Вредное микроволновое излучение: Мифы и реальность (3 фото)

свч-излучение

Среди огромного разнообразия электромагнитных волн, существующих в природе, весьма скромное место занимает микроволновое или сверхвысокочастотное излучение (СВЧ). Отыскать этот частотный диапазон можно между радиоволнами и инфракрасной частью спектра. Протяжённость его не особенно велика. Это волны длиной от 30 см до 1 мм.

Поговорим о его происхождении, свойствах и роли в сфере обитания человека, о том, как влияет этот «молчаливый невидимка» на человеческий организм.

Вред вреду – рознь

Чтобы вы понимали, микроволновки работают на частоте, соразмерной частоте смартфона. Подобные волны задействованы в радиолокации, в спутниковой навигации, даже Солнце излучает определенную долю микроволн.

Само по себе микроволновое излучение опасно для здоровья. Представьте, если бы на вас воздействовали несколько тысяч мобильников, вай-фай роутеров или более десятка вышек сотовой связи. Я говорю о волнах, с которыми есть контакт. По сути, один мощный магнетрон может сварить внутренности человека и взорвать любой продукт в случае длительного воздействия.

Хорошая новость в том, что производители решают этот вопрос, используя технические и конструктивные разработки. Сегодня даже недорогие печи не несут никакого вреда и за них можно голосовать рублем. Именно поэтому вред современной микроволновой печи – это миф.

Чем вредна СВЧ-печь для человека

Пришло время разобрать вред микроволновки для здоровья человека. Только представьте себе: все ваши головные боли, нервозность, снижение или повышение артериального давления и даже онкология могут быть следствием работы обычной микроволновки! Что еще может вызвать это изобретение?

• Проблемы со зрением. Мы уже выяснили, что микроволновка испускает «горячие» волны, которые пагубно воздействуют на те органы, в которых отсутствуют сосуды. Так, излучение влияет на хрусталик глаза: он мутнеет, и у человека развивается катаракта. Соответственно СВЧ-излучение имеет влияние на человека крайне негативное.
• Нервные расстройства, бессонница, раздражительность.
• Потеря волос, ухудшение состояния ногтей и прочие «невзгоды», связанные с потерей природной красоты организма. Все эти проблемы – это последствия радиации.
• Аппендицит, гастрит, язвы и прочие проблемы с желудочно-кишечным трактом только лишь из-за того, что мы едим пищу, структура которой просто не существует в натуральной, нерадиоактивной природе.
• Проблемы с репродуктивной функцией из-за воздействия радиации.
• Пища с измененной структурой повышает риск образования раковых клеток.

Конечно, вред микроволновки полностью зависит от того, насколько часто вы едите приготовленную в ней пищу, как часто вы находитесь рядом с ней в процессе работы. Согласно мнению ученых, человек начинает замечать негативное влияние данной техники только через 12-15 лет после ежедневного использования. Таким образом, можно пользоваться микроволновкой без вреда до 10 лет. Соответственно вред микроволновки для человека, которому сегодня 20 лет, проявится только тогда, когда ему будет 32-35.

Приведем еще несколько примеров, для того чтобы продемонстрировать вред СВЧ-печей.

Радиация и гемоглобин

Несколько лет назад было проведено обширное исследование, показавшее, что люди, которые предпочитают употреблять овощи и фрукты, прошедшие первичную обработку в микроволновке, обладают немного другим составом крови, нежели те, кто не имеет дома микроволновую печь.
Так, прежде всего, микроволновое излучение влияет на содержание гемоглобина в крови: у подопытной группы он был значительно ниже, чем у тех людей, которые предпочитают с СВЧ-печью не иметь дел. Также СВЧ-излучение повышает холестерин, что чревато возникновением бляшек и тромбов.

Протеины и СВЧ-излучение

Все мы знаем, что протеины – это основа всего живого. Без белка не было ничего на свете. Как мы уже выяснили, микроволны меняют атомы, в том числе атомы и в аминокислотах, которые буквально встраиваются при употреблении пищи в протеины. Таким образом, микроволны косвенно влияют на каждый белок, который находится в нашем теле.

Как это работает

Все приборы – дешевые и дорогие – работают одинаково. По сути, это металлическая коробка, внутри которой трудится магнетрон, излучающий короткие волны. Если не вдаваться в тонкости, кинетическая энергия преобразуется в тепловую, благодаря чему нагревается еда.

