Чумаков В. І., Остріжной М. А., Дохов А. І., Волевахін Г. Н., Нестеренко Г. В., Алфьоров Н. Е. Харківський національний університет радіоелектроніки тел. (0572) 409-444, e- mail: chumakov@kture.kharkov.ua Єгоров А. М., Лонін Ю. Ф., Гапоненко Н. І.

Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» тел.: (0572) 356-887, e-mail: lonin@kipt.kharkov.ua Полияний А. М.

Харківський національний аграрний університет


Анотація Наведено результати експериментальних досліджень біологічної дії сверхширокополосного електромагнітного випромінювання, а також електричного імпульсу з високою напруженістю поля. Об’єктами опромінення служили насіння ячменю і ярої пшениці.

I. Вступ

В даний час активно розвиваються дослідження біологічного впливу імпульсних електромагнітних полів (ЕМП) на медико-біологічні об’єкти. Параметри величин ЕМП і джерел [1 –

3], що генерують ці випромінювання, мають дуже широкий спектр за рівнем випромінюваної потужності, смузі частот, тривалості імпульсу і часу опромінення, величині поля, що призводить до різних механізмам впливу. Так використання низькоінтенсивних міліметрових хвиль (Ns -10-І 00 мВт / см2, F ~ 30 н-300 ГГц) на біологічні об’єкти можливий резонанс на молекулах води зі швидкістю дисипації енергії (~ 1010 с) за рахунок міжмолекулярної взаємодії. Тому цей механізм отримав назву «резонансного» [4]. При впливі потужного короткоімпульсного СВЧ-випромінювання на біологічні об’єкти проявляється «нетепловий» механізм [5]. Метою даної роботи було дослідження ефективності впливу ЕМП в порівнянні зі стандартним методом обробки (хімічне протравлення).

II. Основна частина

В експериментах по біологічного впливу використовувалися два типи імпульсних ЕМП:

Сніп-випромінювання наносекундной тривалості;

ЕМП мікросекундної тривалості.

Генерація СШП-випромінювання наносекундной тривалості здійснювалася прямим порушенням ТИМ-рупора потужнострумових релятивістським електронним пучком з параметрами (ЕЬ ~ 0.5 н-1 МеВ, 1І ~ 5 н10 кА, t ~ 15 не). Випромінений сигнал мав вигляд 5-функції з длітельночтью ~ 1-2 не.

ЕМП мікросекундної тривалості реалізовувалося шляхом розрядки Гіна на плоский конденсатор і має вигляд затухаючої синусоїди загальною тривалістю ~ 12 МКЕ і періодом Т = 1,2 мкс.

Опромінюваним матеріал (ячмінь масою 300 г) у першому випадку розташовувався в місцях з різною напруженістю поля (~ 2000 В / см, 1000 В / см і 500 В / см), а в другому в область з напруженістю поля ~ 16 кВ / см. У першому випадку досліджувалася і залежність від кількості імпульсів. Величина інтегральної дози випромінювання визначалася числом впливають імпульсів (1, 5, 10).

Методикою експериментів передбачалося опромінення насіння різними інтегральними дозами випромінювань з наступним лабораторним і польовим аналізом результатів і порівнянням з контрольними групами рослин і результатами застосування стандартних протруйників.

Результати лабораторних і польових випробувань в умовах вегетації 2001 насіння ячменю і ярої пшениці, заражених сажкою, наведено на гістограмі рис.1 і показали що:

– По схожості, загальною кількістю стебел, кількості продуктивних стебел на одну рослину показники були на рівні, характерному для стандартної обробки протравлювачем (Бенлат 2,5 кг / г);

– За рівнем ураженості рослин сажкою в результаті опромінення електричними імпульсами високої інтенсивності показник мав значення нижче характерного для стандартної обробки протравлювачем.

Рис.1. Порівняльна гістограма польових випробувань в умовах вегетації 2001 насіння ячменю

Fig. 1. Comparative histogram of the field tests under conditions of vegetation in 2001 of barley seeds

Слід зазначити, що дані біологічні ефекти, що проявилися при впливі імпульсних ЕМП, викликані «нетепловим» механізмом, а, швидше за все, великою амплітудою напруженості поля Е і швидкістю його наростання dE / dt.

III. Висновок

Таким чином, експериментальні дослідження та польові випробування в умовах вегетації 2001 насіння ячменю і ярої пшениці, заражених сажкою, показали, що обробка імпульсним ЕМП дає позитивні результати в порівнянні з хімічним протравлення. За такими ж параметрами як середня кількість продуктивних стебел вище -10%, а по ураженню сажкою в 2-3 рази нижче.

