Az emberi elektromos tér a test felszínén és azon kívül, azon kívül létezik.

Az emberi testen kívüli elektromos teret főként tribotöltések, vagyis a test felületén a ruházattal vagy valamilyen dielektromos tárggyal való súrlódás következtében fellépő töltések okozzák, miközben a testen több voltos nagyságrendű elektromos potenciál keletkezik. Az elektromos tér idővel folyamatosan változik: először semlegesítik a tribotöltéseket - 100-1000 s jellemző idővel áramlanak le a bőr nagy ellenállású felületéről; másodszor a test geometriájának változásai a légzőmozgások, szívverés stb. következtében. a testen kívüli állandó elektromos mező modulációjához vezet.

Az emberi testen kívüli elektromos tér másik forrása a szív elektromos tere. Ha két elektródát közelebb visz a test felszínéhez, akkor érintésmentesen és távolról is regisztrálhatja ugyanazt a kardiogramot, mint a hagyományos érintkezési módszerrel (lásd 5. fejezet). Megjegyzendő, hogy ez a jel sokszorosa a tribotöltések mezőjének.

Az orvostudományban érintkezés nélküli módszer Az emberi testhez kapcsolódó elektromos mezők mérése alkalmazásra talált az alacsony frekvenciájú mellkasi mozgások mérésében.

Ilyenkor a páciens testére 10 MHz frekvenciájú váltakozó elektromos feszültséget kapcsolunk, és 2-5 cm távolságra több antennaelektródát viszünk a mellkasra.Az antenna és a test két lemez egy kondenzátor. A mellkas mozgása megváltoztatja a lemezek közötti távolságot, vagyis ennek a kondenzátornak a kapacitását, és így az egyes antennák által mért kapacitív áramot. Ezen áramok mérése alapján lehetőség nyílik a mellkas mozgásának térképének összeállítására a légzési ciklus során. Normális esetben szimmetrikusnak kell lennie a szegycsonthoz képest. Ha a szimmetria megszakad, és az egyik oldalon a mozgások amplitúdója kicsi, akkor ez például rejtett bordatörést jelezhet, amelyben a mellkas megfelelő oldalán az izomösszehúzódás blokkolva van.

Kontakt mérések Az elektromos mezőket jelenleg a legszélesebb körben használják az orvostudományban: a kardiográfiában és az elektroencefalográfiában.

Mágneses mező az emberi testet a szív és az agykéreg sejtjei által generált áramok hozzák létre. Kivételesen kicsi – 10 millió – 1 milliárdszor gyengébb, mint a Föld mágneses tere. Méréséhez kvantummagnetométert használnak. Érzékelője egy szupravezető kvantummagnetométer (SQUID), melynek bemenete vevőtekercseket tartalmaz. Ez az érzékelő méri a tekercseken áthaladó ultragyenge mágneses fluxust. Ahhoz, hogy a SQUID működjön, le kell hűteni arra a hőmérsékletre, amelyen a szupravezetés megjelenik, vagyis a folyékony hélium hőmérsékletére (4 K). Ehhez azt és a fogadó tekercseket egy speciális termoszba helyezik a folyékony hélium tárolására - egy kriosztátba, pontosabban annak keskeny farokrészébe, amelyet a lehető legközelebb lehet hozni az emberi testhez.

Az elmúlt években a „magas hőmérsékletű szupravezetés” felfedezése után megjelentek a SQUID-ok, amelyek csak a folyékony nitrogén hőmérsékletére (77 K) hűthetők le. Érzékenységük elegendő a szív mágneses mezőinek mérésére.

Az emberi test és a környezet mágneses indukciója:

Szív – 10^-11 T; agy-10^-13 T; Föld mező -5*10^-5 T; geomágneses zaj - 10^-8 - 10^-9 T; mágneses NMR tomográfia - 1T.

Mint látható, az emberi test által létrehozott mágneses tér sok nagyságrenddel kisebb, mint a Föld mágneses tere, annak fluktuációi (geomágneses zaj) vagy a műszaki eszközök mezői. Hangolásukra nem magát a mágneses teret mérik, hanem annak gradiensét, vagyis térbeli változását. A tér minden pontjában a mágneses tér teljes B indukciója a Bp interferenciamezők és a Bc szív indukcióinak összege, nevezetesen B = Bp + Bc, ahol Bp > Bc. Zavaró mező: Föld, fémtárgyak (fűtőcsövek), az utcán elhaladó teherautók stb. - lassan változik a térben, miközben a szív vagy az agy mágneses tere gyorsan csökken a testtől való távolság növekedésével.

Emiatt a közvetlenül a test felületén és attól mondjuk 5 cm távolságra mért Bp1 és Bp2 interferencia mágneses tér indukciói gyakorlatilag megegyeznek: Bp1 = Bp2, valamint a Bc1 és Bc2 térindukciók. a szív által létrehozott ugyanazon pontokon közel 10-szer különbözik: Vs1 » Vs2. Ezért, ha kivonjuk egymástól a mért mágneses tér indukciójának két értékét B1 és B2, akkor a B1 - B2 = Vc1 - Vc2 jelkülönbség gyakorlatilag nem tartalmaz interferencia hozzájárulást, és a szívből érkező jel csak kis mértékben. eltorzult. A leírt legegyszerűbb áramkör - elsőrendű gradiométer - megvalósításához két, egymással párhuzamos tekercset használhat, amelyek néhány centiméter távolságra egymás mögött helyezkednek el és egymáshoz vannak csatlakoztatva. Jelenleg összetettebb kialakításokat használnak - másodrendű gradiométereket (érzékelőjük kettőnél több tekercset tartalmaz). Ezek az eszközök lehetővé teszik a magnetoencephalogramok mérését közvetlenül a klinikán.