Микроволны способны проникать в пищу на глубину 1.5 см, не более. Весь остальной слой нагревается благодаря естественной теплопроводности. Этот принцип действует абсолютно во всех моделях, поэтому нельзя говорить о том, что какие-то из них безопасней других.

Другое дело – качество сборки. Именно изоляция камеры не дает микроволнам выходить наружу. Сегодня все производители обязаны оснащать печи защитными механизмами и сертифицировать машины на предмет безопасности.

Для бытовых приборов есть два стандарта, нормирующих безопасное излучение:

• наш, российский – по нему уровень плотности микроволн не должен превышать 5.0 мВт*см2 на расстоянии полуметра от печи;
• забугорный, американский (ANSI) считает нормой плотность 10 мВт*см2.

Такая существенная разница вызвана тем, что наш стандарт разрабатывался медиками с опорой на главное – здоровье людей. ANSI – труд производителей, которые стремятся к удешевлению продукции. Непоправимый вред несет излучение от 60 мВт/м2, и именно поэтому в каждой микроволновке есть многоуровневая защита.

Как микроволновое излучение влияет на здоровье человека

Результаты исследования влияния микроволнового излучения на человека позволили установить, что СВЧ лучи не обладают ионизирующим действием. Ионизированные молекулы — это дефектные частички вещества, приводящие к мутации хромосом. В результате живые клетки могут приобрести новые (дефектные) признаки. Этот вывод не означает, что микроволновое излучение не оказывает вред на человека.

Изучение влияния СВЧ-лучей на человека, позволило установить следующую картину — при их попадании на облучаемую поверхность, происходит частичное поглощение поступающей энергии тканями человека. В результате в них возбуждаются высокочастотные токи, нагревающие организм.

Как реакция механизма терморегуляции, следует усиление циркуляции крови. Если облучение было локальным, возможен быстрый отвод тепла от разогретых участков. При общем облучении такой возможности нет, поэтому оно является более опасным.

помутнение хрусталика глаза

Поскольку циркуляция крови выполняет роль охлаждающего фактора, то в органах, обеднённых кровеносными сосудами, тепловой эффект выражен наиболее ярко. В первую очередь — в хрусталике глаза, вызывая его помутнение и разрушение. К сожалению, эти изменения необратимы.

Наиболее значительной поглощательной способностью отличаются ткани с большим содержанием жидкого компонента: крови, лимфы, слизистой желудка, кишечника, хрусталика глаза.

В результате могут наблюдаться:

• изменения в крови и щитовидной железе;
• снижение эффективности адаптационных и обменных процессов;
• изменения в психической сфере, которые могут привести к депрессивным состояниям, а у людей с неустойчивой психикой — спровоцировать склонность к суициду.

Микроволновое излучение обладает кумулятивным эффектом. Если в первое время его воздействие проходит бессимптомно, то постепенно начинают формироваться патологические состояния. Вначале они проявляются в учащении головных болей, быстрой утомляемости, нарушениях сна, повышении артериального давления, сердечных болях.

При длительном и регулярном воздействии СВЧ излучение приводит к глубинным изменениям, перечисленным ранее. То есть, можно утверждать, что СВЧ излучение оказывает негативное влияние на здоровье человека. Причём отмечена возрастная чувствительность к микроволнам — молодые организмы оказались более подверженными влиянию СВЧ ЭМП (электромагнитного поля).

Качество сборки и конструктив

Это, так сказать, базовая ступенька защиты. Если техника не проработана конструктивно, она может пропускать волну. Дело в том, что в любой модели вы найдете вентиляционные отверстия. Все они могут считаться источником утечки, если их геометрические размеры больше, чем длина волны.

Исходя из этого, отверстия должны быть выполнены в виде небольших щелей, расположенных вдоль линии протекания тока в камере. Справедливости ради скажу, что все производители соблюдают этот момент, поэтому в печах даже около вентиляции происходит эффект экранировки, – ни у одной волны нет шанса проникнуть наружу.

Средства защиты от СВЧ-излучения

Характер воздействия СВЧ излучения на человека зависит от следующих факторов:

• удалённости от источника излучения и его интенсивности;
• продолжительности облучения;
• длины волны;
• вида излучения (непрерывное или импульсное);
• внешних условий;
• состояния организма.

