РАЗДЕЛ 2
Теоретический анализ процесса взаимодействия
низкоэнергетического электромагнитного излучения
с биообъектами на основе квантовой теории
2.1. Принцип взаимодействия низкоэнергетического электромагнитного излучения с
биообъектами
Как показано выше, воздействие низкоэнергетического электромагнитного
излучения на различные биологические объекты, в том числе и
сельскохозяйственного характера, позволяет существенным образом менять их
характеристики. Это относится как к биообъектам растениеводства, так и
животноваодства. Однако в большинстве случаев определение биотропных параметров
этого излучения проводится либо на основе экспериментальных исследований, либо
с использованием теоретических моделей на макроуровне.
Следует отметить, что появившиеся в последнее время научные публикации [48,
50, 98] говорят о том, что в процессе низкоэнергетического электромагнитного
облучения биологических тканей происходят не только явления проникновения
монохроматических и модулированных сигналов внутрь рассматриваемого объекта,
что приводит к различным резонансным эффектам на органном уровне, к влиянию на
обменные процессы, на процессы кровотока, к изменению проницаемости клеточных
мембран и др., но и к ионизации молекул вещества и образованию радикальных пар.
Таким образом, внешние низкоэнергетические электромагнитные поля оказывают
влияние на молекулярную структуру биологических веществ, а, следовательно, и на
электрофизические их характеристики такие, как действительная и мнимая часть
диэлектрической проницаемости.
Естественно, что данные изменения будут приводить к изменению характеристик
исследуемого объекта. В том случае, когда речь идет о зерновых культурах, это
урожайность, всхожесть, содержание микроэлементов и др. Однако, поскольку
данные изменения диэлектрической проницаемости весьма незначительны, необходимо
построение модели, дающей числовые характеристики этих изменений, а также
указывающей их диапазон и диапазон изменений характеристик внешнего
электромагнитного воздействия. Полученные в этом случае результаты будут
основанием для технического решения вопроса неразрушающего контроля над
параметрами биологического вещества.
Как известно [8, 13, 15], биологическое вещество характеризуется тем, что его
молекулы находятся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируясь под
действием поля, что и является причиной поляризации этого вещества. В случае
приложения внешнего электромагнитного поля происходит дипольно-релаксационная
поляризация, которая возможна, если молекулярные силы не мешают диполям
ориентироваться вдоль электрического поля. С увеличением температуры
молекулярные силы ослабляются, что должно усиливать дипольно-релаксационную
поляризацию. Однако в то же время возрастает энергия теплового движения
молекул, что уменьшает ориентирующее влияние поля. Поэтому температурное
изменение диэлектрической проницаемости при дипольно-релаксационной поляризации
характеризуется наличием максимума. В рассматриваемом нами случае влияние
температуры пренебрежимо мало, поскольку все процессы жизнедеятельности
биологических веществ проходят в определенном диапазоне температур и,
следовательно, наличием максимума можно пренебречь.
Дипольно-релаксационная поляризация свойственна полярным жидкостям, но этот
вид поляризации может наблюдаться также и в твердых полярных органических
веществах. Но в этом случае поляризация обычно обусловлена уже поворотом не
самой молекулы, а имеющихся в ней полярных радикалов по отношению к молекуле.
Такую поляризацию называют также дипольно-радикальной.
Поляризация жидкостей и органических веществ, содержащих дипольные молекулы,
определяется количеством свободных радикалов, образовавшихся под воздействием
внешнего электромагнитного поля. Такие среды обладают тем большей
диэлектрической проницаемостью, чем больше значение электрического момента
диполей и чем больше число молекул в единице объема.
Обычно в отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты полярных
молекул распределены по направлениям в пространстве хаотическим образом. Под
действием внешнего поля диэлектрик поляризуется. Это связано как с ориентацией
диполей молекул в направлении силовых линий поля, так и с образованием
свободных радикалов, что увеличивает дипольный момент единицы объема вещества.
У изотропных диэлектриков любого типа поляризованность связана с
напряженностью поля в той же точке соотношением [6, 55]
, 233
где – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика;
– число молекул в единице объема;
– поляризуемость молекулы;
– диэлектрическая постоянная.
При этом электрическая индукция определяется выражением:
445
Из выражения (2.2) следует, что относительная диэлектрическая проницаемость
среды будет иметь вид:
, 657
то есть будет зависеть от числа молекул в единице объема, а также от их
поляризуемости.
Под воздействием внешнего электромагнитного поля число молекул в единице
объема не увеличится, но некоторые из них ионизируются, то есть их
поляризуемость возрастет, а, следовательно, возрастет поляризованность и
дипольный момент единицы объема вещества, что будет эквивалентно увеличению
относительной диэлектрической проницаемости.
Из сказанного выше следует, что для определения изменений в диэлектрической
проницаемости биологических веществ под воздействием внешних электромагнитных
полей необходимо знание количества образовавшихся свободных радикалов. Но,
поскольку появление свободных радикалов связано с квантово-механическими
процессами, то их количество будет определяться вероятностью перех
- Київ+380960830922