Magnetokardiogram és egy személy dinamikus mágneses térképe. Az emberi szív mágneses mezőjének forrása ugyanaz, mint az elektromos - a szívizom gerjesztésének régiójának mozgó határa. Kétféleképpen lehet tanulmányozni ezt a mezőt: (1) magnetokardiogramok (MCG) mérésével és (2) dinamikus mágneses térkép (DMM) felépítésével. Az első esetben a mérést a szív felett egyetlen pontban végzik, ami a mágneses tér nagyságának időbeli függését eredményezi, amely gyakran egybeesik a hagyományos elektrokardiogrammal. Dinamikus mágneses térkép felépítéséhez MCG-készletet kell mérni a szív felett különböző pontokon. Ebből a célból a pácienst egy speciális, nem mágneses ágyra mozgatják egy álló érzékelő közelében. A mezőt 20 x 20 cm^2-es területen mérjük egy 6 x 6 elemből álló rácson, pl. mindössze 36 helyen. Minden ponton a szívciklus több periódusát rögzítik a felvételek átlagolásához, majd a pácienst áthelyezik a következő pont mérésére. Ezután bizonyos időpontokban, az R-csúcstól számítva, pillanatnyi dinamikus mágneses térképek készülnek. Minden DMC a szívciklus egy meghatározott fázisának felel meg.

Az emberi test mágneses mezőinek mérésének fő orvosi alkalmazásai a magnetokardiográfia (MCG) és a magnetoencephalográfia (MEG). Az MCG előnye a hagyományos elektrokardiográfiához (EKG) képest, hogy nagy, 1 cm-es nagyságrendű pontossággal képes lokalizálni a térforrásokat, ami annak köszönhető, hogy a dinamikus mágneses térképek lehetővé teszik az áramdipólus koordinátáinak becslését.

Infravörös sugárzás. Az emberi test felületi hőmérsékletének eloszlásáról és annak időbeli változásáról a legvilágosabb információt a dinamikus infravörös hőképalkotás módszere adja. Technikai értelemben ez a televízió teljes analógja, csak az érzékelő nem a tárgyról visszaverődő optikai sugárzást méri, amit az emberi szem lát, mint a televízióban, hanem a saját, szem számára láthatatlan infravörös sugárzást. A hőkamera egy szkennerből, amely a 3-10 mikron közötti hullámhossz-tartományban méri a hősugárzást, egy adatgyűjtő eszközből és egy képfeldolgozó számítógépből áll. A 3-10 mikronos tartományt azért választottuk, mert ebben a tartományban figyelhető meg a legnagyobb különbség a sugárzás intenzitásában a testhőmérséklet változása esetén. A legegyszerűbb szkennereket a következő séma szerint állítják össze: a test különböző részeiről érkező hősugárzást egymás után, oszcilláló tükrök segítségével egy infravörös sugárzás vevőre vetítik, folyékony nitrogénnel hűtik. A kép formátuma 128 x 128 elemből vagy 256 x 256-ból áll, vagyis az áttekinthetőség szempontjából nem sokkal marad el a televíziónál. A hőkamerák másodpercenként 16 képkockát továbbítanak. A hőkamerák érzékenysége egy képkocka mérésénél körülbelül 0,1 K, de ez drámai módon növelhető számítógépes képfeldolgozással. Hőképalkotás a biológiában és az orvostudományban. A termikus képalkotás biológiában való alkalmazásának legszembetűnőbb eredménye (ez az állatok agykéregének hőmérsékletének térbeli eloszlásának kimutatása és regisztrálása – sőt, a fiziológiának egy új ága született – a termoencefaloszkópia). A mérésekhez hőkamerát a koponya felszínére mutatnak, amelyről először eltávolítják a fejbőrt.

A mágneses mezők mesterséges mágneses anyagoktól és rendszerektől állandóak lehetnek, impulzusos, infra-alacsony frekvenciájúak (50 Hz-ig terjedő frekvenciával), változóak.

Az ipari frekvenciájú EMF-nek való kitettség a nagyfeszültségű távvezetékekhez, az ipari vállalkozásokban használt állandó mágneses mezőkhöz kapcsolódik.

Az állandó mágneses mező forrásai az állandó mágnesek, elektromágnesek, elektrolizáló fürdők (elektrolizátorok), egyenáramú távvezetékek, gyűjtősínek és egyéb egyenáramot használó elektromos eszközök. A gyártási környezet fontos tényezője a gyártás, a minőségellenőrzés és a mágneses rendszerek összeszerelése során az állandó mágneses tér.

A magnetoimpulzus és elektrohidraulikus berendezések alacsony frekvenciájú impulzus mágneses mezők forrásai.

Az állandó és alacsony frekvenciájú mágneses tér a forrástól való távolság növekedésével gyorsan csökken.

A mágneses mezőt két mennyiség jellemzi - az indukció és az intenzitás. A B indukció az egységnyi hosszúságú, egységnyi áramú vezetőre egy adott mezőben ható erő, teslában (T) mérve. A H feszültség olyan mennyiség, amely a közeg tulajdonságaitól függetlenül jellemzi a mágneses teret. A feszültségvektor egybeesik az indukciós vektorral. A feszültség mértékegysége amper per méter (A/m).

Az ipari frekvenciájú elektromágneses mezők (EMF) közé tartoznak az 1150 kV-ig terjedő feszültségű vezetékek, nyitott kapcsolóberendezések, kapcsolóberendezések, védelmi és automatizálási eszközök, valamint mérőműszerek.

Felső vezetékek (50 Hz). Az ipari frekvenciájú EMF-nek való kitettség a nagyfeszültségű távvezetékekhez (VL), az ipari vállalkozásokban használt állandó mágneses mezőkhöz kapcsolódik.

A légvezetékek EMF intenzitása (50 Hz) nagymértékben függ a vonali feszültségtől (110, 220, 330 kV és nagyobb). Átlagos értékek villanyszerelő munkahelyeken: E = 5...15 kV/m, Η = 1...5 A/m; a kiszolgáló személyzetet elkerülő útvonalakon: E = 5..30 kV/m, N = 2...10 A/m. A nagyfeszültségű vezetékek közelében elhelyezkedő lakóépületekben az elektromos térerősség általában nem haladja meg a 200...300 V/m, a mágneses tér pedig a 0,2...2 A/m (V = 0,25... 2,5 mT).

A 765 kV feszültségű távvezetékek (PTL) közelében lévő mágneses tér 5 μT közvetlenül a tápvezeték alatt és 1 μT a tápvezetéktől 50 m távolságra. ábra mutatja az elektromágneses tér eloszlását a tápvezeték távolságától függően. 5.6.

Az ipari frekvenciájú EMF-et elsősorban a talaj nyeli el, ezért az elektromos vezetékektől kis távolságra (50...100 m) az elektromos térerősség méterenkénti több tízezer voltról standard értékekre csökken. Jelentős veszélyt jelentenek a mágneses mezők, amelyek az ipari frekvenciájú áramok távvezetékei (távvezetékei) közelében, valamint a villamosított vasutak szomszédságában keletkeznek. Nagy intenzitású mágneses mezők is megtalálhatók ezeknek a területeknek a közvetlen közelében található épületekben.