Для количественной оценки опасности введено понятие плотности излучения и допустимой нормы облучения. В нашей стране этот стандарт взят с десятикратным «запасом прочности» и равен 10 микроватт на сантиметр (10 мкВт/см). Это означает, что мощность потока СВЧ энергии, на рабочем месте человека не должна превышать 10 мкВт на каждый сантиметр поверхности.

Как же быть? Сам собой напрашивается вывод, что следует всячески избегать воздействия микроволновых лучей. Уменьшить воздействие СВЧ-излучения в сфере быта достаточно просто: следует ограничить время контакта с бытовыми его источниками.

Совершенно иной механизм защиты должен быть у людей, чья профессиональная деятельность связана с воздействием СВЧ радиоволн. Средства защиты от СВЧ-излучения подразделяются на общие и индивидуальные.

Поток излучаемой энергии убывает обратно пропорционально увеличению квадрата расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Поэтому важнейшей коллективной защитной мерой является увеличение расстояния до источника излучения.

Другими действенными мерами по защите от СВЧ-излучения являются следующие:

• уменьшение излучения в источнике;
• изменение его направленности;
• уменьшение времени воздействия;
• дистанционное управление излучающими устройствами;
• применение защитного экранирования.

Большая часть из них базируется на основных свойствах микроволнового излучения — отражении и поглощении веществом облучаемой поверхности. Поэтому защитные экраны подразделяются на отражающие и поглощающие.

Отражательные экраны выполняются из листового металла, металлической сетки и металлизированной ткани. Арсенал защитных экранов достаточно разнообразен. Это листовые экраны из однородного металла и многослойные пакеты, включающие слои изоляционных и поглощающих материалов (шунгита, углеродистых соединение) и т. д.

Конечным звеном в этой цепи являются средства индивидуальной защиты от СВЧ-излучения. Они включают спецодежду, выполненную из металлизированной ткани (халаты и фартуки, перчатки, накидки с капюшонами и вмонтированными в них очками). Очки покрыты тончайшим слоем металла, отражающего излучение. Их ношение обязательно при облучении в 1 мкВт/см.

Ношение спецодежды снижает уровень облучения в 100–1000 раз.

Дверца

Дверцы микроволновок считаются потенциальным источником утечки, что усугубляется близким расположением пользователя.

Именно поэтому к их конструкции предъявляются усиленные требования:

• удобство наблюдения за приготовлением, легкий доступ к блюду и защита при открытой дверце;
• сильная экранировка и недопущение утечки.

Вред можно получить, открыв прибор во время работы, поэтому первый вопрос решается особой конструкцией запорной системы. Производители применяют три, а то и четыре защитных и блокирующих выключателя. С их помощью магнетрон запускается только в момент замыкания контактов (после закрывания дверцы). Типы переключателей могут быть разными, например, защитный Monitor Switch, Door Switch – дверной, Primary/Secondary Switch – первичный/вторичный.

Если говорить о выборе, дальше всех пошли корейцы. В микроволновых печах Samsung реализовано множество технологий, но особенно удачной получилась модель MC32F604TCT. Этот зверь оснащен откидной дверцей, как у традиционного духового шкафа, есть 4 защитных выключателя, биокерамическое покрытие, целый ряд удобств для приготовления разнообразных блюд.

Если вы следуете главному тренду 2020 года – ЗОЖ, корейцы выручат и тут. Модель MW3500K абсолютно безопасна и позволяет готовить на аэрогриле, что делает блюда без масла очень полезными для здоровья. Более того, вам в помощь залито множество авторецептов, а это снимает лишнюю головную боль в повседневном цейтноте.

Способы: как измерить электромагнитное излучение в квартире

Измерить ЭМИ в квартире можно несколькими способами: обратиться в специализированный центр, использовать прибор для измерения электромагнитного излучения, использовать самодельный вариант.

Как самостоятельно измерить излучение:

• Надо взять прибор для измерения или радиоприемник;
• Пройти по комнатам или всему помещению;
• Проверить показатели на приборе;
• Если используете приемник, услышите изменение звука.

Профессионалы считают, что самые точные приборы: это ПЗ-31 и ПЗ-41. Согласно СаН-ЭПИД показаниям, норма не должна превышать 50-300 ГГц.

