Какое излучение используют для передачи информации

Ядерное излучение используется для беспроводной передачи цифровых данных

Радиоволны и сигналы мобильных телефонов используют электромагнитное излучение для связи, но в новой разработке инженеры из Ланкастерского университета в Великобритании, работающие с Институтом Йожефа Стефана в Словении, передали закодированную в цифровом виде информацию с помощью «быстрых нейтронов».

Исследователи измерили спонтанное испускание быстрых нейтронов калифорния-252 — радиоактивного изотопа, производимого в ядерных реакторах. Модулированные выбросы измерялись детектором и записывались на портативном компьютере.

Несколько примеров информации, то есть слово, алфавит и случайное число, выбранные вслепую, были последовательно закодированы в модуляцию нейтронного поля, а выходные данные декодированы на портативном компьютере, который восстановил закодированную информацию на экране. Был проведен двойной слепой тест, в котором число, полученное из генератора случайных чисел, было закодировано без предварительного уведомления тех, кто его загружает, а затем передано и декодировано. Все проведенные испытания передачи оказались успешными на 100%.

Профессор Малькольм Джойс из Ланкастерского университета сказал: «Мы демонстрируем потенциал излучения быстрых нейтронов в качестве среды беспроводной связи для приложений, где обычная электромагнитная передача либо невозможна, либо по своей природе ограничена».

Он добавил, что быстрые нейтроны имеют преимущество перед обычными электромагнитными волнами, которые значительно ослабляются при прохождении через материалы, включая металлы.

«В некоторых критических для безопасности сценариях, например, касающихся целостности защитной оболочки реактора, металлических сводов и переборок в морских сооружениях, может быть важно минимизировать количество проникновений через такие металлические конструкции для прокладки кабелей связи. Использование нейтронов для передачи информации через такие структуры может свести на нет необходимость таких проникновений и, возможно, также актуально для сценариев, когда ограниченная передача желательна в сложных обстоятельствах, например, для аварийно-спасательных операций», — рассказал Джойс.

Быстрые нейтроны также могут быть включены в электронные системы со смешанными сигналами для достижения смешивания сигналов между электронами и нейтронами. Это может способствовать выполнению требования по обеспечению целостности передачи информации.

Беспроводная передача информации с помощью быстрых нейтронов

Быстрые нейтроны активно распространяются в свободном пространстве и обладают свойствами взаимодействия, значительно отличающимися от свойств электромагнитного излучения, которое выступает основой большинства беспроводных технологий связи. В этой работе мы описываем конфигурацию и принцип действия комплекса ядерных приборов, предназначенного для передачи информации в цифровой кодировке при помощи быстрых нейтронов.

Таким образом, мы демонстрируем потенциал использования излучения быстрых нейтронов в качестве посредника для беспроводной связи в областях, где традиционная электромагнитная передача либо невозможна, либо ограничена по своей природе.

Введение

Быстрые нейтроны распространяются на значительные расстояния и взаимодействуют с материалами таким способом, который дополняет возможности электромагнитного излучения. Однако несмотря на подобную дополняющую способность их рассмотрение в качестве потенциальных средств беспроводной связи до сегодняшнего дня было ограничено.

Причины этого не удивительны:

1. использование источников быстрых нейтронов (En > 100кэВ) находится под строгим регулированием из соображений безопасности и риска облучения,
2. эффективное, синхронизированное обнаружение быстрых нейтронов зачастую усложняется связанным компонентом γ-лучей,
3. временная когерентность модулированного поля быстрых нейтронов может существенно ухудшаться вследствие рассеивания материалами, из которых состоят окружающие объекты и конструкции.

Аналогичным образом, обнаружение быстрых нейтронов перешло от преимущественно лабораторной деятельности, основанной на аналоговой обработке событий, передаваемых опасными сцинтилляционными детекторами[2], к сбору цифровых данных о событиях [3], [4] в реальном времени от относительно безвредных средств обнаружения [5], [6].

Последнее позволило выполнять задачи с синхронизацией в реальном времени, такие как пространственный анализ смешанных полей излучения [7] и угловое распределение эмиссий нейтронов от ядерных материалов [8], [9]. Эти примеры являются продвинутыми по сравнению с требованиями к передаче информации, потому что планирование потока такой передачи, вместо представления случайного свойства трансформирующихся ядер, будет распределяться на стадии кодирования/декодирования подобной системы, согласно установленным протоколам.

В данной работе мы объединяем идеи этих последних достижений с целью продемонстрировать передачу информации посредством быстрых нейтронов. Для этого несколько примеров подходящей информации, а именно слово, алфавит и случайное число, были последовательно закодированы в модуляцию нейтронного поля. При этом была применена 7-битная кодировка символов ASCII с целью показать возможность использования стандарта при передаче информации посредством быстрых нейтронов.

Перечисленные выше примеры были закодированы в модуляцию смешанного поля, генерируемого источником нейтронов спонтанного деления калифорния-252, после чего эта модуляция регистрировалась сцинтилляционным детектором.

С помощью селекции импульсов по форме (PSD) в реальном времени компонент быстрых нейтронов отделяется от регистрируемых событий для последующей обработки [10]. Далее эта зарегистрированная последовательность отсчётов быстрых нейтронов проходит через 7-точечный фильтр скользящего среднего, а затем функцию триггера Шмидта, вывод которой декодируется на ноутбуке для восстановления полученной информации.

Описание принципа

В описанном выше подходе также присутствует процесс перехода в электромагнитную область, свойственный типичному потоку передачи информации, приведённому на рис. 1а, где он был адаптирован под модуляцию поля быстрых нейтронов. Далее это поле обнаруживается и происходит декодирование временной последовательности событий для восстановления сигнала, как показано на рис. 1b.

Поскольку нейтроны заряда не имеют, модуляцию нельзя реализовать напрямую на электромагнитной основе, в связи с чем необходимо либо преградить поле нейтронов, получаемое от изотопного источника, с помощью динамического коллиматора (как это делается в нашем исследовании и схематично показано на рис. 1с), либо (гипотетически) использовать источник импульсов на базе ускорителя. Последний вариант схематично отражён на рис. 1d для гипотетического случая, в котором два генератора составляют приемо-передающую систему для двухсторонней связи.

Что же касается текущего исследования, то его экспериментальная конфигурация показана на рис. 2.

• блок-схемы (рис. 2а), отражающей участки передачи информации и регистрации излучения.
• этап кодирования выполняется нейтронным прерывателем, разработанным специально под эту задачу (рис. 2b). Состоит он из полиэтиленового блока, который смещается в нужное положение в зависимости от кодируемого сигнала.
• схемы компонентов системы, где показан источник, модулятор (аттенюатор и плунжер), сцинтилляционный детектор и трубка фотоумножителя (PMT), а также анализатор смешанного поля, включающий PSD (рис. 2с).
• фотографии модулятора (рис. 2d).

Изображение в высоком разрешении. Рис. 1. Протоколы беспроводной передачи. (a) отражает традиционную передачу с помощью электромагнитных волн, включающую в себя трансдукцию, модуляцию, передачу, получение и обработку демодуляции. (b) Аналоговый протокол для случая передачи с помощью нейтронов, где электрический сигнал используется для модуляции поля нейтронов, которое затем обнаруживается, а получающийся электрический сигнал демодулируется с целью извлечения закодированной информации. (с) Схема устройства модуляции для изотопного источника нейтронов с непрерывной эмиссией, где поле нейтронов модулируется автоматизированным коллиматором (в данном примере представлен в виде обобщённой вращающейся конструкции). Получаемое модулированное поле пронизывает проницаемую преграду и регистрируется детектором. (d) Схема двухсторонней приемо-передающей системы для случая с импульсным полем, создаваемым генератором нейтронов на каждой стороне этой системы.

Изображение в высоком разрешении. Рис. 2. Экспериментальные схемы. (а) Поток информации для процесса модуляции/передачи нейтронов, с помощью которого подтверждается передача информации посредством нейтронов. (b) Схема нейтронного модулятора (аттенюатор, плунжер и т.д.), используемая в этом исследовании, показана без защитного кожуха. (с) Соответствующая блок-схема для экспериментальной конфигурации, схематично показанной на рис. а. (d) Фотография модулятора в положении, где резервуар с источником CF252 слева представлен в том виде, в каком используется с защитным кожухом.

Методы

В работе использовался источник Cf252 с активностью 11.76МБк (скорость эмиссии нейтронов 1.37 × 106 s−1), размещённый в стальном резервуаре с водой объёмом 1м3 примерно в 35см от бетонного пола лаборатории. С помощью пневматической системы источник экспонируется при приближении к одной из сторон резервуара, создавая поток быстрых нейтронов, которые излучаются с этой стороны.

При этом использовался органический сцинтилляционный детектор VS-11-05-21 (Scionix, Нидерланды), включающий сцинтиллятор EJ-309 размером 100 x 100 x 120мм (Eljen Technology, Суитуотер, Техас) в алюминиевом корпусе со встроенной трубкой фотоумножителя. Он был установлен в изготовленном на заказ кожухе из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) для минимизации рассеивания нейтронов окружающими предметами и расположен в горизонтальной плоскости напротив ПЭВП-заслонки нейтронного прерывателя.

Прерыватель был разработан и собран на собственном производстве в Ланкастере. С помощью расчёта переноса частиц по методу Монте Карло был определён размер его окна (100мм), необходимый для прохождения достаточного числа нейтронов в промежутки времени, подходящие для сбора нужной статистики.

Окно было выточено в квадратном ПЭВП-фланце с размером стороны 400мм и толщиной 60мм. Перекрывается оно квадратной ПЭВП-пластиной с размером стороны 200мм и толщиной 120мм с помощью линейного пневматического механизма на пружине, реагирующего на поток воздуха, подаваемый под управлением электромагнитного клапана. Этот клапан, в свою очередь, управляется микроконтроллером (Arduino.cc), который передает закодированный сигнал прерывателю.