Rizs. 5.6. Elektromos és mágneses mező 765 kV (60 Hz) feszültségű tápvezeték alatt 426 A áramerősséggel, a tápvezeték távolságától függően (vezeték magassága 15 m)

Vasúti elektromos közlekedés. A sűrűn lakott városi környezetben és munkahelyeken nagy területeken a legerősebb mágneses tereket az elektromos közforgalmú vasúti járművek generálják. ábrán látható az elméletileg kiszámított kép a vasút tipikus áramai által keltett mágneses térről. 5.7. A sínpályától 100 m távolságban végzett kísérleti mérések 1 µT mágneses térértéket adtak.

A transzport mágneses mezők szintje 10...100-szor haladhatja meg a villamos vezetékek megfelelő szintjét; a Föld mágneses mezejéhez (35...65 μT) hasonlítható, és gyakran meghaladja is.

Lakóépületek és háztartási kisfrekvenciás készülékek elektromos hálózatai. A mindennapi életben az EMF és a sugárzás forrásai a televíziók, kijelzők, mikrohullámú sütők és egyéb eszközök. Alacsony páratartalmú (kevesebb, mint 70%) körülmények között a ruházat és a háztartási cikkek (szövetek, szőnyegek, köpenyek, függönyök stb.) elektrosztatikus mezőket hoznak létre. A kereskedelmi forgalomban kapható mikrohullámú sütők nem veszélyesek, de védőpajzsuk meghibásodása jelentősen megnövelheti az elektromágneses sugárzás szivárgását. A tévék és a kijelzők, mint elektromágneses sugárzás forrásai a mindennapi életben, nem jelentenek nagy veszélyt huzamosabb ideig tartó emberi expozíció esetén sem, ha a képernyőtől való távolság meghaladja a 30 cm-t.

Rizs. 5.7. Mágneses mező konfiguráció egy villamosított vasútról

A háztartási készülékek közelében 50 Hz-es frekvencián elég erős mágneses terek észlelhetők. Tehát egy hűtőszekrény 1 μT, egy kávéfőző - 10 μT, egy mikrohullámú sütő - 100 μT mezőt hoz létre. Az acélgyártás munkaterületein elektromos kemencék alkalmazásakor jóval nagyobb mértékű (3...5-10 μT) hasonló mágneses terek figyelhetők meg.

Az elektromos térerősség 220 V-os hálózatra kötött hosszú vezetékek közelében 0,7...2 kV/m, fémházas háztartási gépek (porszívó, hűtőszekrény) közelében - 1...4 kV/m.

táblázatban Az 5.6. táblázat mutatja a mágneses indukció értékeit egyes háztartási készülékek körül.

A lakóépületek az esetek túlnyomó többségében egy nulla (nulla működő) vezetékes hálózatot használnak, a nulla működő és védővezetővel rendelkező hálózatok meglehetősen ritkák. Ebben a helyzetben megnő az áramütés veszélye, ha egy fázisvezeték rövidre zárja a készülék fém testét vagy alvázát; az eszközök fém burkolata, alváza és házai nincsenek földelve, és elektromos mezőket (ha a készüléket a konnektorba dugva kapcsolják ki) vagy ipari frekvenciájú elektromos és mágneses mezőt (ha a készülék be van kapcsolva) forrása.

5.6. táblázat. A mágneses indukció B értéke háztartási készülékek közelében, µT

	Távolságok a készülékektől, cm

		Kevesebb, mint 0,01...0,3
Elektromos borotvák		Kevesebb, mint 0,01...0,3

Porszívók

Vezeték
Hordozható fűtőtestek
tévék		Kevesebb, mint 0,01...0,15
Mosógépek		Kevesebb, mint 0,01...0,15
Elektromos vasalók
Rajongók
Hűtőszekrények

Akusztikus mezők

Az önakusztikus sugárzás tartományát a hosszúhullámú oldalon az emberi test felületének mechanikai rezgései (0,01 Hz), a rövidhullámú oldalon az ultrahangos sugárzások, különösen a 10 körüli frekvenciájú jelek korlátozzák. MHz-et vettek fel az emberi testből.

A frekvencia növekedésének sorrendjében a három akusztikus tértartomány a következőket tartalmazza:

1) alacsony frekvenciájú rezgések (10 3 Hz alatti frekvenciák);

2) cochlearis akusztikus emisszió (CAE) - az emberi fül sugárzása (v ~10 3 Hz);

3) ultrahangos sugárzás (v ~ 1-10 MHz).

A különböző frekvenciatartományokban lévő akusztikus mezők forrásai eltérő természetűek. Az alacsony frekvenciájú sugárzást élettani folyamatok hozzák létre: légzési mozgások, szívverés, véráramlás az erekben és néhány más folyamat, amelyet az emberi test felületének körülbelül 0,01-10 3 Hz-es rezgései kísérnek. Ez a felületi rezgések formájában jelentkező sugárzás kontaktus vagy érintésmentes módszerrel rögzíthető, de mikrofonok segítségével távolról mérni szinte lehetetlen. Ez annak köszönhető, hogy a test mélyéről érkező akusztikus hullámok szinte teljesen visszaverődnek a levegő-ember test határfelületéről, és nem mennek ki az emberi testből a levegőbe. A hanghullámok reflexiós együtthatója közel áll az egységhez, mivel az emberi testszövet sűrűsége közel van a víz sűrűségéhez, amely három nagyságrenddel nagyobb, mint a levegő sűrűsége.

Minden szárazföldi gerincesnek azonban van egy speciális szerve, amelyben jó akusztikus koordináció érhető el a levegő és a folyékony környezet között - ez a fül. A középső és a belső fül szinte veszteségmentesen továbbítja a hanghullámokat a levegőből a belső fül receptorsejtjeibe. Ennek megfelelően elvileg a fordított folyamat is lehetséges - a fülből a környezetbe történő átvitel -, és ezt kísérleti úton, a hallójáratba helyezett mikrofon segítségével fedezték fel.

A megahertz tartomány akusztikai vizsgálatának forrása a termikus akusztikus sugárzás - a megfelelő elektromágneses sugárzás teljes analógja. Az emberi test atomjainak és molekuláinak kaotikus hőmozgásának eredményeként keletkezik. Ezeknek az akusztikus hullámoknak az intenzitását az elektromágneses hullámokhoz hasonlóan a test abszolút hőmérséklete határozza meg.

