В.А. Черепеніна

Інститут радіотехніки й електроніки РАН, Москва

В даний час в Росії інтенсивно ведуться дослідження по застосуванню потужних джерел електромагнітного випромінювання для нетеплового впливу на штучні і природні середовища різної природи. Розглянемо деякі Напрямки робіт у цих областях.

В Інституті радіотехніки й електроніки РАН (ІРЕ, Москва) та Інституті потужнострумової електроніки СО РАН (ІСЕ, Томськ) проводяться дослідження з нетепловий впливу на біооб’єкти потужними радиоимпульсами наносекундной тривалості.

Так, в ІРЕ з 80-х років минулого століття проводився цикл досліджень з використанням релятивістських черенковських генераторів восьмиміліметрову і трисантиметровим діапазонів довжин хвиль. Їх потужність становила, відповідно, приблизно 10 і 100 МВт, тривалість імпульсів – 5 і 15 нс. Вивчалася реакція як порівняно простих систем, наприклад шкіра жаби [1], так і складних, таких як злоякісні пухлини у ссавців. В останньому випадку впливу піддавалися щури з прищепленої їм карціносаркому Уокера [2]. Виявилося, що розмір пухлини у тварин, що піддавалися дії потужного електромагнітного випромінювання, росте значно повільніше, а живуть вони значно довше (приблизно на 30%), ніж контрольна група хворих тварин. Додаткові дослідження показали, що в опромінених щурів активізується імунна система [3], чим, мабуть, і пояснюються отримані результати. Передбачалося, що основну роль в реакції біооб’єктів грають клітинні мембрани, так як величина напруженості електричного поля в них порівнянна з величиною поля воздействующей хвилі. Відзначимо, що експерименти цього типу відносяться до так званих нетепловим впливів, так як енергія кожного імпульсу і всієї серії в цілому вельми мала і не здатна істотно змінити загальну температуру об’єкта. Аналогічний тип впливу за допомогою безперервних генераторів міліметрового випромінювання малої потужності (КВЧ-терапія) вже порівняно давно розвивається в ІРЕ і має успішні медичні застосування [4].

У ІСЕ дослідження впливу на біооб’єкти потужними радиоимпульсами почалися порівняно недавно, в останні роки минулого століття. Для експериментів використовувався релятивістський черенковський генератор з потужність 200 МВт і тривалістю імпульсів 15 нс. Частота повторення імпульсів змінювалася від одиниць до сотень герц. В якості об’єктів досліджень були обрані кишкова паличка, пліснявий грибок і добре відома мухрозофіла. Перші досліди показали, що потужне електромагнітне випромінювання наносекундной тривалості істотно впливає насамперед на ембріональну стадію розвитку дрозофіли [5]. Відзначимо, що тут, як, втім, і в більш тривалих дослідженнях в ІРЕ, через величезної складності біооб’єктів (на відміну від кінцевих результатів) механізми впливу залишаються багато в чому неясними.

Останнім часом в ІРЕ і в Інституті електрофізики Уральського відділення РАН (ІЕФ, Єкатеринбург) ведуться дослідження з новим застосуванням потужних джерел електромагнітних імпульсів, зокрема, нетепловий впливу на золотовмісні гірські породи.

У роботах ІЕФ [6] для дезінтеграції золотовмісних порід використовується гідроудар, що утворюється при искровом пробої води. Досліди проводяться в кюветі з водою, де знаходиться також суспензія руди при постійному перемішуванні. Для збільшення ефективності вилучення запропоновано використовувати джерело високої напруги наносекундной тривалості.

