КОМПЛЕКСНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

July 14, 2012 by admin Комментировать »

Чумаков В. И., Острижной М. А., Дохов А. И., Волевахин Г. Н., Нестеренко Г. В., Алферов Н. Е. Харьковский национальный университет радиоэлектроники тел.(0572) 409-444, e-mail: chumakov@kture.kharkov.ua Егоров А. М., Лонин Ю. Ф., Гапоненко Н. И.

Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» тел.:(0572) 356-887, e-mail: lonin@kipt.kharkov.ua Полыяный А. М.

Харьковский национальный аграрный университет


Аннотация Приведены результаты экспериментальных исследований биологического действия сверхширокополосного электромагнитного излучения, а также электрического импульса с высокой напряженностью поля. Объектами облучения служили семена ячменя и яровой пшеницы.

I.  Введение

В настоящее время активно развиваются исследования биологического влияния импульсных электромагнитных полей (ЭМП) на медико-биологические объекты. Параметры величин ЭМП и источников [1-

3]    , генерирующих эти излучения, имеют очень широкий спектр по уровню излучаемой мощности, полосе частот, длительности импульса и времени облучения, величине поля, что приводит к различным механизмам воздействия. Так использование низкоинтенсивных миллиметровых волн (Ns -10 -И 00 мВт/см2, f~30 н-300 ГГц) на биологические объекты возможен резонанс на молекулах воды со скоростью диссипации энергии (~1010 с) за счет межмолекулярного взаимодействия. Поэтому этот механизм получил название «резонансного» [4]. При воздействии мощного короткоимпульсного СВЧ-излучения на биологические объекты проявляется «нетепловой» механизм [5]. Целью данной работы являлось исследование эффективности воздействия ЭМП по сравнению со стандартным методом обработки (химическое протравление).

II.  Основная часть

В экспериментах по биологическому воздействию использовались два типа импульсных ЭМП:

СШП-излучение наносекундной длительности;

ЭМП микросекундной длительности.

Генерация СШП-излучения наносекундной длительности осуществлялась прямым возбуждением ТЕМ-рупора сильноточным релятивистским электронным пучком с параметрами (ЕЬ ~ 0.5 н-1 МэВ, 1ь ~ 5 н10 кА, t ~ 15 не). Излученный сигнал имел вид 5-функции с длительночтью ~ 1-2 не.

ЭМП микросекундной длительности реализовывалось путем разрядки ГИНа на плоский конденсатор и имеет вид затухающей синусоиды общей длительностью ~ 12 мке и периодом Т = 1,2 мкс.

Облучаемый материал (ячмень массой 300 г) в первом случае располагался в местах с различной напряженностью поля (~ 2000 В/см, 1000 В/см и 500 В/см ), а во втором в область с напряженностью поля ~ 16 кВ/см. В первом случае исследовалась и зависимость от количества импульсов. Величина интегральной дозы излучения определялась числом воздействующих импульсов (1, 5, 10).

Методикой экспериментов предполагалось облучение семян различными интегральными дозами излучений с последующим лабораторным и полевым анализом результатов и сравнением с контрольными группами растений и результатами применения стандартных протравителей.

Результаты лабораторных и полевых испытаний в условиях вегетации 2001 г. семян ячменя и яровой пшеницы, зараженных головней, приведены на гистограмме рис.1 и показали что:

—  по всхожести, общему количеству стеблей, количеству продуктивных стеблей на одно растение показатели были на уровне, характерном для стандартной обработки протравителем (бенлат 2,5 кг/г);

—  по уровню пораженности растений головней в результате облучения электрическими импульсами высокой интенсивности показатель имел значение ниже характерного для стандартной обработки протравителем.

Рис.1. Сравнительная гистограмма полевых испытаний в условиях вегетации 2001 г. семян ячменя

Fig. 1. Comparative histogram of the field tests under conditions of vegetation in 2001 of barley seeds

Следует отметить, что данные биологические эффекты, проявившиеся при воздействии импульсных ЭМП, вызваны «нетепловым» механизмом, а, скорее всего, большой амплитудой напряженности поля Е и скоростью его нарастания dE/dt.

III.  Заключение

Таким образом, экспериментальные исследования и полевые испытания в условиях вегетации 2001 г. семян ячменя и яровой пшеницы, зараженных головней, показали, что обработка импульсным ЭМП дает положительные результаты в сравнении с химическим протравлением. По таким же параметрам как среднее количество продуктивных стеблей выше -10%, а по поражению головней в 2-3 раза ниже.