Alacsony frekvenciájú elektromos és mágneses mezők

Elektromos mező.

Az emberi elektromos tér a test felszínén és azon kívül, azon kívül létezik.

Az emberi testen kívüli elektromos teret főként tribotöltések, vagyis a test felületén a ruházattal vagy valamilyen dielektromos tárggyal való súrlódás következtében fellépő töltések okozzák, miközben a testen több voltos nagyságrendű elektromos potenciál keletkezik. Az elektromos tér folyamatosan változik az idő múlásával: először a tribotöltések semlegesítődnek - ~ 100-1000 s jellemző idővel áramlanak le a bőr nagy ellenállású felületéről; másodszor a test geometriájának változásai a légzőmozgások, szívverés stb. következtében. a testen kívüli állandó elektromos mező modulációjához vezet.

Az emberi testen kívüli elektromos tér másik forrása a szív elektromos tere. Két elektródát közelebb hozva a test felületéhez, érintés nélkül és távolról is regisztrálhatja ugyanazt a kardiogramot, mint a hagyományos kontaktus módszerrel. Megjegyzendő, hogy ez a jel nem sokszor kisebb, mint a tribotöltések mezője.

Az orvostudományban érintkezés nélküli módszer Az emberi testhez kapcsolódó elektromos mezők mérése alkalmazásra talált az alacsony frekvenciájú mellkasi mozgások mérésében.

Ilyenkor a páciens testére 10 MHz frekvenciájú váltakozó elektromos feszültséget kapcsolunk, és 2-5 cm távolságra több antennaelektródát viszünk a mellkasra.Az antenna és a test két lemez egy kondenzátor. A mellkas mozgása megváltoztatja a lemezek közötti távolságot, vagyis ennek a kondenzátornak a kapacitását, és így az egyes antennák által mért kapacitív áramot. Ezen áramok mérése alapján lehetőség nyílik a mellkas mozgásának térképének összeállítására a légzési ciklus során. Normális esetben szimmetrikusnak kell lennie a szegycsonthoz képest. Szimmetriája törött, és az egyik oldalon kicsi a mozgások amplitúdója, ez utalhat például rejtett bordatörésre, amelyben a mellkas megfelelő oldalán az izomösszehúzódás blokkolva van.

Kontakt mérések Az elektromos mezőket jelenleg a legszélesebb körben használják az orvostudományban: a kardiográfiában és az elektroencefalográfiában. Ezekben a tanulmányokban a fő előrelépés a számítástechnika használatának köszönhető, beleértve a személyi számítógépeket is. Ez a technika lehetővé teszi például az úgynevezett nagy felbontású elektrokardiogram (HR EKG) készítését.

Mint ismeretes, az EKG-jel amplitúdója nem haladja meg az 1 mV-ot, és az ST szegmens még kisebb, és a jelet elfedi a szabálytalan izomtevékenységhez kapcsolódó elektromos zaj. Ezért a felhalmozási módszert alkalmazzák - azaz sok szekvenciális EKG-jel összegzését. Ehhez a számítógép minden következő jelet eltol, hogy annak R-csúcsa az előző jel R-csúcsához igazodjon, és hozzáadja az előzőhöz, és így tovább sok jelnél több percen keresztül. Ezzel az eljárással megnő a hasznos ismétlődő jel, és a szabálytalan fújtatók kioltják egymást. A zaj elnyomásával kiemelhető az ST komplex finom szerkezete, ami fontos az azonnali halálozás kockázatának előrejelzéséhez.

Az idegsebészetben használt elektroencefalográfiában a személyi számítógépek lehetővé teszik az agy elektromos mezejének valós idejű eloszlásának pillanatnyi térképét 16-tól

32 elektródát helyezünk mindkét féltekére néhány ms nagyságrendű időközönként.

Az egyes térképek elkészítése négy eljárást tartalmaz:

1) az elektromos potenciál mérése minden olyan helyen, ahol az elektródák találhatók;

2) a mért értékek interpolációja (folytatása) az elektródák között elhelyezkedő pontokhoz;

3) a kapott térkép simítása;

4) a térkép színezése bizonyos potenciálértékeknek megfelelő színekkel. Látványos színes képeket készít. Ez a kváziszínes ábrázolás, amikor a mezőértékek teljes tartománya a minimumtól a maximumig egy színkészlethez van hozzárendelve, például az ibolyától a pirosig, ma már nagyon elterjedt, mivel nagyban megkönnyíti az orvosok komplex térbeli elemzését. disztribúciók. Az eredmény egy olyan térképsorozat, amely megmutatja, hogyan mozognak az elektromos potenciálforrások a kéreg felületén.

A személyi számítógép segítségével nemcsak a pillanatnyi potenciáleloszlásról, hanem a klinikai gyakorlatban régóta tesztelt, finomabb EEG-paraméterekről is térképet készíthet. Ezek elsősorban az EEG egyes spektrális komponenseinek elektromos teljesítményének térbeli eloszlását foglalják magukban (b, R, d , d,és i-ritmusok). Egy ilyen térkép elkészítéséhez a fejbőr 32 pontján mérnek potenciálokat egy adott időablakban, majd ezekből frekvenciaspektrumokat határoznak meg, és megszerkesztik az egyes spektrális komponensek térbeli eloszlását.

b kártyák, d, Nagyon eltérőek a ritmusaim. Az ilyen térképek jobb és bal félteke közötti szimmetriájának megsértése diagnosztikai kritérium lehet agydaganatok és néhány más betegség esetén.

Így mára az emberi test által a környező térben létrejövő elektromos tér rögzítésére szolgáló, érintésmentes módszereket fejlesztettek ki, és ezeknek a módszereknek az orvostudományban történő alkalmazását is megtalálták. Az elektromos tér kontaktmérései a személyi számítógépek fejlesztése kapcsán új lendületet kaptak - nagy sebességük lehetővé tette az agy elektromos mezőinek térképeinek elkészítését.

Mágneses mező.

