Спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності

Спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності, при якому піддають електромагнітній дії водоелектричний датчик, заповнений очищеною водою, вимірюють електричний опір води між електродами водоелек 3 зуновский вестник, 2008, №3. – С.305-309). При вимірюванні ЕМВ нетеплової інтенсивності використовують саме утворення у воді вільних іонів Н+ або ОН- із-за виникнення і зростання нових кластерів, що призводить до збільшення електропровідності води без її нагріву. Але виявити і виміряти малі зміни опору води на початковому високоомному фоні вельми важко. Відомий також спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності (Шишкин Г.Г., Агеев И.М., Еськин С.М. и др. Аномальное поведение электропроводности воды при различного рода слабых воздействиях // Сборник избранных трудов V Международного конгресса "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине", Санкт-Петербург, 2009. С.155-161), при якому піддають електромагнітній дії водоелектричний датчик, заповнений очищеною водою, вимірюють електричний опір води між електродами водоелектричного датчика і вимірюють електромагнітне випромінювання нетеплової інтенсивності. Крім того, відомий спосіб включає пропускання через високоомну воду змінного струму низької частоти (1кГц), детектування струму, що пройшов, піковим детектором і аналогоцифрове перетворення постійного струму. Проте відомому способу вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності властиве руйнування кластерних структур електричним струмом, який протікає через воду, що знижує ефективність електромагнітного опромінення високоомної води, і, отже, погіршується чутливість і точність вимірювання ЕМВ. Протікання струму через високоомну воду призводить також до її помітного нагріву, що спотворює результати вимірювання слабких ЕМВ. В основу корисної моделі покладена задача створити такий спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності, в якому введення нових операцій і послідовності їх виконання виключило б необхідність впливати на воду зовнішньою електричною напругою і струмом, і, як наслідок, руйнування структури високоомної води, що забезпечить підвищення чутливості і точності вимірювання слабких і надслабких ЕМВ по зміні опору води. Поставлена задача вирішується тим, що в спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності, при якому піддають електромагнітній дії водоелектричний датчик, заповнений очищеною водою, вимірюють електричний опір води між електродами водоелектричного датчика і вимірюють електромагнітне випромінювання нетеплової інтенсивності, згідно з корисною моделлю, вимірювання електричного опору води здійснюють шляхом зняття напруг теплових шумів з електродів водоелектричних датчиків, один з яких екранований, порівнюванні їх між собою, виділенні різницевої напруги теплових шумів, підсиленні її в заданій смузі частот, наступному квадратичному перетворенні, усередненні і вимірюванні постійної складової усередненої напруги, що пропорційна електричному опору води, за значенням якої судять про електромагнітне випромінювання нетеплової інтенсивності. 52861 4 Введення в спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності нових операцій дозволяє здійснювати вимірювання електричного опору води без пропускання струму через водне середовище від зовнішнього джерела напруги, а використовувати внутрішні флюктуюючі струми від хаотичного руху позитивних і негативних іонів в рідкому середовищі. Виділення напруги теплового шуму з опромінюваної води і порівняння її з напругою теплового шуму води, екранованої від зовнішнього випромінювання, забезпечує здобуття різницевої шумової напруги, пропорційної зміні опору води від електромагнітного опромінення. Вибіркове підсилення різницевої шумової напруги в заданій смузі частот, подальше її квадратування і усереднення формує постійну напругу, значення якої пропорційне зміні опору опроміненої води, а, отже, і інтенсивності ЕМВ. Використання як чутливого елемента очищеної високоомної води забезпечує високу чутливість до електромагнітної дії без її нагріву, що пов'язане із структурною перебудовою опроміненої води і зменшенням її опору за рахунок жорсткішого каркаса з водневих зв'язків молекул. Вказані операції забезпечують підвищення чутливості і точності вимірювання слабких і надслабких ЕМВ. На Фіг.1 представлена електрична функціональна схема реалізації пропонованого способу вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності, на Фіг.2 - конструкція герметичного водоелектричного датчика, що використовується як приймач ЕМВ. На функціональній схемі (Фіг.1) показані водоелектричні датчики 1 і 2, при цьому водоелектричний датчик 2 поміщений в екран 3. Одна пара електродів водоелектричних датчиків 1 і 2 з'єднана з екраном 3 і заземлена. Друга пара електродів водоелектричних датчиків 1 і 2 з'єднана з прямим і інверсним входами диференціального підсилювача 4, до виходу якого підключені послідовно