Экранирование

Для обеспечения экранировки используется хитрая многорамочная конструкция двери. Смотровое оконце всегда перекрывается металлическим перфорированным листом. Каждое отверстие листа работает как диафрагма и препятствует утечке. Волны отражаются, возвращаются в камеру и просто физически не могут выйти наружу. При выборе проверьте, чтобы диаметр дырочек не превышал 2.3 мм.

Также должна быть обеспечена защита по контуру, так как между шасси прибора и дверцей есть щели. Проблема в том, что они могут увеличиваться в процессе эксплуатации. Тут важен зазор между уплотнителем и камерой, – прилегание должно быть плотным.

Хорошее экранирование есть у любой микроволновой печи, иначе бы она не поступила в продажу. Если вы ищите соло, планируя использовать его для разогрева и разморозки, обратите внимание на модель LG MS-2042DB. За небольшие деньги вы получите хороший полезный объем на 20 л, оптимальную мощность, электронное управление. Конечно, излишеств и дополнительных опций тут нет.

Большие возможности можно поискать у немцев. Например, машина Bosch BFL634GS1 может быть встроена в мебельный профиль, есть 7 автоматических программ. Внутри трудится инверторный мотор. Завершает этот бум технологий умное сенсорное управление и яркий дисплей.

Дополнительно отмечу линейку, особо полюбившуюся профессионалам. Это микроволновые печи Electrolux в стиле Rococo. Как говорят шведы, готовка – искусство, а вы – художник. Но, если оставить лирику серия получилась действительно удачной: тут реализован удачный внешний вид и передовые технологии. Например, в модели Electrolux EMM20000OC можно готовить хоть жаркое, хоть шоколадный фондан.

Общий каталог эффектов

• Научно-технические эффекты (НТЭ)

Микроволновая (СВЧ) печь
Анимация

Описание

Микроволновой (СВЧ) печью

(рисунок 1) называют электроприбор, предназначенный для разогрева и приготовления пищи, а также размораживания продуктов.

СВЧ печи (слева современная модель, две правые модели 1962г)

Рис.1.

Микроволновая печь

(рисунок 2) состоит из источника микроволн (1), соединенного посредствам волновода (2) с металлической камерой (3), в которой собственно концентрируется СВЧ (сверхвысокочастотное) излучение и происходит разогрев/приготовление пищи.

Схематичное изображение СВЧ печи. Обозначения: 1 – источник микроволн, 2 — волновод, 3 – металлическая камера с металлизированной дверцей, 4 – система охлаждения (вентилятор).

Рис.2.

Принцип работы чрезвычайно прост: генерируемое источником микроволн СВЧ излучение, при помощи волновода (канал с резкими границами, отражающими СВЧ излучение) направляется в металлическую камеру, в которой происходит многократное отражение излучения от стенок и поглощение его тем или иным продуктом, находящимся в камере. Микроволновое

или
сверхвысокочастотное
:излучение представляет собой электромагнитные волны, длины которых располагаются в интервале от 1 миллиметра до 1 метра (рисунок 3).

Шкала электромагнитного излучения

Рис.3.

Говоря о СВЧ печах

, под сверхвысокой частотой подразумевается частота равная
2450МГц
(длина волны 12,25см). Это значение взято не по чьей-то прихоти, выбор этот обусловлен всеобщим желанием исключить дополнительные помехи при работе радаров и иных устройств, использующих микроволны. Можно сказать, что данная частота зарезервирована специальным международным соглашением для
СВЧ печей
.

Подойдем к рассмотрению данного вопроса (принципа работы СВЧ печей

) с другой стороны: что собой представляет объект воздействия? Ни для кого, ни секрет, что в состав продуктов питания входят такие вещества, как минеральные соли, жиры, сахара, вода и так далее. Большую часть из этих веществ можно рассматривать как множеством
диполей
.
Диполем
(рисунок 4) называют совокупность равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов
+q, -q
, расположенных на расстоянии
l
друг от друга. Диполями являются молекулы воды, жиров, сахаров.

Диполь

Рис.4.

Под действием электрического поля

диполи выстраиваются вдоль силовых линий, при изменении направления электрического поля, диполи переворачиваются (рисунок 5):

Поведение дипольных молекул. Обозначения: а) электрическое поле отсутствует, б) постоянное электрическое поле, в) переменное электрическое поле.