Az emberi test mágneses terét a szív és az agykéreg sejtjei által generált áramok hozzák létre. Rendkívül kicsi - 10 millió - 1 milliárdszor gyengébb, mint a Föld mágneses tere. Méréséhez kvantummagnetométert használnak. Érzékelője egy szupravezető kvantummagnetométer (SQUID), melynek bemenete a tekercs vételeit tartalmazza. Ez az érzékelő méri a tekercseken áthaladó ultragyenge mágneses fluxust. Ahhoz, hogy a SQUID működjön, le kell hűteni arra a hőmérsékletre, amelyen a szupravezetés megjelenik, azaz. folyékony hélium hőmérsékletig (4 K). Ehhez azt és a fogadó tekercseket egy speciális termoszba helyezik a folyékony hélium tárolására - egy kriosztátba, pontosabban annak keskeny farokrészébe, amelyet a lehető legközelebb lehet hozni az emberi testhez.

Az emberi test által létrehozott mágneses tér sok nagyságrenddel kisebb, mint a Föld mágneses tere, annak fluktuációi (geomágneses zaj) vagy a műszaki eszközök mezői.

A zaj hatásának kiküszöbölésére kétféle megközelítés létezik. A legradikálisabb egy viszonylag nagy térfogat (szoba) létrehozása, amelyben a mágneses zaj élesen csökken mágneses képernyők segítségével. A legfinomabb biomágneses vizsgálatokhoz (az agyon) a zajt körülbelül egymilliószorosára kell növelni, amit egy lágy mágneses ferromágneses ötvözet (például permalloy) többrétegű kötegeivel lehet elérni. Az árnyékolt helyiség drága építmény, és csak a legnagyobb tudományos központok engedhetik meg maguknak ezt a szerkezetet. Az ilyen szobák száma a világon jelenleg csak néhány.

Van egy másik, megfizethetőbb módja a külső zaj hatásának csökkentésére. Azon alapul, hogy a minket körülvevő térben a legtöbb mágneses zajt a föld mágneses mezejének kaotikus rezgései (fluktuációi) és az ipari elektromos berendezések generálják. Távol az éles mágneses anomáliáktól és az elektromos gépektől, a mágneses tér, bár idővel ingadozik, térben homogén, az emberi test méretével összemérhető távolságokban kissé változik. Valójában a biomágneses mezők gyorsan gyengülnek az élő szervezettől való távolság hatására. Ez azt jelenti, hogy a külső mezők, bár sokkal erősebbek, kisebb gradiensekkel rendelkeznek (azaz a változás sebessége az objektumtól való távolság függvényében), mint a biomágneses mezők.

Az érzékeny elemként SQUID-ot tartalmazó készülék vevőkészüléke úgy készül, hogy csak a mágneses tér gradiensére legyen érzékeny - ebben az esetben az eszközt gradiométernek nevezzük. Azonban gyakran a külső (zaj) mezőknek még mindig vannak észrevehető gradiensei, ilyenkor olyan eszközt kell használni, amely a mágneses tér indukciójának második térbeli deriváltját méri - egy másodrendű gradiométert. Egy ilyen eszköz normál laboratóriumi körülmények között használható. Ennek ellenére előnyösebb a gradiométerek használata „mágneses-csendes” környezetben, és egyes kutatócsoportok speciálisan épített, nem mágneses házakban dolgoznak vidéki területeken.

Jelenleg intenzív biomágneses kutatások folynak mind mágnesesen árnyékolt helyiségekben, mind azok nélkül, gradiométerekkel. A biomágneses jelenségek széles körében számos olyan feladat létezik, amely lehetővé teszi a külső zajok különböző szintű csillapítását.

Anyagokkal kapcsolatos alapvető követelmények. A nagy mágneses permeabilitás és az alacsony koercitív erő mellett a lágymágneses anyagoknak nagy telítési indukcióval kell rendelkezniük, pl. engedje át a maximális mágneses fluxust a mágneses áramkör adott keresztmetszeti területén. Ennek a követelménynek a teljesítése lehetővé teszi a mágneses rendszer teljes méretének és tömegének csökkentését.

A váltakozó terekben használt mágneses anyagoknak lehetőleg kisebb mágnesezési megfordítási veszteséggel kell rendelkezniük, amely főleg hiszterézis és örvényáramok okozta veszteségekből áll.

A transzformátorok örvényáram-veszteségének csökkentése érdekében megnövelt ellenállású lágy mágneses anyagokat választanak. A mágneses magokat jellemzően különálló, egymástól elszigetelt vékony lapokból állítják össze. Széles körben használják a vékony szalagból tekercselt szalagmagokat, amelyek dielektromos lakkból készült szigeteléssel vannak ellátva. A lemez- és szalaganyagoknak nagy plaszticitással kell rendelkezniük, ami megkönnyíti a belőlük készült termékek előállítását.

A lágymágneses anyagokkal szemben fontos követelmény, hogy biztosítsák tulajdonságaik stabilitását, mind időben, mind külső hatásokkal, például hőmérséklettel és mechanikai igénybevételekkel szemben. Az összes mágneses jellemző közül a mágneses permeabilitás (különösen gyenge mezőkben) és a kényszerítő erő van kitéve a legnagyobb változásoknak az anyag működése során.

Ferritek.

Amint fentebb megjegyeztük, a ferritek oxidmágneses anyagok, amelyekben a domének spontán mágnesezettsége a kompenzálatlan antiferromágnesesség következménye.

A nagy ellenállás, amely 10 3-10 13-szor meghaladja a vas ellenállását, és ebből következően a viszonylag jelentéktelen energiaveszteség a magas és magas frekvenciák tartományában, valamint a meglehetősen magas mágneses tulajdonságok a ferriteket széles körben használják a rádióelektronikában.

Szám	Név	Ferrit minőség
csoportok	csoportok	Ni-Zn	Mn-Zn
én	Általános használat	100 NN, 400 NN, 400 NN1, 600 NN, 1000 NN, 2000 NN	1000 NM, 1500 NM, 2000 NM, 3000 NM
II	Termikusan stabil	7VN, 20VN, 30VN, 50VN, 100VN, 150VN	700 NM, 1000 NM3, 1500 NM1, 1500 NM3, 2000 NM1, 2000 NM3
III	Erősen áteresztő		4000 NM, 6000 NM, 6000 NM1, 10000 NM, 20000 NM
IV	A televíziós berendezésekhez		2500 NMS1, 3000 NMS
V	Impulzus transzformátorokhoz	300NNI, 300NNI1, 350NNI, 450NNI, 1000NNI, 1100NNI	1100 NMI
VI	Hangolható kontúrokhoz	10VNP, 35VNP, 55VNP, 60VNP, 65VNP, 90VNP, 150VNP, 200VNP, 300VNP
VII	Szélessávú transzformátorokhoz	50VNS, 90VNS, 200VNS, 300VNS
VIII	Mágneses fejekhez	500NT, 500NT1, 1000NT, 1000NT1, 2000NT	500MT, 1000MT, 2000MT, 5000MT
IX	Hőmérséklet-érzékelőkhöz	1200NN, 1200NN1, 1200NN2, 1200NN3, 800NN
x	Mágneses árnyékoláshoz	200VNRP, 800VNRP

asztal 2 Lágy mágneses ferritek csoportjai és márkái.