События, регистрируемые детектором, обрабатывались анализатором смешанного поля (MFA, Hybrid Instruments Ltd., UK), который на ходу разделял быстрые нейтроны и γ-лучи. Получаемые от MFA ТТЛ-данные, относящиеся именно к быстрым нейтронам, далее передавалась в многофункциональный счётчик BK Precision 1856D, подключённый к ноутбуку через интерфейс RS232.

Ноутбук, в свою очередь, выполнял алгоритм декодирования, извлекая сообщения из полученных данных событий. Помимо кодирования, загрузки данных в микроконтроллер, управления прерывателем и декодирования, ноутбук также применял 7-точечный фильтр скользящего среднего и программную функцию, эмулирующую работу триггера Шмидта для сигналов ТТЛ. Данные γ-лучей отбрасывались.

Были проведены эксперименты по изучению (i) передачи 4-битных слов и (ii) строк символов ASCII. При этом декодер подтверждал передачу сообщения, выводя на монитор информацию о полученном алфавите, рис. 3. В качестве проверки был выполнен двойной слепой тест, в котором число, полученное из генератора случайных чисел, кодировалось без ведома тех, кто его загружал, а затем передавалось и декодировалось.

Случайным числом оказалось 81573304 . После модуляции нейтронного поля оно было успешно декодировано, что подтвердил член исследовательской команды, который создал входной файл, но в самой передаче и декодировании участия не принимал.

Изображение в высоком разрешении. Рис. 3. Подтверждение передачи, продемонстрированное выводом программы, выполняющейся в окне на ноутбуке. В данном случае подтверждается успешное декодирование каждой буквы алфавита.

Результаты

Отдельное 4-битное слово 0101 , отправленное с помощью быстрых нейтронов, показано на рис. 4а, состоящем из: последовательной формы слова, то есть его закодированной формы в виде анализа временной последовательности, предшествующего отправке; данных о подсчёте быстрых нейтронов, предшествующем любой пост-обработке; а также нижнего и верхнего порогов, используемых для дифференцирования высоких и низких состояний в процессе передачи.

В этом подходе протоколом начала и конца слова выступает присутствие высокого состояния ввиду формирования начального и конечного бита соответственно. На рис. 4b показаны соответствующие данные подсчёта частоты быстрых нейтронов при открытом (оранжевая гистограмма) и закрытом (синяя гистограмма) модуляторе, иллюстрирующие разделение, достигнутое при открытом и закрытом состояниях прерывателя, и, следовательно, разделение, достижимое для высоких (1) и низких (0) состояний двоичной передачи, основанной на этой операции.

Что касается передачи объединённых последовательных слов, составляющих отдельные буквы, с использованием протокола ASCII, то на рис. 4с приведены данные для подобного примера, слова yes , также относящиеся к легенде рис. 4а. Однако в этом случае область, соответствующая битам сообщения, показана зелёным и представлена в кодировке ASCII, то есть y = 1111001 , e = 1100101 , а s = 1110011 , и протокол начала/конца аналогичен 4-битному примеру. Необработанные данные быстрых нейтронов были подвержены пост-обработке, включающей 7-точечное скользящее среднее и триггер Шмидта, в результате чего был получен результат, соответствующий отправленному слову.

Для оценки целостности декодирования данных быстрых нейтронов, обработанных по описанной схеме, каждая буква всего алфавита передавалась последовательно, а также был выполнен тест со случайным числом. Обе проверки подтвердили 100% успех передачи.

Изображение в высоком разрешении. Рис. 4. Результаты экспериментальной передачи с помощью быстрых нейтронов. (а) Отдельное 4-битное слово, показанное в виде ширины импульса (оранжевая линия), последовательные двоичные данные, использованные в качестве ввода 0101 , включая набор старт- и стоп-битов, которые модулятор кодирует в нейтронную передачу, и которые представлены в соответствии с зарегистрированной, но неотфильтрованной информацией нейтронов (синяя линия). (b) Зарегистрированное количество нейтронов относительно частоты при 15-минутной экспозиции источника Cf252 при закрытом (синяя линия) и открытом (оранжевая линия) модуляторе. (с) Демонстрация передачи слова yes , закодированного в двоичную строку ASCII, показанную в виде ещё необработанного отсчёта быстрых нейтронов (синий), она же в виде 7-точечного скользящего среднего (оранжевый) и соответствующий вывод после триггера Шмидта (чёрный).

Итоги

Быстрые нейтроны эффективно распространяются через материалы, которые, напротив, существенно ослабляют электромагнитные волны – в особенности это выражено на примере металлов. В некоторых сценариях, где требуется соблюдение повышенных мер безопасности, например, касающихся целостности защитных оболочек реактора, металлических сводов и переборок в морских сооружениях, будет важным свести к минимуму количество кабель-каналов, прокладываемых через подобные конструкции.