Рис.5.

Поскольку частота воздействующих волн равна 2450МГц, то есть 2450 миллионов колебаний в секунду, следовательно, за период (в данном случае 1 секунда) диполи

перевернуться 4900 миллионов раз! Такое число трудно представить, не говоря уже о том, чтобы представить изменение ориентации молекул за секунду! Фактически, молекулы «трутся» друг о друга, в результате чего и выделяется тепло – объект воздействия разогревается. Тут есть небольшая оговорка: микроволны не проникают глубже, это зависит собственно от продукта, чем на 1-3см. Таким образом, более глубокие слои нагреваются за счет вышележащих разогретых слоев – такой способ передачи теплоты получил название
теплопроводности
, то есть кинетическая энергия молекул и атомов, более нагретых областей будет передаваться молекулам и атомам областей с меньшей температурой.

На самом деле, здесь можно было бы остановиться: механизм преобразования электромагнитной энергии в тепловую энергию уже рассмотрен. Но давайте заглянем немного глубже и зададимся вопросом: «А откуда же берутся микроволны?» В самом начале уже упоминалось об источнике микроволнового излучения, который представляет собой высоковольтный вакуумный прибор – магнетрон

(рисунок 6).

Магнетрон (слева в корпусе, справа в разрезе).

Рис.6.

Схема устройства магнетрона

изображена на рисунке 7. Чтобы получить
микроволны
, к нити накала
магнетрона
необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ), но сетевого напряжения не достаточно (как известно, в быту лишь 220В), поэтому магнетрон подключается к специальному высоковольтному трансформатору (устройство преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения). Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в скрещенных
электрических
и
магнитных полях
. Рассмотрим приведенную схему (рисунок 7) более подробно.

Схема магнетрона. Обозначения: 1 – щель резонатора, 2 – резонатор, 3 – анодный блок (постоянный магнит), 4 коаксиальный фидер, 5 – петля связи, 6 – катод, 7 – проводники накала, 8 – колебательный ток, 9 – вращающийся пространственный заряд, 10 – магнитное поле.

Рис.7.

Магнетрон

состоит из анодного блока (3), по сути это толстый цилиндр, с прорезанными в стенках полостями (2), исполняющими роль объемных резонаторов, геометрия которых определяет длину получаемого
электромагнитного излучения
. В центр (на оси) анодного блока закреплен катод (6), внутри которого находится нагреватель, с прикрепленными к нему проводниками накала (7). При повышении температуры нагревателя происходит испускание электронов с поверхности катода. Это явление получило название
термоэлектронной эмиссии
.

Получаем следующую картину: на вырвавшиеся электроны действует электрическое поле

анод-катод, постоянное
магнитное поле
(10) и
поле электромагнитных волн
, возникающих в результате неустойчивости собственного поля электронов и статистических эффектов. Эти электромагнитные колебания (8) усиливаются резонаторами. Под действием этих полей электроны группируются в плотные пространственные сгустки (9) – так называемые спицы, вращающиеся вокруг катода. Возникшие же в резонаторах электромагнитные волны (8) могут, как замедлять, так и ускорять вращение спиц. При торможении спиц, вся энергия передается электромагнитной волне, а электроны получают возможность достигнуть анода. В свою очередь
микроволны
выводятся из прибора с помощью петли связи (5). Далее, при помощи волновода (2) (рисунок 2), они доставляются в металлическую камеру (3) (рисунок 2).

Магнетроны

находят себе применение во всех областях, использующих
СВЧ излучение
. Особо хочется отметить факт использования
магнетрон
в радарных устройствах.

Ключевые слова

• СВЧ
• Электромагнитное излучение
• Диполь в электрическом поле
• Сверхвысокочастотное излучение
• Магнитное поле
• Магнетрон
• Электрическое поле
• Микроволны
• Электрон
• Термоэлектронная эмиссия
• Энергия

Области техники и экономики

• СВЧ-техника

Применение эффекта

Как и многие крупные современные изобретения, микроволновая печь была сопутствующим продуктом другой технологии. В 1946 году во время работы над исследовательским проектом, посвященным радарам, доктор Перси Спенсер, инженер-самоучка из корпорации Raytheon Corporation, обнаружил нечто весьма необычное. Он заметил, что во время тестирования новой вакуумной трубки, называемой магнетроном, конфета, лежащая в его кармане, расплавилась. Это заинтересовало доктора Спенсера, и он поставил другой опыт. На этот раз рядом с трубкой он положил несколько кукурузных зерен для попкорна и, возможно, стоя в некотором отдалении, наблюдал с изобретательным огоньком в глазах, как зерна шипели, трескались и разлетались по всей его лаборатории.