Erősen áteresztő ferritek. A nikkel-cink és a mangán-cink ferriteket legszélesebb körben használják lágymágneses anyagként. A spinell szerkezetében kristályosodnak, és két egyszerű ferritből álló helyettesítő szilárd oldatok, amelyek közül az egyik (NiFe 2 O 4 vagy MnFe2O4) ferrimágneses, a másik (ZnFe 2 O 4) nem mágneses. A mágneses tulajdonságok változásának fő mintázatait az ilyen rendszerek összetételétől függően a 2. és 3. ábra mutatja be. A megfigyelt mintázatok magyarázatához figyelembe kell venni, hogy a spinell szerkezetében a cink kationok mindig tetraéderes oxigén intersticiális helyeket foglalnak el. A vaskationok tetra- és oktaéderes térben is elhelyezkedhetnek. A szilárd oldat összetétele az eloszlás figyelembevételével

Az oxigén intersticiális helyein lévő kationok a következő képlettel jellemezhetők:

(Zn 2+ x Fe 3+ 1-x)O 4

ahol a nyilak konvencionálisan jelzik az ionok mágneses momentumainak irányát a megfelelő részrácsokban. Ebből látható, hogy a cink bejutása a kristályrácsba a vas oktaéderes helyzetekbe való eltolódásával jár együtt. Ennek megfelelően csökken a tetraéder (A) részrács mágnesezettsége, és csökken a különböző részrácsokban (A és B) elhelyezkedő kationok mágneses momentumai kompenzációjának mértéke. Ennek eredményeként egy nagyon érdekes hatás keletkezik: a nem mágneses komponens koncentrációjának növekedése a szilárd oldat telítési mágnesezettségének (és ennek következtében B s) növekedéséhez vezet (2. ábra). A szilárd oldat nemmágneses ferrittel való hígítása azonban az A-O-B típusú fő cserekölcsönhatás gyengülését okozza, ami a Curie-hőmérséklet (Tc) monoton csökkenésében és a ZnFe 2 O mólfrakciójának növekedésében fejeződik ki. 4 a ferrospinell összetételben. A telítési indukció gyors csökkenése az x > 0,5 tartományban azzal magyarázható, hogy a tetraéderes részrácsban lévő kis számú ion mágneses momentumai már nem képesek a B részrácsban található összes kation mágneses momentumait párhuzamosan irányítani. maguk. Más szóval, az A-O-B típusú cserekölcsönhatás annyira gyengül, hogy nem tudja elnyomni a B-O-B típus versengő kölcsönhatását, amely szintén negatív, és a B alrácsban lévő kationok mágneses momentumainak antiparallel orientációját okozza.

A kationok közötti cserekölcsönhatás gyengülése a nem mágneses komponens tartalmának növekedésével a krisztallográfiai anizotrópia és a magnetostrikció állandóinak csökkenéséhez vezet. Ennek köszönhetően a ferrimágnes felmágnesezésének megfordítása gyenge mezőkben megkönnyíthető, pl. a kezdeti mágneses permeabilitás nő. A kezdeti mágneses permeabilitás szilárd fázis összetételétől való függésének vizuális ábrázolása a 3. ábrán látható. A maximális permeabilitási érték az 50% Fe 2 O 3, 15% NiO és 35% ZnO koordinátákkal rendelkező kompozíciók háromszögének egy pontjának felel meg. Ez a pont a Ni 1-x Zn x Fe 2 O 4 szilárd oldatának felel meg, ahol x»0,7. A 2. és 3. ábra összehasonlításából arra a következtetésre juthatunk, hogy a nagy kezdeti mágneses permeabilitással rendelkező ferriteknek alacsony Curie hőmérséklettel kell rendelkezniük. Hasonló mintázatok figyelhetők meg a mangán-cink ferriteknél.

A kezdeti mágneses permeabilitás és a kényszerítő erő értékeit nemcsak az anyag összetétele, hanem szerkezete is meghatározza. A doménhatárok szabad mozgását, ha a ferrit gyenge mágneses térnek van kitéve, a mikroszkopikus pórusok, az oldalfázisok zárványai, a hibás kristályrácsos területek stb. akadályozzák a doménhatárok szabad mozgását, amelyek a mágnesezési folyamatot is megnehezítik. jelentősen növeli az anyag mágneses permeabilitását. A kristályszemcsék mérete nagyban befolyásolja a ferritek kezdeti mágneses permeabilitásának értékét. A durva szemcsés szerkezetű mangán-cink ferritek kezdeti mágneses permeabilitása akár 20 000 is lehet. Ez az érték közel áll a legjobb minőségű permalloyok kezdeti mágneses permeabilitásához.

Mágneses tulajdonságok. A váltakozó terekben használt ferriteknél a kezdeti mágneses permeabilitás mellett az egyik legfontosabb jellemző a tgd veszteségi tangens. Az alacsony vezetőképesség miatt a ferritekben az örvényáram-veszteségek komponense gyakorlatilag kicsi és elhanyagolható. Gyenge mágneses térben a hiszterézisveszteség szintén jelentéktelen. Ezért a ferritekben a tgd értéket nagy frekvenciákon elsősorban a relaxációs és rezonancia jelenségek okozta mágneses veszteségek határozzák meg. Annak felmérésére, hogy egy adott anyag mekkora megengedett frekvenciatartományban használható fel, bevezetjük az f cr kritikus frekvencia fogalmát. Általában fcr alatt azt a gyakoriságot értjük, amelynél a tgd eléri a 0,1 értéket.

A tartományhatárok elmozdulásának tehetetlensége, amely magas frekvenciákon jelentkezik, nemcsak a mágneses veszteségek növekedéséhez, hanem a ferritek mágneses permeabilitásának csökkenéséhez is vezet. Azt az f gr frekvenciát, amelynél a kezdeti mágneses permeabilitás állandó mágneses térben az értékének 0,7-ére csökken, ún. határ. Általában f kr< f гр. Для сравнительной оценки качества магнитомягких ферритов при заданных значениях H и f удобной характеристикой является относительный тангенс угла потерь, под которым понимают отношение tgd/m н.

Az azonos kezdeti mágneses permeabilitású ferritek mágneses tulajdonságainak összehasonlítása azt mutatja, hogy az 1 MHz-ig terjedő frekvenciatartományban a mangán-cink ferritek lényegesen kisebb relatív veszteségtangenssel rendelkeznek, mint a nikkel-cink ferritek. Ez a mangán-cink-ferritek igen csekély hiszterézisveszteségével magyarázható gyenge mezőkben. A nagy permeabilitású mangán-cink-ferritek további előnye a megnövekedett telítési indukció és a magasabb Curie-hőmérséklet. Ugyanakkor a nikkel-cink ferritek nagyobb ellenállással és jobb frekvenciatulajdonságokkal rendelkeznek.

A ferriteknél, akárcsak a ferromágneseknél, a reverzibilis mágneses permeabilitás az állandó mágnesező tér erőssége hatására jelentősen megváltozhat, a nagy permeabilitású ferriteknél pedig ez a függés hangsúlyosabb, mint a kis kezdeti mágneses permeabilitással rendelkező nagyfrekvenciás ferriteknél.

A ferritek mágneses tulajdonságai a tekercselés, a termékek rögzítése és egyéb okok miatt fellépő mechanikai igénybevételektől függenek. A mágneses jellemzők romlásának elkerülése érdekében a ferriteket védeni kell a mechanikai terheléstől.

Elektromos tulajdonságok. A ferritek elektromos tulajdonságaik szerint a félvezetők vagy akár a dielektrikumok osztályába tartoznak. Elektromos vezetőképességük a változó vegyértékű ionok közötti elektroncsere folyamatainak köszönhető ("ugró" mechanizmus). A cserében részt vevő elektronok töltéshordozóknak tekinthetők, amelyek koncentrációja gyakorlatilag független a hőmérséklettől. Ugyanakkor a hőmérséklet emelkedésével exponenciálisan növekszik a változó vegyértékű ionok közötti elektronugrás valószínűsége, azaz. a töltéshordozók mobilitása megnő. Ezért a ferritek vezetőképességének és fajlagos ellenállásának hőmérséklet-változása gyakorlati szempontból kellő pontossággal leírható a következő képletekkel:

g = g 0 exp [-E 0/(kT)]; r = r 0 exp [E 0 /(kT)]

ahol g 0 és r 0 egy adott anyag állandó értékei; E 0 - az elektromos vezetőképesség aktiválási energiája.

A ferritek elektromos ellenállását befolyásoló számos tényező közül a fő a két vegyértékű vasionok Fe 2+ koncentrációja bennük. A hőmozgás hatására a gyengén kötött elektronok a vasionokról Fe 2+ Fe 3+ ionokra ugrálnak, és csökkentik az utóbbiak vegyértékét. A kétértékű vasionok koncentrációjának növekedésével az anyag vezetőképessége lineárisan növekszik, és ezzel egyidejűleg az aktiválási energia E 0 csökken. Ebből következik, hogy ahogy a változó vegyértékű ionok közelednek egymáshoz, csökken azoknak az energiagátaknak a magassága, amelyeket az elektronoknak le kell győzniük, amikor az egyik ionról a szomszédos ionra lépnek. A spinel-ferriteknél az elektromos vezetőképesség aktiválási energiája általában 0,1 és 0,5 eV közötti tartományban van. A kétértékű vasionok legnagyobb koncentrációja és ennek megfelelően a legkisebb ellenállás a Fe 3 O 4 (vasferrit) magnetitben található, amelyre r = 5·10 -5 Ohm·m. Ugyanakkor a ferrogránétokban a Fe 2+ -ionok koncentrációja elhanyagolható, ezért ellenállásuk magas értéket (10 9 Ohm m-ig) is elérhet.

Kísérletileg megállapították, hogy bizonyos mennyiségű kétértékű vasion jelenléte a spinell-ferritekben az anizotrópia és a magnetostrikció gyengüléséhez vezet; ez kedvezően hat a kezdeti mágneses permeabilitás értékére. Ez a következő mintához vezet: a nagy mágneses permeabilitással rendelkező ferritek általában alacsony ellenállásúak.

A ferriteket viszonylag nagy dielektromos állandó jellemzi, ami az anyag gyakoriságától és összetételétől függ. A frekvencia növekedésével a ferritek dielektromos állandója csökken. Így a 200 kezdeti permeabilitású nikkel-cink ferrit 1 kHz-es frekvencián e = 400, 10 MHz frekvencián pedig e = 15. A legmagasabb e értéke a mangán-cink ferritekben rejlik, amelyekben ez eléri a százakat vagy ezreket.

A változó vegyértékű ionok nagy hatással vannak a ferritek polarizációs tulajdonságaira. Koncentrációjuk növekedésével az anyag dielektromos állandójának növekedése figyelhető meg.

Az EMR-ről a hibazónákban:

Megjegyzendő, hogy „az aktív geológiai törések zónáinak felszíni rétege felett a természetes impulzusos elektromágneses tér megnövekedett szintje figyelhető meg, még az észrevehető szeizmicitáson kívül is”, „valószínűleg az áthaladási feltételek megváltozása miatt”. légkör (az ionoszférában) az aktív hibák zónái felett.” A földkérget mély vetők (kéregtörések) különálló, téglalap alakúhoz közeli tömbökre tagolják. A mély törészónák szélessége több száz méter - több tíz kilométer, hossza tíz, száz és néhány ezer kilométer. A földfelszínen a törési tektonikai zavarokat nagyszámú, különféle típusú repedést tartalmazó zónák (zúzózónák) képviselik.
Az ábrán a zúzózóna geoelektromos szakasza látható, amelynek alacsony az ellenállása r 200-1000 Ohm m tartományban és szélessége ~ 50 m (Ulan-Burgas gerinc, Bajkál-hasadék zóna)