Использование нейтронов для передачи информации через такие конструкции может исключить необходимость прокладывания подобных кабель-каналов и, вероятно, также окажется актуальным для сценариев, в которых ввиду сложных условий предпочтение отдаётся ограниченной передаче, например, при спасательных операциях.

С другой стороны, свойство электромагнитной невосприимчивости нейтронов, задействованных в целях передачи, может содействовать обеспечению целостности передачи информации в последующем поколении электронных систем со смешанным сигналом, где смешанный сигнал будет формироваться уже между нейтронами и электронами, возможно, аналогично электронно-оптическим системам.

Ещё одно применение, несколько отдалённое от традиционных протоколов отправки-получения, связано с возможностью модулирования реактивности в ядерном реакторе [11]. Те же возможности, которые мы описываем в текущей работе, могут пригодиться для декодирования подобной модуляции, что позволит лучше понять основные проблемы безопасности, связанные с ответом реактора на возмущения реактивности.

Хорошо известно, что нейтронное облучение может спровоцировать активацию некоторых изотопов и их становление радиоактивными вариантами, как в случае с кобальтом-60. Ввиду этого стоит заметить, что продемонстрированная в работе передача была реализована с помощью потока, поддерживаемого на уровне, слишком низком для наблюдения любой подобной активации.

Аналогичным образом, посредством нейтронного облучения можно получить значительные радиобиологические эффекты. Тем не менее описываемая здесь передача была реализована в рамках регулирующих ограничений, и уровни излучения поддерживались не выше необходимого для получения практических результатов минимума. Предполагается, что внутрисхемные варианты применения будут функционировать при потоках на несколько порядков меньше использованных.

Справочная информация

Авторский вклад

Малкольм Дж. Джойс: старший исследователь проекта. Выдвинул гипотезу для исследования, курировал команду, выполнявшую экспериментальные измерения, руководил подготовкой данной рукописи и участвовал в ее написании. Майкл Д. Аспиналл: консультировал по использованию анализатора смешанного поля как части процесса получения нейтронов; соавтор работы. Кларк Маккензи: выполнял MCNP-вычисления, на основе которых была разработана конструкция нейтронного модулятора; соавтор работы. Эдвард Дейл: спроектировал, собрал и управлял аппаратом модуляции; соавтор работы. Хамиш Най: спроектировал и собрал мехатронную систему, ответственную за кодирование/декодирование информации, передаваемой через модулятор, и получаемой детектором; соавтор работы. Эндрю Паркер: консультировал по использованию установки с Cf252 и курировал этот процесс; соавтор работы. Лука Сной: консультировал по применению разработанной методики для реактора и возможности ее использования внутрисхемно; соавтор работы. Джо Спайрс: настраивал получение и обработку данных нейтронных событий; соавтор работы.

Декларация о конфликте интересов

Авторы заявляют, что не имеют известных конфликтов финансовых интересов или личных связей, которые могли бы повлиять на проведенное исследование.

Благодарности

Мы выражаем признательность за финансовую поддержку Университету Ланкастера, Совету по инженерным и физическим научным исследованиям (EPSRC, грант № EP/V051059/1) и компании Hybrid Instruments Ltd. М. Дж. Дж. выражает благодарность за почетную награду Wolfson Research от Королевского научного общества. Л. С. благодарит Словенское исследовательское агентство за спонсорскую поддержку (базовое финансирование исследований № P2-0073).

Доступ к данным

Вы можете получить доступ ко всем данным эксперимента, а также обратиться с интересующими вас вопросами к соответствующим авторам.

Ссылки

[1] Elizondo-Decanini J.M., et al.
Novel surface-mounted neutron generator
IEEE Trans. Plasma Sci., 40 (2012), p. 2145
View PDF, CrossRef , View Record in Scopus, Google Scholar

[2] Brooks F.D.
A scintillation counter with neutron and gamma-ray discriminators
Nucl. Instrum. Methods, 4 (3) (1959), pp. 151-163
Article, Download PDF, View Record in Scopus, Google Scholar

[3] Jastaniah S.D., Sellin P.J.
Digital techniques for n/ pulse shape discrimination and capture-gated neutron spectroscopy using liquid scintillators
Nucl. Instrum. Methods A, 517 (2004), pp. 202-210
Article , Download PDF, View Record in Scopus, Google Scholar

[4] Joyce M.J., Aspinall M.D., Cave F.D., Georgopoulos K., Jarrah Z.
The design, build and test of a digital analyzer for mixed radiation fields
IEEE Trans. Nucl. Sci., 57 (5) (2010), pp. 2625-2630
pt. 2
View Record in Scopus, Google Scholar

[5] Zaitseva N.P., Rupert B.L., Pawelczak I., Glenn A., Martinez H.P., Carman L., Faust M., Cherepy N., Payne S.
Plastic scintillators with efficient neutron/gamma pulse shape discrimination
Nucl. Instrum. Methods A, 668 (2012), pp. 88-93
Article , Download PDF , View Record in Scopus, Google Scholar

[6] Glodo J., Higgins W.M., Van Loef E.V.D., Shah K.S.
Scintillation properties of 1 inch Cs2LiYCl6:Ce crystals
IEEE Trans. Nucl. Sci., 55 (3) (2008), pp. 1206-1209
4545124
View PDF, CrossRef, View Record in Scopus, Google Scholar

[7] Astromskas V., Bradnam S.C., Packer L.W., Aspinall M.D., Joyce M.J.
Real-time source localization by passive, fast-neutron time-of-flight with organic scintillators for facility-installed applications
Nucl. Instrum. Methods (2021), Article 165094
Article, Download PDF, View Record in Scopus, Google Scholar

[8] Joyce M.J., Sarwar R., Astromskas V., Chebboubi A., Croft S., Litaize O., Vogt R., Zimmerman C.H.
High-order angular correlation of californium-252 fission neutrons and the effect of detector cross-talk
Nucl. Instrum. Methods, A954 (2020), Article 161866
Article, Download PDF, View Record in Scopus, Google Scholar

[9] Snoj L., Trkov A., Lengar I., Popovichev S., Conroy S., Syme B.
Calculations to support JET neutron yield calibration: Neutron scattering in source holder
Fusion Eng. Des., 87 (11) (2012), pp. 1846-1852
Article, Download PDF, View Record in Scopus, Google Scholar

[10] D’Mellow R., Aspinall M.D., Mackin R., Joyce M.J.
Digital n- discrimination in liquid scintillators using pulse gradient analysis
Nucl. Instrum. Methods A, 578 (1) (2007), pp. 191-197
View Record in Scopus, Google Scholar

[11] Y. Jiang, B. Geslot, V. Lamirand, P. Leconte, PISTIL, A reactivity modulation device to probe the transfer function of the research nuclear reactor CROCUS, in: The 7th International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications, ANIMMA, Prague, 2021.
Google Scholar

• ruvds_перевод
• наука
• нейтронная физика
• беспроводная передача данных

Электромагнитное излучение

Развитие научно-технического прогресса связано с формированием многочисленных техногенных факторов, оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Достижения в энергетике, электронике и радиотехнике привели к насыщению производства и среды обитания человека источниками электромагнитных издучений (ЭМИ). Эволюционно, биологические структуры, не подготовлены к воздействию такого фактора.

ЭМИ (неионизирущее) — излучение, при котором энергия квантов, при взаимодействии с веществом, не вызывает ионизации его атомов. По своей природе, ЭМИ – это волновой процесс и характеризуется такими параметрами как длина волны, частота, скорость распространения. В основном ЭМИ – излучения радиочастотного диапазона (частотой от 3 Гц до 3000 ГГц). Длина волны может составлять от десятых и сотых миллиметра до 100 тыс. км. Чем выше частота, тем меньше длина волны. Скорость распространения энергии принимается близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Наличие электрического тока приводит к формированию электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве в зависимости от мощности источника и частотного диапазона.

Современные системы электроснабжения и передачи информации максимально приближены к человеку, располагаются в несущих конструкциях зданий, перекрытиях, на прилегающей территории. Помещения, буквально, напичканы различными видами электрооборудования. Количество источников ЭМИ, в среде обитания человека, учесть не возможно.

По области применения, источники ЭМИ, можно разделить на:

1. Производственные
   • Промышленные электро-технические установки
   • Линии электропередач
   • Передающие радиотехнические объекты
   • Установки СВЧ нагрева и плавки металла
   • Рабочие места, оборудованные компьютерами (ПЭВМ) и видеодисплейными терминалами (ВДТ)
   • Электротранспорт
2. Непроизводственные
   • Линии электропитания промышленной частоты (50 Гц)
   • Средства связи (радиосвязь, сотовая, спутниковая, транкинговая связь)
   • Средства видеоотображения информации (телевизор, ПЭВМ)
   • Электробытовые приборы (микроволновая печь, бытовой холодильник, электроосветительная арматура и т. д.)
   • Медицинское и косметологическое оборудование (УВЧ терапия, магниторезонансная терапия, рефлексотерапия и т. д.).

Существующие сети электроснабжения, зачастую, оказываются не приспособленными к такому большому количеству электроприборов, что приводит к появлению «токов утечки». В данной ситуации происходят наводки тока на металлические конструкции (арматура, оконная решётка, водосточная труба, радиатор отопления). Металлические конструкции становятся, так называемыми «вторичными» источниками магнитного поля, электромагнитные поля расползаются из изолированного помещения по всему зданию. Современные офисные и жилые помещения характеризуются как «больные здания».

Современные источники ЭМИ можно охарактеризовать следующими особенностями:

1. постоянным увеличением количества
2. постоянным увеличением мощности
3. воздействию подвергаются массовые контингенты
4. максимальное приближение источника к человеку
5. человек чаще всего подвергается добровольному облучению

Механизм неблагоприятного воздействия электромагнитного излучения, на биологические структуры, связан с возникновением теплового и нетеплового эффектов.