1. Чумаков В. І., Остріжной М. А., Волколупов Ю. Я, Красноголовець М. А., Ванцан В. М., Нестеренко В. Г., Харченко О. І. Візуальні дослідження характеристик високовольтного розряду в атмосфері. – Радіотехніка. Всеукр. мiжвiд. наук.-техн. СБ, 2000.

Вип. 116, с. 169-172.

2. Чумаков В. І., Остріжной М. А., Волколупов Ю. Я, Ванцан В. М., Нестеренко В. Г., Харченко О. І. Експериментальні дослідження потужнострумового розряду магнітоплазменного компресора в атмосфері – Радіотехніка. Всеукр. мiжвiд. наук.-техн. СБ, 2000. Вип.115, с. 106-110.

3. Гапоненко Н. І., Горбань А. М., Горожанин Д. В., Курилко В. І., Латинський С. М., Лонін Ю. Ф., Харченко І. Ф . Формування інтенсивних електромагнітних імпульсів, що випромінюються при прямому порушенні ізольованою штирьовий антени короткоімпульсного потужнострумових РЕП – Фізика плазми, 2000, т.26, № 4, с.1-3.

4. Бецко О. В., Девятков Н. Д. Електромагнітні міліметрові хвилі і живі організми. – Радіотехніка, 1996. № 9. (Біомедична радіоелектроніка, № 3, с.4-11).

5.     Lonin Yu. F., Kharchenko I. F., Ermolenko V. V. et al. Nonthermal effects observed after irradiating donor blood erythrocytes by a high-power short-pulse electromagnetic field — ElectroMed99, April 12-14, 1999, Waterside Mariott Norfolk, Virginia, p.90.

EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOLOGICAL EFFECTS OF PULSE EM FIELDS

V. I. Chumakov, M. A. Ostrizhny, A. I. Dokhov,

G. N. Volevakhin, G. V. Nesterenko, N. E. Alferov Kharkov National University of Radioelectronics tel.: (0572) 409-444 A. M. Egorov, Yu. F. Lonon, N. I. Gaponenko National Science Center «Kharkov Institute of Physics and Technology»

tel.: (0572) 356-887, e-mail: lonin@kipt.kharkov.ua

A. M. Polyyany Kharkov National Agriculture University

Abstract — In this paper we studied biological effect of superwideband EM radiation and high-intensity pulse upon the seeds of barley and spring wheat.

I. Introduction

At present, pulse EM field effect upon different biological objects is studied more thoroughly than ever. EMF sources [1-3] have a very broad spectrum of radiated power, wide frequency band, long pulse time and exposure time, that points to different mechanisms of influence [4, 5].

II. General part

We used two types of pulse EMF:

— UWB electromagnetic nanosecond radiation;

— microsecond EMF.

Generation of UWB nanosecond radiation was performed by excitation of ТИМ horn with a high-current relativistic electron beam (Еь ~ 0.5-І MeV, k10 kA, t ~ 15 ns). The signal generated is a 5-function with ~ 1 -2 ns duration.

Microsecond EMF was realized by PVG discharging onto a plane capacitor and has the shape of a decreasing sinusoid with ~ 12 us total length and T=1.2 (js period.

In the first case the material to be irradiated (300 g of barley seeds) was put into the areas with different field intensity (~2000 V/cm, 1000 V/cm and 500 V/cm). In the second case, it was put into the area with ~16 kV/cm field intensity. In the first case the influence of pulses number was also studied. Integral irradiation dose was determined by the number of pulses (1, 5, 10).

The results of laboratory study and field test during 2001year vegetation of smut-infected barley and spring wheat seeds are given in the histogram (Fig.1). The figure shows that:

—the values of the germinating capacity, total number of stems, number of productive stems per one plant are at the level being characteristic for standard treatment with chemical pest-killers (benlat, 2.5 kg/g);

— the level of smut-infected plants after irradiation with high-intensity electric pulses was lower than after the treatment with chemical pest-killers.

It should be noted that the above-mentioned biological effects, which became apparent after the influence of pulsed EMF, are caused by the «non thermal» mechanism, and, probably, by the large amplitude of field intensity E and its rate of rise dE/dt.

III. Conclusion

The results of laboratory study and field test during 2001year vegetation of smut-infected barley and spring wheat seeds have shown that EMF treatment is more efficient, as compared to the chemical treatment with chemical pest-killers. After irradiation the seeds have the higher (by ~10 %) number of productive stems, and the level of smut disease is lower by a factor of

2  to 3.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.