1.     Чумаков В. И., Острижной М. А., Волколупов Ю. Я, Красноголовец М. А., Ванцан В. М., Нестеренко В. Г., Харченко О. И. Визуальные исследования характеристик высоковольтного разряда в атмосфере. — Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб., 2000.

Вып. 116, с. 169-172.

2.     Чумаков В. И., Острижной М. А., Волколупов Ю. Я, Ванцан В. М., Нестеренко В. Г., Харченко О. И. Экспериментальные исследования сильноточного разряда магнитоплазменного компрессора в атмосфере — Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб., 2000. Вып.115, с. 106-110.

3.     Гапоненко Н. И., Горбань А. М., Горожанин Д. В., Курилко В. И., Латинский С. М., Лонин Ю. Ф., Харченко И. Ф. Формирование интенсивных электромагнитных импульсов, излучаемых при прямом возбуждении изолированной штыревой антенны короткоимпульсным сильноточным РЭП — Физика плазмы, 2000, т.26, № 4, с.1-3.

4.     Бецкий О. В., Девятков Н. Д. Электромагнитные миллиметровые волны и живые организмы. — Радиотехника, 1996. № 9. (Биомедицинская радиоэлектроника, № 3, с.4-11).

5.     Lonin Yu. F., Kharchenko I. F., Ermolenko V. V. et al. Nonthermal effects observed after irradiating donor blood erythrocytes by a high-power short-pulse electromagnetic field — ElectroMed99, April 12-14, 1999, Waterside Mariott Norfolk, Virginia, p.90.

EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOLOGICAL EFFECTS OF PULSE EM FIELDS

V. I. Chumakov, M. A. Ostrizhny, A. I. Dokhov,

G. N. Volevakhin, G. V. Nesterenko, N. E. Alferov Kharkov National University of Radioelectronics tel.: (0572) 409-444 A. M. Egorov, Yu. F. Lonon, N. I. Gaponenko National Science Center «Kharkov Institute of Physics and Technology»

tel.: (0572) 356-887, e-mail: lonin@kipt.kharkov.ua

A. M. Polyyany Kharkov National Agriculture University

Abstract — In this paper we studied biological effect of superwideband EM radiation and high-intensity pulse upon the seeds of barley and spring wheat.

I. Introduction

At present, pulse EM field effect upon different biological objects is studied more thoroughly than ever. EMF sources [1-3] have a very broad spectrum of radiated power, wide frequency band, long pulse time and exposure time, that points to different mechanisms of influence [4, 5].

II. General part

We used two types of pulse EMF:

— UWB electromagnetic nanosecond radiation;

— microsecond EMF.

Generation of UWB nanosecond radiation was performed by excitation of ТЕМ horn with a high-current relativistic electron beam (Еь ~ 0.5-И MeV, k10 kA, t ~ 15 ns). The signal generated is a 5-function with ~ 1 -2 ns duration.

Microsecond EMF was realized by PVG discharging onto a plane capacitor and has the shape of a decreasing sinusoid with ~ 12 us total length and T=1.2 (js period.

In the first case the material to be irradiated (300 g of barley seeds) was put into the areas with different field intensity (~2000 V/cm, 1000 V/cm and 500 V/cm). In the second case, it was put into the area with ~16 kV/cm field intensity. In the first case the influence of pulses number was also studied. Integral irradiation dose was determined by the number of pulses (1, 5, 10).

The results of laboratory study and field test during 2001year vegetation of smut-infected barley and spring wheat seeds are given in the histogram (Fig.1). The figure shows that:

—the values of the germinating capacity, total number of stems, number of productive stems per one plant are at the level being characteristic for standard treatment with chemical pest-killers (benlat, 2.5 kg/g);

— the level of smut-infected plants after irradiation with high-intensity electric pulses was lower than after the treatment with chemical pest-killers.

It should be noted that the above-mentioned biological effects, which became apparent after the influence of pulsed EMF, are caused by the «non thermal» mechanism, and, probably, by the large amplitude of field intensity E and its rate of rise dE/dt.

III. Conclusion

The results of laboratory study and field test during 2001year vegetation of smut-infected barley and spring wheat seeds have shown that EMF treatment is more efficient, as compared to the chemical treatment with chemical pest-killers. After irradiation the seeds have the higher (by ~10 %) number of productive stems, and the level of smut disease is lower by a factor of

2  to 3.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты