0,75 Балла

2. Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам? Оцените, как повысится температура Вашего тела в быту и на производстве при уровне плотности мощности, равным 59% от максимально допустимого. В расчетах потерями тепла на внешнее охлаждение тела – пренебречь. Оцените, сколько квантов микроволнового излучения потребуется для нагрева до кипения Вашего чая 200 мл в микроволновке.

1. В случаях, указанных в п. 2.1.1 Санитарных норм и правил РФ, энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указанных в таблице:

Таблица 1. - Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

	Предельно допустимая энергетическая экспозиция
Диапазоны частот	По электрической составляющей, (В/м)  · ч	По магнитной составляющей, (А/м)  · ч	По плотности потока энергии, (мкВт/см2 )
300 МГц - 300 ГГц	-		200,0

Таблица 2. - Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности.

№№		Диапазон частот
пп	Назначение помещений или территории	300 МГЦ -300 ГГц
		Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ, мкВт/см2
	Территория жилой застройки и мест массового отдыха;помещения жилых, общественных и производственных зданий (внешнее ЭМИ РЧ, включая вторичное излуче­ние);рабочие места лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности	10,0 100,0++

++ - для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора

Национальным Институтом Стандартов (ANSI) предлагает считать безопасным излучение с плотностью мощности в 10 мВт/см2. Для микроволновых печей стандартом является плотность мощности 1 мВт/см² на расстоянии 5 см от печи.

[3] - http://docs.cntd.ru/document/573536177

2. Расчёт изменения температуры моего тела за 1ч и 8ч воздействия микроволнового излучения:

Дано:

Масса тела:

m = 67 кг.

Рост:

H = 182 см

Соответственно, по формуле Мостеллера площадь поверхности тела:

[4]

Температура тела:

T = 36,6 + 273 = 309,6 K

Время воздействия:

t₁ = 8 ч = 28800 с

t₂ = 24 ч = 86400 с

Решение:

Формула, показывающая изменение энергии человеческого тела от нагрева:

Формула, показывающая изменение энергии человеческого тела от воздействия микроволнового излучения:

В быту максимальная плотность потока мощности микроволнового излучения равна 10 мкВт/см², тогда:

[4] - https://juxtra.info/diagnostics/body_surface_area.php

На предприятии максимальная плотность потока мощности микроволнового излучения равна 200 мкВт/см2, тогда:

Так как тело человека является проводником, то под воздействием микроволнового излучения в теле образуются высокочастотные токи, которые и вызывают нагрев тканей из-за теплового эффекта протекания тока.

Рассматривая человека как проводник, хоть и с значительным сопротивлением, можно применить также свойство проводника иметь скин-слой. С повышением частоты излучения скин-слой уменьшается, соответственно, воздействие на человека также уменьшается, но при этом и увеличивается энергия кванта излучения.

Обращая внимание на рассчитанные значения изменения температуры тела, можно сделать вывод о том, что при максимально допустимых в быту значениях плотности потока мощности человеку даже при облучении на протяжении целых суток практически ничего не грозит. Однако на предприятии, при длительном воздействии излучения с плотностью потока мощности близкой к максимально допустимой температура человеческого тела может увеличиться почти на 0,8 градуса, что является достаточно ощутимым последствием. Стоит учесть, что рассчитанное значение изменения температуры человеческого тела распространяется на всё тело, но человек по строению своему неоднороден и содержание воды в его органах различно. Соответственно, на кровеносные органы воздействие будет минимальным, но для органов, где сосудов практически нет, могут возникнуть осложнения. Одним из таких органов является глазной хрусталик. Последствием долговременного воздействия микроволнового излучения может являться кратковременная катаракта. ^[3]

[3] - А.А. Суетов, С.И. Алекперов. «Острое поражение органа зрения электромагнитным излучением сверхвысокочастотного диапазона (экспериментальное исследование)». ФГБУ «Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины» МО РФ. 2019г. – 49 стр.

3) Оценка количества квантов энергии микроволнового излучения для доведения до кипения стакана чая объёмом 200 мл:

Дано:

Решение:

Ответ:

1 балл

3. Сравните численно 2 типовых прибора: вакуумный и полупроводниковый по следующим параметрам:

3.1. Максимальная скорость движения заряженных частиц.

3.2. Длина области взаимодействия для угла пролета  -радиан.

3.3. Объемная плотность заряда

3.4. Для вакуумного прибора рассчитать микропервианс, «плазменную» частоту.

3.5. Для полупроводникового: длину Дебая, плазменную частоту.

Сравнить величины в п.3.4. и 3.5. Объяснить различие физических процессов в обоих вариантах.

Параметры вакуумного прибора:

Ток (9*15) мА, ускоряющее напряжение (9+4/2)кВ, диаметр потока 4*0.5 мм.

Полупроводникового:

Уровень легирования 9*10¹⁶см^-3, напряжение 25В, толщина токового канала 1мкм.

Рабочая частота приборов – 4 ГГц.

Рабочая температура - (300+ 9) К.

Дано:

Параметры вакуумного прибора:

Параметры полупроводникового прибора:

Общие параметры:

1. Сравнение максимальной скорости движения заряженных частиц:

1. Для вакуумного прибора:

2. Для полупроводникового прибора:

В виду того, что для решения этой задачи необходимо учитывать большое количество условий, одним из которых является характер пространственного распределения поля напряжённости E(r), поэтому положим, что при превышении напряжённости поля значений в 0,1 кВ/м, а в нашем случае это:

Тогда скорости носителей заряда достигнут скорости насыщения

Таким образом, в вакуумном приборе скорость носителей заряда более чем в 600 раз больше, чем в полупроводниковом приборе.

2. Сравнение длины области взаимодействия для угла пролёта -радиан:

1. Для вакуумного прибора:

2. Для полупроводникового прибора:

Следовательно,

Итак, отношение длин области взаимодействия на общей для двух приборов частоте, а также при одинаковом угле пролета, будет равно отношению скоростей заряженных частиц. На основании первого подпункта, можно сделать вывод, что длина области взаимодействия в вакуумном приборе более чем в 600 раз больше длины области взаимодействия в полупроводниковом приборе.

3. Сравнение объёмной плотности заряда:

1. Для вакуумного прибора:

Площадь электронного потока находится как площадь окружности:

2. Для полупроводникового прибора уровень легирования будет равен количеству носителей заряда в единице объёма, тогда:

Таким образом, объемная плотность заряда в полупроводниковом приборе в 10⁷ раз больше, чем в вакуумном приборе.

4. Расчёт микропервианса, «плазменной» частоты для вакуумного прибора:

4.1) Микропервеанс:

4.2) «Плазменная» частота:

5. Расчёт длины Дебая, плазменной частоты для вакуумного прибора:

1. Длина Дебая:

2. Плазменная частота:

Плазменная частота в п. 4 и п. 5 различна ввиду того, что плотность заряда в полупроводниковом приборе на 7 порядков больше, чем в вакуумном. В вакуумных приборах неправильно называть частоту «плазменной», так как в них происходит взаимодействие между одноимёнными зарядами, в то время как в п/п приборах между разноимёнными

1 балл

.