Тепловой эффект ЭМИ характеризуется повышением температуры тканей, органов, клеток. ЭМИ активизирует колебательные процессы в биологических структурах. Под влиянием естественного геомагнитного поля земли, молекулы в биологических структурах, находятся в определённом колебательном состоянии. При воздействии ЭМИ молекулы начинают колебаться с различными амплитудами, соударяться между собой, что приводит к появлению ненормальных температурных градиентов.

Способность ЭМИ к тепловому воздействию известна давно и широко используется в промышленности, медицине (УВЧ терапия), быту (СВЧ печи) и т. д. К примеру — лечебный эффект ЭМИ связан с повышением температуры локально в поражённом органе, ткани, вследствие чего происходит улучшение кровоснабжения, питание поражённого участка. Применение СВЧ – печей в быту существенно экономит время приготовления пищи. В данном случае не стоит бить тревогу, так как, при УВЧ терапии, электромагнитные волны применяются локально и на ограниченный период времени, при использовании СВЧ печей, человек находится на безопасном расстоянии (более 50 см). Однако в иных ситуациях, при отсутствии адекватных мер по защите, тепловой эффект ЭМИ приводит к тепловой денатурации белковых структур и серьёзным функциональным нарушениям в организме.

Нетепловой эффект ЭМИ связан с колебательными процессами в биологических структурах, в результате чего происходит разрыв белковых цепей (нетепловая денатурация белка), повреждению клеток, увеличению концентрации продуктов распада в тканях. Следует отметить, что исследования, в области нетеплового эффекта ЭМИ, продолжаются.

Органами – мишенями ЭМИ являются:

1. центральная нервная система
2. зрительный анализатор
3. сердечно-сосудистая система
4. желудочно-кишечный тракт
5. репродуктивные органы

Вследствие низкой терморегуляции, наиболее уязвимы головной мозг и глаза.

Клинические проявления воздействия ЭМИ носят, в основном, неспецифический характер.

Типичные жалобы влияния ЭМИ:

• головная боль
• боль в области сердца
• снижение работоспособности
• сонливость
• эмоциональная неустойчивость
• нарушения артериального давления
• нарушения со стороны желудочно – кишечного тракта

При действии ЭМИ СВЧ (сверхвысокочастотного, более 3 Ггц) диапазона могут возникать тяжёлые патологические состояния организма (катаракта хрусталика, нарушение слуха и вестибулярного аппарата, язва желудка и кишечника, атрофия семенников). Данные заболевания возникаю при хроническом (длительном) воздействии ЭМИ. Острое облучение ЭМИ отмечается достаточно редко, т. к. у человека возникает ощущение «жара», что побуждает его покинуть облучаемую зону.

Наибольшую опасность вызывает хроническое воздействие ЭМИ малой интенсивности. Данному виду воздействия подвержено практически всё население, как в условиях производства, так и в быту.

Современные условия производственного воздействия ЭМИ оцениваются как менее опасные в сравнении с бытовыми, по следующим основаниям:

• в условиях производства существует контроль уровней ЭМИ (степень влияния изучена)
• в условиях производства человек находится в течении ограниченного времени
• в условиях производства применяются мероприятия индивидуальной и коллективной защиты (экранирование источников, использование СИЗ, защита временем и расстоянием, система мед. осмотров и т. д.)

К примеру – в школе, ученик занимается на компьютере 45 мин, исследования ЭМИ проводятся перед открытием компьютерного класса. В домашних условиях ребёнок проводит за компьютером 2 – 3 час, при этом степень влияния не известна, профилактические мероприятия отсутствуют.

Клиническая картина хронического ЭМИ облучения характеризуется нарушениями со стороны центральной нервной системы (неврозы, астеновегетативный синдром), сердечно-сосудистой системы (нейроциркуляторная дистония, гипертония), желудочно – кишечного тракта (гастрит, дискенезия желче – выводящих путей), репродуктивной системы (снижение тестостерона, потенции, нарушение менструальной функции), иммунной системы. Угнетение иммунитета способствует росту повторяющихся случаев ОРЗ, гриппа, ангин, радикулитов. Картина крови характеризуется неустойчивостью содержания лейкоцитов. В крови отмечается увеличение содержания холестерина, липопротеинов, что является причиной «раннего» атеросклероза

Отдалёнными последствиями влияния ЭМИ являются:

• преждевременное старение
• генетические нарушения у потомства
• злокачественные заболевания

Неблагоприятное воздействие ЭМИ на организм человека достаточно широко и разнообразно, однако человек не может отказаться от применения источников ЭМИ. Удобство и незаменимость источников ЭМИ приводит и будет приводить к их количественному увеличению. Например — такое средство связи, как мобильный телефон. Количество данных источников сопоставимо с населением на земле. Средства мобильной связи используются в экономически не развитых странах, где большая часть населения не грамотна.