Tekintsük részletesebben a talajhullámok terjedésének problémáját a hibazónákon áthaladó többdarabos impedanciájú rádióutakon. A szeizmikus elektromágneses sugárzás vevője legyen a hibaterület közepén. A sugárforrás tetszőleges azimuttal rendelkezhet a vevőhöz és a hibatengelyhez képest. Az elektromágneses hullámok terjedési útja áthaladhat: a) a hibatengelyen; b) a hibatengelyhez képest tetszőleges szögben; c) a hibatengely mentén. A Fresnel zónát illetően ezek a helyzetek így néznek ki:

A hibazónákon áthaladó kétdimenziós impedanciás rádióutak lehetséges típusai. δ1, δ2 - az út egy darabjának felületi impedanciái, T - adó, R - vevő, L - hibaszélesség, l - rádióút hossza

Mivel a törészóna általában nagy vezetőképességű a környező kőzetekhez képest σdecl. >> σamb. kőzeteket, majd energia „szivárog” a terjedési régió felső részéből az alsó tartományba (diffúzió hullámfrontok mentén). A 2 és 1000 kHz közötti tartományban a modellpályára vonatkozó numerikus számítások a hibazónában kifejezett térfokozódást mutatnak – a „helyreállítás” hatást.

A csillapítási függvény modulja a 2–1000 kHz tartományban (1. szakasz: ρ = 100 Ohm m, ε = 20; 2. szakasz: ρ = 3000 Ohm m, ε = 10; 3. szakasz: ρ = 1÷50 Ohm m, ε = 20)

A „helyreállítási” hatás a frekvencia 2-ről 1000 kHz-re történő növekedésével akár 3,8-szorosára nő, míg a tér relatív növekedése nagyon kevéssé függ a hibaellenállástól. Az r ingadozása 1÷50 Ohm·m-en belül gyakorlatilag nem változtatja meg az impedanciacsatorna |W|160km/|W|150km arányát és spektrális jellemzőinek lefutását. Így a sok hibazónában megfigyelhető megnövekedett természetes impulzusos elektromágneses mező nem a hibazónából érkező fokozott sugárzással magyarázható, hanem a nagy vezetőképességű „leszállási” hely befolyásával...

"A Föld természetes impulzusos elektromágneses mezőjének jellemzői a VLF tartományban"; I.B. Naguslaeva, Yu.B. Bashkuev

Azonnal felidézhető az aurorák tengerparti hatása...

A gyenge és szupergyenge effektusokról egy kicsit - de érdekes:

Az elektromágneses terep hatására 24 napon keresztül érzékeny patkányokat éjfél körül 24 napon át 24 napon keresztül váltakozó mágneses térnek tették ki, nagyon összetett variációs mintázattal; az átlagos indukciós értékek 20-500 nanotesla tartományban voltak; Az állatok viselkedésének megfigyelésekor szisztematikusan rögzítették a különféle viselkedési cselekmények számát, beleértve az agressziót is.
A mérések feldolgozása lehetővé tette a szerzők számára a következő következtetés levonását: patkányok csoportos agresszióját az EMF-ek hatása fokozhatja vagy gyengítheti, egyes morfológiai és dinamikus jellemzőiktől függően. Ugyanezek a szerzők hasonló kísérleti állatokon az agressziós aktusok növekedését fedezték fel a növekvő geomágneses zavarással...

Mint már említettük, az élőhely elektromágneses változásainak mágneses komponense nagyon behatoló anyag - szabadon behatol több kilométernyi kőzet alá, és behatol minden biológiai szövetbe. Ezért kiderült, hogy lehetséges az alacsony frekvenciájú EMF-ek hatását az embrióra irányítani, amelyet úgy tűnik, hogy egy homeosztát megbízhatóan véd a környezeti hatásoktól. Már a legelső egyszerű kísérletek az EMF-változatok emberi embrionális fejlődésre gyakorolt hatásának tanulmányozására lenyűgöző eredményeket hoztak...

Az EMF-ek környezeti jelentőségének kutatásának érdekes történelmi vonatkozása is van. Sok megfigyelést végeztek a múltban (a földrengések biológiai előfutárai - a biológiai mutatók összefüggése a napfoltok számának változásával), még a távoli múltban is (dowsing). A megfigyelések értelmezéséhez minden esetben egy speciális „sugárzás” létezését feltételezték - a heliobiológiában sokáig Z - sugárzás és X - ágens; A meteorológiai folyamatokat „időjárási sugárzás” kísérte (baktériumok voltak az indikátorok), a talajból „orgon energia” vagy „mikroleptonikus gáz” szabadult fel. Ezeknek a mitikus sugárzásoknak a fenomenológiai tulajdonságai nagyon hasonlóak voltak, és mint ma ismert, megismétlődött a az alacsony frekvenciájú EMF-ek tulajdonságai

Befolyásolja-e az űridőjárás a közéletet?

A Zeeman-rezonancia abszorpciója nem az egyetlen módja a spinállapot befolyásolásának. Egy másik módszer az állandó mágneses tér azon tulajdonságából következik, hogy elnyomja a triplet-egyszeres konverziót, és ezáltal befolyásolja a spin-függő folyamat kinetikáját. Alacsony frekvenciájú EMF, kilométeres és hosszabb hullámok, gyors folyamatok (<10"сек) воспринимаются как квази-постоянные поля и могут влиять на них по механизму подавления триплет-синглетной конверсии
A spinállapot vezető szerepére meggyőző bizonyítékot szereztek a kristály plaszticitás fizikájának vizsgálataiban. Kimutatták, hogy a kT-nál 5-7 nagyságrenddel gyengébb EMF az egyensúlyi termodinamikával ellentétben növeli a plaszticitást. A magnetoplasztikusnak nevezett hatás mechanizmusa a következő: a diszlokáció magjának paramágneses állapota által kiváltott diszlokációk eltolódása a szomszédos Peierls-völgybe a diszlokációk spinrelaxációs idejénél rövidebb idő alatt következik be. Az ilyen áttörések energiaforrása a mechanikai feszültség, amely mindig jelen van a kristályokban. Az EMF szerepe itt a paramágneses párok triplett-szinglet konverziójának elnyomásában rejlik, ami megnöveli a paramágneses állapotban lévő diszlokációs magok élettartamát, és ennek megfelelően még egy elemi lépéssel növeli a diszlokáció elmozdulásának esélyét.

Akusztikus mezők

Alacsony frekvenciájú elektromos és mágneses mezők

Lehet, hogy érdekel