7 балл

Денисов А. К., 3205

Задание №1 Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой (Ngroup+Nstudent) ГГц. Какой температуре соответствует эта энергия? Сравните эту энергию с энергией связи молекулы воды. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошла ионизация?

Докажите, что квант микроволнового излучения не может нарушить связь атомов в живой клетке.

Дано: ГГц, Найти: 1. ; 2. ; 3. Сравнить и ; 4.

Решение:

1. Энергия кванта микроволнового излучения:

2. 

Видно, что температура, которой соответствует энергия излучения много меньше температуры живой клетки, следовательно, энергия много меньше энергии тепловых колебаний атомов молекул в ней, и СВЧ-излучение неспособно разрушить связь атомов клетки.

3. Энергия связи молекулы воды [2]:

Энергия кванта в раз меньше.

4. Энергия ионизации молекулы воды: [1]

Ответ: 1. ; 2. ; 3. << ; 4. .

0,5 Балл

Задание №2 Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам? Оцените, как повысится Ваша температура тела за 8 и 24 часа при максимально допустимом уровне. В расчетах потерями тепла на внешнее охлаждение тела – пренебречь. Опишите особенности нагрева в разных частотных диапазонах.

Дано: , ,

Определить: 1. Стандарты МВ излучения; 2. ; 3. Особенности нагрева в разных частотных диапазонах.

Решение:

1. Стандарты плотности мощности МВ излучения в России [1]

в быту - 10 мкВт/см² при расстоянии от источника МВ излучения 50 см;

на производстве - 25 мкВт/см² при расстоянии от источника МВ излучения 50 см;

По американскому стандарту ANSI/IEEE [1]

в быту - 1 мВт/см² при расстоянии от источника МВ излучения 5 см;

2. Оценить повышение температуры тела человека при воздействии максимально допустимого уровня плотности мощности МВ излучения. Внешние потери охлаждения тела отсутствуют (то есть нет терморегуляции с внешней средой).

R– допустимая мощность МВ излучения

Параметры человека:

Т.к. человек на 80% состоит из воды, то можно считать, что его теплоёмкость составляет 0,8 от теплоёмкости воды , .

Масса человека:

Рост: 181 см, ширина в плечах 45 см, поверхность поглощения спереди и сзади,

В быту: ;

На производстве: ;

3. Особенности нагрева в разных частотных диапазонах

Способность излучения нагревать объекты, в частности, тело человека, зависит, в основном, от двух факторов: от энергии излучения и глубины его проникновения. Кроме того, большое значение имеет то, как рассеивает тепло нагреваемое тело.

Говоря об электромагнитных волнах, можно выделить следующие особенности воздействия различных частотных диапазонов:

• Радиоволны и микроволны

Имеют достаточно большую глубину проникновения, однако не обладают большими энергиями, следовательно, нагрев происходит в сравнительно большом объеме тела, и при воздействии на человека допустимых мощностей облучения нагрев незначителен, так как мощность рассеяния тепла тканями достаточна для предотвращения нагрева. Однако, при воздействии больших мощностей нагрев может оказаться ощутим.

• ИК-диапазон и видимый свет

Инфракрасное и видимое излучение характеризуются меньшими длинами волн и большими энергиями, чем микроволновое излучение. Глубина проникновения таких волн составляет сотые доли сантиметра, а энергия на 3-4 порядка больше.

Инфракрасное излучение может вызвать тепловой удар в случае достаточной интенсивности излучения, нагрев все еще достаточно эффективен.

Видимый свет обладает меньшей глубиной проникновения, поэтому нагреву подвергаются только верхние слои кожи.

• УФ-диапазон, рентгеновское излучение

Вследствие того, что данные виды излучения обладают большими энергиями, тепловой характер воздействия уступает свое место ионизирующему.

Для человека опасность нагрева в таком случае не так важна по сравнению с последствиями ионизирующего облучения верхних слоев кожи, глаз и т.д.

Ответ: 1. Стандарты плотности мощности МВ излучения: в быту - 10 мкВт/см²; на производстве - 25 мкВт/см²; 2. В быту: К за 8ч и К за 24ч, на производстве: К за 8ч и К за 24ч; 3. Способность излучения к нагреву обусловлена энергией излучения и глубиной проникновения, наиболее эффективный нагрев‒МВ и ИК излучение. Дальнейшее увеличение энергии способствует усилению ионизирующего воздействия.

1 балл

Задание №3 Информацию о галактическом окружении человечество получает из космоса со спутников, используя микроволновые каналы связи. Выберите один (серию) из снимков, который Вам более всего нравится, с сайта (http://hubblesite.org/gallery/album/entire).

Fomalhaut System

1 балл

Star V838 Monocerotis (V838 Mon)- September 2, 2002

Задание №4 Область взаимодействия некоторого прибора составляет L=0.1*(Ngroup+Nstudent) мм. Рассчитайте угол пролета и коэффициент взаимодействия для этой области для вакуумного прибора с ускоряющим напряжением (Nstudent) кВ на частоте (Nstudent) ГГц. Как нужно изменить длину L, чтобы этот угол пролета реализовать в полупроводниковом приборе?

Дано: L=1,3 мм, U=8 кВ, f= 8 ГГц.

Найти: 1. Угол пролета θ_пр;

2. Коэффициент взаимодействия М;

3. Длина области взаимодействия ППП L для реализации угла пролета θ_пр.