Мобильные телефоны, или подвижные станции сухопутной радиосвязи являются источниками ЭМИ ультравысокочастотного диапазона (300 МГц – 2400 МГц). Чем выше частота, тем более интенсивны колебательные процессы молекул в биологических структурах, что в свою очередь способствует появлению теплового эффекта в течении нескольких минут. В экспериментальных исследованиях, отечественных и зарубежных учёных, доказано увеличение температуры на поверхности головного мозга, барабанной перепонки, в области наружного уха до 37 – 41 о С, при времени воздействия более 20 мин. Глубина проникновения электромагнитной волны, в ткани, составляет от 1 до 10 см.

Органами-мишенями ЭМИ средств передвижной радиосвязи являются головной мозг, слуховой и зрительный анализаторы. Пользователи средств передвижной радиосвязи предъявляют типичные жалобы: головные боли, головокружение, повышенная утомляемость, нарушение сна. Повышение температуры головного мозга на 1 о С приводит к нарушениям проводимости нервных клеток, вследствие чего увеличивается время реакции человека, снижается внимание и способность к концентрации, снижается память. Определённый интерес представляют исследования в области увеличения реакции, при вождении автомобиля. Так при воздействии ЭМИ сотового телефона, реакция увеличивается на 0,5 – 1 сек., что выражается в дополнительных 22 метрах проезда, при скорости 80 км/час. Более длительные (по времени) воздействия ЭМИ средств передвижной сухопутной связи способствуют развитию типичных (для ЭМИ) патологических состояний.

Иногда у пользователей средств мобильной связи можно наблюдать признаки «маниакальных состояний». Данные пользователи (в основном дети и подростки) практически постоянно держат в руках смартфон. На замечание пользователь прореагирует элементами немотивированной агрессии.

Что следует помнить, чтобы снизить степень неблагоприятного воздействия средств сухопутной радиосвязи:

1. В соответствие с требованиями санитарных правил, реализация и эксплуатация каждого вида средств радиосвязи, должна осуществляться при наличии санитарно – эпидемиологического заключения. При покупке телефона, потребитель имеет право получить информацию о безопасности продукции (ст. 8 ФЗ № 52 от 30.03.99 г.).
2. Время разговора по мобильному телефону следует максимально сократить. Рекомендуемая продолжительность разговора 3 мин. Максимально рекомендованный промежуток между разговорами 15 мин. Следует помнить о том что, мобильный телефон – это «средство для передачи информации».

Необходимо максимально ограничить использование подвижных средств радиосвязи лицам до 18 лет, женщинам в период беременности, лицам, имеющим имплантированные водители ритмов.

1. Следует помнить о том, что в момент приёма – передачи информации, уровень излучении увеличивается в 100 раз. При этом, чем дальше вы находитесь от базовой станции, тем выше уровень излучения. Поэтому, не следует разговаривать по мобильному телефону, находясь в замкнутом помещении (подвал, машина).
2. При разговоре, не следует прижимать телефон к уху. Не следует громко говорить. Чем тише вы говорите, тем меньше уровень ЭМИ. В случае, если вы носите очки на металлической оправе, при разговоре, следует их снимать.

Целесообразно использование специальной гарнитуры «наушника», в данном случае источник (телефон) находится на безопасном расстоянии.

1. Не следует использовать средства мобильной связи во время грозовых явлений.
2. При использовании средств мобильной связи в диспетчерских целях, обязательно следует произвести замеры уровня ЭМИ и определить безопасное время использования.

Если, условно, по распространённости, такой источник ЭМИ, как средство мобильной связи, можно поставить на 1 место, то на 2 место следует поставить персональный компьютер (ПК). Компьютер нашёл широкое применение на производстве и в быту. Работа современного офиса не представляется без оргтехники.

ПК является источником ЭМИ широкого спектра (от 5 Гц до 400 кГц).

Мощность излучения ПК сопоставима с излучением от СВЧ печи, однако, вблизи компьютера, человек проводит значительно больше времени.

При использовании ПК и оргтехники, на пользователя оказывает неблагоприятное воздействие комплекс вредных факторов:

При эксплуатации ПК и оргтехники, в зону дыхания поступает комплекс химических веществ. Источником являются комплектующие из полимерно – синтетических материалов (транзисторы, сопротивления, обмотка, корпус и т. д.). При нагревании происходит миграция мономеров во внешнюю среду, в связи с чем в воздух могут поступать полихлорированные бифенилы, формальдегид (вещества с доказанной канцерогенной активностью), озон, окислы азота. Концентрация таких веществ в замкнутом помещении, без условий вентиляции и проветривания, может превышать ПДК в десятки раз.

Как уже говорилось выше, ПК является источником ЭМИ. Спектр излучения включает в себя широкий диапазон, от низких частот (включая диапазон промчастоты 50 Гц) до ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения. Эксплуатация оргтехники приводит к наведению полей ЭМИ, формированию электростатического поля.