На відміну від робіт ІЕФ в експериментах, проведених в ІРЕ спільно з Інститутом проблем комплексного освоєння надр РАН (ІПКОН, Москва), спеціально створюються умови, за яких міжелектродний іскровий пробою в сухий або трохи змоченою золотовмісної породі або впливає слабо, або зовсім відсутня. Експериментально вдалося показати можливість істотного збільшення вилучення золота з технологічно найбільш складних, так званих наполегливих руд. Основна ідея методу полягає у використанні природних неоднорідностей середовища для отримання в ній великих локальних значень напруженості електричного поля і впливу таким чином на області, де насамперед і локалізовані частинки золота. У результаті впливу відбувається дезінтеграція золота в породі і поліпшуються умови для його ціанування. До переваг такого способу слід віднести малу енергоємність і можливість використання на гірничо-збагачувальних комбінатах без радикальної зміни звичайної техніки ціанування. Крім того, при його застосуванні немає необхідності в дуже тонкому (до 50 мкм) помоле руди, що також істотно знижує енергоспоживання. В даний час проведено цикл робіт по впливу потужними імпульсами як на гравіконцентрат, так і на руду і хвости різних родовищ Росії. Практично у всіх випадках вдається підібрати таку дозу опромінення, яка забезпечує збільшення виходу золота в порівнянні з традиційною технологією. Кількісні характеристики збільшення ефективності вилучення залежать від типу золотовмісної породи і варіюються від 1,5 рази до 6 разів [8]. В даний час детальне вивчення физикохимических процесів, що супроводжують процес дезінтеграції золота в руді, триває.

Слід зазначити, що золотовмісні порода являє собою природну суміш діелектриків, напівпровідників і металів. Це робить її схожою по електрофізичних властивостях на сучасні твердотільні електронні системи з високим ступенем інтеграції. Вплив на них потужних електромагнітних імпульсів також представляє певний інтерес, наприклад у зв’язку з проблемою електромагнітної сумісності. Крім незворотного виходу з ладу, в таких штучних середовищах виявляється і нову якість, а саме можливість відновлення їх інформаційних властивостей через деякий час після впливу потужного електромагнітного імпульсу. Окремі результати досліджень подібного типу, виконані в Науково-дослідному інституті ядерної фізики при Томському політехнічному університеті (НДІЯФ ТПУ, Томськ), наведені, наприклад, в [9], де є дані про вплив потужних електромагнітних радиоимпульсов на персональний комп’ютер.

Література

1.        Девятков Н. Д., Чернов 3. С., Бецький О. В., Новскова Т. А., Путвінскій А. В. // Біофізика. 1982. Т. 28, вип.З. С. 558-560.

2.        Девятков Н. Д., Плетньов С. Д., Чернов 3. С., Файкін В. В., Бернашевскій Г. А., Щитков К. Г. // ДАН. 1994. Т. 336, № 6. С. 826-828.

3.        Девятков Н. Д.у Плетньов С. Д., Бецький О. В., Файкін В. В. І Біомедична радіоелектроніка. 2000, № 10. С. 29-36.

4.        Медикобіологічних аспекти міліметрового випромінювання низької інтенсивності / Под ред. Н. Д. Девяткова. М .: ІРЕ АН СРСР, 1985.

5.        Большаков М. А., Бугаєв С. П., Гончарик А. О., Бунін А. В., Євдокимов Є. В., Климов А. І., Коровін С. Д., Пел’ І. В., Ростов В . В. І ДАН. 2000. Т. 371, № 5. С. 691-695.

6.        Котов Ю. А., Місяць Г. А., Філатов А. Л., Корюкина Б. М., Бориско Ф. Ф., Корженевський С. Р., Мотовілов В. А., Щербінін З В. І ДАН. 2000. Т. 372, № 5. с. 654-656.

7.        Чантурія В. А., Гуляєв Ю. В., Лунін В. Д., Бунін І. Ж., Черепеніна В. А., Вдовін В. А., Корженевський А. В. // ДАН. 1999. Т. 366, № 5. с. 680-683.

8.        Чантурія В. А., Бунін І. Ж., Лунін В. Д., Гуляєв Ю. В., Буніна Н. С., Вдовін В. А., Воронов П. С., Корженевський А. В., Черепеніна В .А. І Фізико-технічні проблеми розробки корисних копалин. 2001, №4. С. 95-106.

9.        Юшков Ю. Г, Чумерін П. Ю., Артеменко С. Н., Новиков С. А., Зеленцов Д. В. І Радіотехніка та електроніка. 2001. Т. 46, № 8. С. 1020-1024.

Джерело: ВАКУУМНА СВЧ ЕЛЕКТРОНІКА: Збірник оглядів. – Нижній Новгород: Інститут прикладної фізики РАН, 2002. – 160 с.