з'єднані вибірковий підсилювач 5, квадратичний перетворювач 6, інтегратор 7 і вольтметр 8. У водоелектричному датчику (Фіг.2) кришкою 9 закріплена радіопрозора пластина 10, під якою знаходиться високоомна вода 11. Герметизація датчика забезпечується силіконовою прокладкою 12. У корпусі 13 датчика закріплені електроди 14 з провідних матеріалів. Позицією 15 позначена силіконова заглушка для заливки і заміни високоомної води в датчику. Спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності здійснюється таким чином. Два ідентичні водоелектричні датчики 1 і 2 розміщують в однакових температурних умовах. Водоелектричний датчик 1 опромінюють ЕМВ, яке необхідно виміряти. Водоелектричний датчик 2 використовують як опорний і захищають від зовнішніх дій екраном 3. Як чутливі елементи водоелектричних датчиків 1 і 2 використовують дистильовану воду з малою початковою електропровідністю (1/R=(3,6-4,0)·10-4Cм/м) або воду, очищену із застосуванням зворотного осмосу і іонного обміну (1/R=(1,1-1,2)·10-4Cм/м). Очищену від домішок воду до заливки у водоелектричні датчики 1 і 2 збері 5 гають в герметично закритих поліетиленових бутлях. Встановлено, що ступінь збільшення електропровідності води залежить від її початкового значення. Чим нижче електропровідність очищеної води, тим більшою мірою вона зростає при дії ЕМВ. Закономірно виникає питання, чи достатньо в процесі опромінення поглиненої електромагнітної енергії для здійснення структурних перебудов води, кластери яких безперервно руйнуються із-за хаотичного теплового руху молекул. Наведемо деякі розрахунки. При частоті електромагнітного поля v=10ГГц енергія кванта hv=6,62·10-34·1010=6,62·10-24Дж (або 4,1·10-5еВ), або з розрахунку на один моль приблизно 0,04Дж. Це значно менше енергії теплового руху молекул води kТ=4,1·10-21Дж=2,2·10-2еВ, де k - постійна Больцмана; Т - термодинамічна температура. На один моль відводиться енергія 2,4кДж/моль при температурі Т=298К. Для того, аби в помітній мірі здолати теплове руйнування структури, необхідно накопичити енергію, порівнянну з kТ. Тому помітна зміна електропровідності води відбувається не миттєво, а вимагає певного часу для накопичення енергії. Час виходу на стаціонарний режим залежить від інтенсивності ЕМВ (Вт/см2). Він складає декілька хвилин і навіть десятків хвилин для слабких ЕМВ (0,05-0,50мВт/см2) і доходить до 1-2 годин при вимірювання надслабких ЕМВ (менше 2 10мкВт/см ). Можна підрахувати, що за час опромінення протягом 2-х годин (7200с) електромагнітна енергія, що поступає у водоелектричний датчик, складе hv=7200·0,04/10-10≈3·1012Дж/моль. Якщо зробити припущення, що вода у водоелектричному датчику поглинає хоч би 0,1% енергії, що поступає, то за вказаний час ця величина складе 3·105Дж/моль=300кДж/моль, тобто вона значно перевищує енергію теплового руху. Структурні зміни, що відбуваються у воді, призводять до утворення з окремих молекул кластерних структур з числом молекул від декількох одиниць до десятків тисяч. Із-за структурної перебудови каркаса водневих зв'язків збільшується міра делокалізації заряду на ОН-зв'язку (від водню до кисню), що полегшує відрив протона і зменшення енергії його перескоку з одного положення в сусіднє. Річ у тому, що протон може переходити від однієї молекули води до іншої, сусідньої. Ці переходи пов'язані з деякою енергією активації. У відсутності зовнішнього електромагнітного поля (ЕМП) перескоки протона рівноімовірні в будь-якому напрямі. При накладенні поля вірогідність перескоку у напрямі поля підвищується (оскільки енергія активації в цьому напрямі знижується), а процес пересування протона здійснюватиметься по ланцюжку, відповідно з так званим «естафетним» механізмом. Отже, зміна орієнтації молекул води в результаті зовнішньої дії може істотно понизити енергію активації перескоку протона з одного положення в сусіднє, підвищивши тим самим його рухливість. А збільшення рухливо 52861 6 сті іонів наводить до збільшення електропровідності води. Збільшення електропровідності води є не лише наслідком збільшення рухливості іонів водню + Н і іонів гидроксила ОН , але і наслідком збільшення числа носіїв заряду із-за виникнення і укрупнення кластерів (Зенин С.В., Тятлов Б.В. Гидрофобная модель структуры ассоциативов молекул воды // ЖФХ. - 1994. - Т.68, №4. - С.636-641). Можна передбачити, що опромінення водної системи ЕМВ не лише змінює її структуру, але і викликає хімічні перетворення за участю розчиненого кисню, що призводять до утворення негативних ОН-іонів. Таким чином, зміни електропровідності (опорів) високоомної води, що спостерігаються, обумовлені як структурною перебудовою водних кластерів, так і хімічними перетвореннями за участю розчиненого кисню. Для вимірювання опору водоелектричного датчика небажано, як вказувалося вище, пропускати через водне середовище а ні постійний, а ні змінний струм, які дезагрегують структуровану воду. Але можна використовувати електричні флюктуації носіїв заряду (іонів), які є наслідком теплового хаотичного (броунівського) руху іонів. Хаотичний рух іонів викликає флюктуації рівномірного розподілу їх в об'ємі опромінюваної води і появу незбалансованих зарядів. Останні створюють різницю потенціалів і струм, що вирівнює цю різницю. Різниця потенціалів і цей струм флюктуюють біля своїх середніх значень, рівних нулю. Це призводить до того, що у водному середовищі в окремі моменти часу протікатимуть флюктуюючі струми, а на електродах водоелектричних датчиків 1 і 2 виникатимуть відповідні шумові напруги теплового характеру. Структурування води супроводжується посиленням водневих зв'язків між її молекулами, а це, в свою чергу, як вказувалося вище, збільшує електропровідність водного середовища, тобто веде до зменшення опору водоелектричного датчика. Із-за зменшення опору водного середовища зменшується падіння напруги на електродах водоелектричного датчика від флюктуюючих струмів. Це положення не перечить формулі Найквіста, відповідно до якої середній квадрат напруги теплового шуму U2 4kTR f, де k - постійна Больцмана; Т - термодинамічна температура; f - смуга частот, в якій вимірюється шумова напруга; R - опір середовища, що шумить. З формули витікає, що навіть при постійності температури (Т=const) шумова напруга неминуче зменшується при зниженні опору середовища. Водоелектричний датчик 2 закритий екраном 3. Тому за наявності ЕМВ зменшується опір лише водоелектричного датчика 1. Різницева шумова напруга формується диференціальним підсилювачем 4 і підсилюється вибірковим підсилювачем 5 із смугою пропускання f. Миттєва напруга підсиленої шумової напруги квадратується квадратичним 7 52861 перетворювачем 6. В результаті квадратичного перетворення напруги, амплітуда якої змінюється випадковим чином, виникає постійна складова напруги і спектр змінних складових напруги. Усереднення отриманої напруги інтегратором 7 дозволяє виділити постійну складову напруги, яку вимірюють вольтметром 8. Завдяки квадратичному перетворенню шумової напруги і подальшому усередненню значення виміряної постійної напруги пропорційне зменшенню опору водоелектричного датчика, а, отже, і інтенсивності опромінюючого ЕМВ. Кришка 9 і корпус 13 водоелектричного датчика (Фіг.2) виконані з діелектричного матеріалу, наприклад, тефлону. ЕМВ, що вимірюється, проникає у високоомну воду 11 через радіопрозору пластину 10, виконану, наприклад, із слюди, целофану або ацетат целюлози. У порожнину водоелектричного датчика заливалася деіонізована вода, що піддалася кип'ятінню, об'ємом 10мл. Кип'ячена вода з найменш впорядкованою структурою більшою мірою реагує на електромагнітну дію. Так, при збільшенні інтенсивності ЕМВ від 5мкВт/см2 до 100мкВт/см2 опір дистильованої води зменшувався в 9,8 разів, а для деіонізованої води це зменшення склало 11,2 рази на частоті 50ГТц. Проте, зміна опору останньої і встановлення стаціонарних показів вольтметра 8 відбувалося набагато повільніше. Якщо в разі дистильованої води сталий показ вольметра 8 досягався за 5-7 хвилин, то для деіонізованої води час встановлення збільшувався до 10-12 хвилин. Вочевидь, вода, що пройшла через очисні мембрани, має більш впорядковану структуру, що і є причиною повільнішої зміни її властивостей. Крім того, встановлено, що дія ЕМВ на талу воду з найменш порушеною структурою виявляється в набагато меншій мірі. Тому у Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 водоелектричному датчику необхідно періодично змінювати структуровану воду на очищену кип'ячену воду за допомогою силіконової заглушки 15 для заливки і заміни висоомної води. Напругу теплових шумів води знімають з електродів 14 з неіржавіючої сталі або платини. Забруднення води в процесі вимірювань виключається силіконовою прокладкою 12. Таким чином, суть запропонованого способу вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності полягає в перетворенні НВЧ випромінювання, яке, в більшості випадків, має шумовий характер, в шумову напругу радіочастотного діапазону (5-10МГц). При цьому роль перетворювача частоти виконує очищена високоомна вода з найменш впорядкованою структурою. Можливість вибіркового підсилення різницевої напруги теплових шумів дозволяє істотно підвищити чутливість до малих та надмалих ЕМВ, а відсутність стаціонарного струму від зовнішнього джерела напруги виключає руйнування кластерів води, які додатково утворюються при опроміненні води ЕМВ, що підвищує точність вимірювання інтенсивності ЕМВ. Запропонований спосіб вимірювання електромагнітних випромінювань нетеплової інтенсивності може бути використаний для виявлення і вимірювання ЕМВ нетеплової інтенсивності як техногенного походження, так і природних джерел, зокрема, біологічних об'єктів. Використання мініатюрних водоелектричних датчиків і високочутливих вимірювачів теплових шумів забезпечує, наприклад, об'єктивізацію електромагнітного каркаса людини і тварин. Корисний він також для реєстрації різних аномалій, що супроводжуються різного роду надтепловими випромінюваннями. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601