Сопутствующим неблагоприятным физическим фактором, при работе с ПК, является шум. Источником шума являются системы охлаждения ПК, печатающие устройства. В условиях размещения на ограниченной площади большого количества единиц ПК, уровень шума может значительно превышать нормативные требования. Неблагоприятное влияние шума, в данном случае, проявляется в виде неспецифического неблагоприятного воздействия (повышается утомляемость, раздражительность, снижается работоспособности). Нормативный уровень шума не должен превышать 50 Дб.

Формирование электростатических полей приводит к изменениям аэроионного состава воздуха. Для нормального функционирования организма необходим определённый баланс положительно и отрицательно заряженных частиц воздуха.

При эксплуатации ПК, пользователь находится в определённой вынужденной рабочей позе. Длительная работа на ПК приводит к нарушениям кровоснабжения в органах малого таза, нарушениям со стороны опорно-двигательного аппарата, заболеваниям суставов верхних конечностей, кистей рук.

Таким образом, работа с ПК способствует возникновению и развитию следующих групп заболеваний:

1. Заболевания зрительного анализатора в виде снижения остроты зрения, развития катаракты хрусталика, а так же в виде различных глазных симптомов (покраснение роговицы, зуд в области век и т. д.)
2. Заболевания костно–мышечной системы, в основном верхних конечностей, кистей рук
3. Стрессовые состояния. У пользователей отмечаются различные психические расстройства (тревога, не решительность, нервозность). У детей отмечаются нарушения поведения (повышенная возбудимость, снижение успеваемости, раздражительность). В литературе описаны такие понятия как «киберзависимость» и «синдром видеоигровой эпилепсии». Данные состояния связаны с серьёзными изменениями в центральной нервной системе у пользователей ПК детского возраста.
4. Кожные заболевания (сыпь, эритемы, дерматит). Причиной данных заболеваний является тепловой эффект ЭМИ, ультрафиолетовое излучение и электростатическое поле. Под воздействием электростатического поля, взвешенные вещества, находящиеся в воздухе, прилипают к поверхности кожных покровов.
5. Неблагоприятные исходы беременности

Что следует помнить, чтобы снизить степень неблагоприятного воздействия при работе с ПК

1. Основной принцип профилактики при работе с источниками ЭМИ – защита временем и расстоянием
2. рекомендуемая продолжительность работы 45 мин с 15 мин перерывом. Во время перерыва обязательно проветривание помещения
3. экран монитора должен располагаться не ближе 500 мм от глаз пользователя
4. Перед установкой ПК рекомендуется произвести замеры фона ЭМИ, найти оптимальное месторасположение. Площадь на 1 рабочее место должна составлять не менее 4,5 кв. м. Не следует размещать рабочие места вблизи электрощитовых устоновок, силовых кабелей и т. д.
5. Рабочие места следует оборудовать специальной мебелью соответствующей требованиям эргономики.
6. Обязательно выполнение заземления в здании, помещении. Рекомендуется использование, при работе с ПК, приборов автоматического контроля исправности заземления. В случае нарушения (порыва) в контуре заземления, такой прибор подаёт световой, либо звуковой сигнал.
7. Уровень освещения на рабочих поверхностях должен составлять не менее 400 Лк.
8. Большое значение имеет соблюдение параметров микроклимата на рабочих местах. Температура воздуха д. б. в пределах 19 – 21 о С, относительная влажность 15 – 75 %.
9. Проведение инструментальных исследований параметров ЭМИ, шума, показателей освещённости, микроклимата, аэроионного состава воздуха обязательно при организации рабочих мест, каких либо изменениях (модернизации). Исследования, в плане производственного контроля, должны проводиться не реже 1 раза в 3 года.
10. Обязательное медицинское освидетельствование студентов, учащихся, а так же работающих профессионально более 50 % рабочего времени
11. Отстранение от работы с ПК беременных женщин, либо ограничение работы с ПК до 3 часов.

Главный врач филиала ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии
в Кемеровской области — Кузбассе» в г. Юрге и Юргинском районе
С. В. Шадский

как можно использовать электромагнитное излучение для передачи информации?

Месье незнаком с радиоволнами?
А как же мобильники, радиоприёмники, телевизоры, спутники связи?
Да и видимый свет — это тоже электромагнитные волны.

Остальные ответы
про радио слыхала когда-нибудь?

можно на основе электромагнита выполнить аккустический колебательный прибор a-la микрофон, и через второй — то есть уже динамик, передавать непосредственно акуустические колебания, в которые можно записать не только звук

ну извините если чет наплел с описанием)

годзил говорит что свет — Эм волны, согласен, но думаю тому кто с помощью электромагнита будет получать световые волны дадут нобелевскую премию)

Источник: а вообще Морзе рулит))

Модулировать и демодулировать его. Как в радио, волны высокой частоты смешиваются по определенному закону с волнами низкой частоты и излучаются в эфир. Любой приёмник волн их принимает и по тому же закону отделяет низкие волны от высоких. Это частотная модуляция. Есть еще фазовая, но я не могу ее объяснить. Есть временная модуляция, она используется в мобильной связи.