grandynų pavidalu.

Plyšinių bangolaidžių grupės gali būti išdėstytos taip, kad būtų sukurtas norimas spinduliuotės modelis skleidžiamai energijai. Taip pat dažnai naudojami dipoliai, tokie kaip gerai žinomos televizijos antenos, sumontuotos ant stogų. Tokios antenos dažnai turi identiški elementai, esantys intervalais, lygus ilgiui bangos ir didėjantis kryptingumas dėl trukdžių.

Mikrobangų antenos paprastai suprojektuotos taip, kad būtų itin kryptingos, nes daugelyje mikrobangų sistemų svarbu, kad energija būtų perduodama ir priimta tiksliai nustatyta kryptimi. Antenos kryptingumas didėja didėjant jos skersmeniui. Bet jūs galite padaryti anteną mažesnę, išlaikydami jos kryptingumą, jei pereisite prie aukštesnių veikimo dažnių.

Daugelis „veidrodinių“ antenų su paraboliniu arba sferiniu metaliniu reflektoriumi yra sukurtos specialiai priimti itin silpnus signalus, gaunamus, pavyzdžiui, iš tarpplanetinių erdvėlaivis arba iš tolimų galaktikų. Arecibo mieste (Puerto Rikas) yra vienas didžiausių radijo teleskopų su metaliniu atšvaitu sferinio segmento pavidalu, kurio skersmuo yra 300 m. Antena turi fiksuotą („meridianą“); jo priimamasis radijo spindulys juda dangumi dėl Žemės sukimosi. Didžiausia (76 m) visiškai kilnojama antena yra Jodrell banke (JK).

Naujiena antenų srityje – antena su elektroniniu krypties valdymu; tokios antenos nereikia mechaniškai sukti. Jį sudaro daugybė elementų - vibratorių, kurie gali būti elektroniniu būdu sujungti vienas su kitu įvairiais būdais ir taip užtikrinti „antenos matricos“ jautrumą bet kuria norima kryptimi.

Mikrobangų spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurią sudaro šie diapazonai: decimetras, centimetras ir milimetras. Jo bangos ilgis svyruoja nuo 1 m (dažnis šiuo atveju yra 300 MHz) iki 1 mm (dažnis yra 300 GHz).

Platus praktinis pritaikymas Mikrobangų spinduliuotė gauta diegiant kūnų ir objektų bekontakčio šildymo metodą. IN mokslo pasaulis šis atradimas intensyviai naudojamas kosmoso tyrinėjimams. Įprastas ir geriausiai žinomas naudojimas yra namų mikrobangų krosnelėse. Jis naudojamas metalų terminiam apdorojimui.

Taip pat šiandien mikrobangų spinduliuotė plačiai paplitusi radaruose. Antenos, imtuvai ir siųstuvai iš tiesų yra brangūs objektai, tačiau sėkmingai atsiperka dėl didžiulės mikrobangų ryšio kanalų informacinės talpos. Jo naudojimo kasdieniame gyvenime ir gamyboje populiarumas paaiškinamas tuo, kad tokio tipo spinduliuotė yra visapusiška, todėl objektas šildomas iš vidaus.

Elektromagnetinių dažnių skalė, tiksliau, jos pradžia ir pabaiga, reiškia du įvairių formų spinduliuotė:

• jonizuojantis (bangų dažnis didesnis už matomos šviesos dažnį);
• nejonizuojantis (spinduliavimo dažnis mažesnis už matomos šviesos dažnį).

Žmonėms pavojinga itin aukšto dažnio nejonizuota spinduliuotė, kuri tiesiogiai veikia žmogaus biosroves, kurių dažnis nuo 1 iki 35 Hz. Paprastai nejonizuota mikrobangų spinduliuotė sukelia be priežasties nuovargį, širdies aritmiją, pykinimą, sumažėjusį bendrą kūno tonusą ir stiprų galvos skausmą. Tokie simptomai turėtų būti signalas, kad šalia yra kenksmingas spinduliuotės šaltinis, galintis padaryti didelę žalą sveikatai. Tačiau vos tik žmogus palieka pavojaus zoną, negalavimas liaujasi ir šie nemalonūs simptomai išnyksta savaime.

Stimuliuotą emisiją dar 1916 metais atrado genialus mokslininkas A. Einšteinas. Šį reiškinį jis apibūdino kaip išorinio elektrono, atsirandančio elektronui pereinant atome iš viršutinio į apatinį, įtaką. Šiuo atveju atsirandanti spinduliuotė vadinama indukuota spinduliuote. Jis turi kitą pavadinimą – stimuliuojama emisija. Jo ypatumas yra tas, kad atomas skleidžia elektromagnetinė banga- jos poliarizacija, dažnis, fazė ir sklidimo kryptis yra tokie patys kaip ir pradinės bangos.

Mokslininkai naudojo šiuolaikinius lazerius kaip savo veikimo pagrindą, o tai savo ruožtu padėjo sukurti iš esmės naujus šiuolaikiniai įrenginiai- pavyzdžiui, kvantiniai higrometrai, ryškumo stiprintuvai ir kt.

Lazerio dėka atsirado naujos techninės sritys – tokios kaip lazerių technologijos, holografija, netiesinė ir integruota optika, lazerinė chemija. Jis naudojamas medicinoje sudėtingoms akių operacijoms ir chirurgijai. Lazerio monochromatiškumas ir darnumas daro jį nepakeičiamu spektroskopijoje, izotopų atskyrimo, matavimo sistemose ir šviesos aptikimo srityse.

Mikrobangų spinduliuotė taip pat yra radijo spinduliuotė, tik ji priklauso infraraudonųjų spindulių diapazonui, taip pat turi didžiausias dažnis radijo diapazone. Su šia spinduliuote susiduriame kelis kartus per dieną, šildydami maistą naudodami mikrobangų krosnelę, taip pat kalbėdami mobiliuoju telefonu. Astronomai rado labai įdomių ir svarbių pritaikymų. Tyrimui naudojama mikrobangų spinduliuotė erdvės fonas arba kartus didysis sprogimas, kuris įvyko prieš milijardus metų. Astrofizikai tiria nehomogeniškumą kai kuriose dangaus vietose, o tai padeda suprasti, kaip Visatoje formavosi galaktikos.