Следующим утром ученый Спенсер решил разместить магнетронную трубку рядом с яйцом. К Спенсеру присоединился его любопытный коллега, и они оба наблюдали, как яйцо начало трястись и дрожать. Быстрый рост температуры внутри яйца привел к появлению огромного внутреннего давления. Очевидно, любопытный коллега наклонился поближе, чтобы посмотреть, и в этот момент яйцо взорвалось и в изумленное лицо полетели горячие брызги желтка. Лицо Спенсера осиял логический научный вывод: и расплавленную конфету, и попкорн, и взорвавшееся яйцо можно было объяснить воздействием энергии микроволн низкой плотности. Тогда, если можно так быстро приготовить яйцо, почему нельзя сделать это с другими продуктами? Исследования начались…

Доктор Спенсер приспособил для опытов металлическую коробку, которая могла открываться, в которую он направлял микроволновое излучение. Энергия, которая поступала в коробку, не могла оттуда выйти, таким образом создавалось электромагнитное поле высокой плотности. Когда в коробку помещали пищу и направляли на туда микроволны, температура продуктов очень быстро росла. Доктор Спенсер изобрел то, что совершило революцию в приготовлении пищи и стало основой промышленности с бюджетом в миллионы долларов, — микроволновую печь.

СВЧ находят применения сегодня как в быту – всем известные СВЧ печи, микроволновки, — так и в индустрии, сельском хозяйстве. Например, сушка зерна и семян. Это достаточно важная и ответственная операция, с которой при правильном подборе параметров, без труда справляются устройства, в основе принципа действия которых лежит применение СВЧ энергии. СВЧ находит также применение в областях, связанных с нефтепродуктами. Более того, все, что связано с равномерным нагревом материалов и их температурной обработкой, в настоящее время зачастую связывают именно с понятием СВЧ энергии (микроволнами).

Когда пищевая промышленность начала осознавать потенциал и многосторонность микроволновой печи, начался поиск новых возможностей ее применения. Различные предприятия начали использовать микроволны для того, сушить картофельные чипсы и обжаривать кофейные зерна и арахис. Мясо могло быть разморожено, подгтовлено к приготовлению и разогрето. Даже извлечение устриц из раковин стало более простым при помощи микроволн. Другие предприятия нашли разнообразные выодные способы применения мкироволнового подогрева. В свое время микроволны использовались для того, чтобы сушить пробку, керамику, бумагу, кожу, табак, текстиль, карандаши, цветы, промокшие книги и спичечные головки. Микроволновая печь стала необходимостью на коммерческом рынке, а ее возможности казались бесконечными.

Реализации эффекта

Нагревание продуктов в микроволновой печи происходит из-за значительного поглощения микроволнового излучения водой и другими диэлектриками, содержащимися в продуктах. Большое поглощение сверхвысокочастотного излучения водой связано с наличием у молекул воды большого дипольного момента. Это можно себе представить следующим образом: молекула воды, когда к ней приложено электрическое поле, всегда стремится сориентировать себя вдоль поля, подобно тому, как стрелка компаса стремится установиться вдоль магнитного поля Земли. Однако, в поле сверхвысокочастотной электромагнитной волны направление электрического поля меняется с очень высокой частотой (более миллиарда раз в секунду), и молекуле приходится постоянно вращаться. При столкновениях быстро вращающихся молекул часть энергии вращения переходит в энергию поступательного движения, что в итоге приводит к повышению температуры воды. В бытовых микроволновых печах используются микроволны с частотой 2450 мегагерц (МГц). Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями — чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.

Магнетро́н

(от греч. μαγνήτης — магнит и электрон) — электровакуумный прибор для генерации радиоволн сверхвысокой частоты (СВЧ, микроволн), в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Наиболее известным применением магнетронов являются бытовые микроволновые печи.

Термин «магнетрон» был предложен А. Халлом (A. Hull), который в 1921 году, впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек. В 1936—1937 Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым под руководством М. А. Бонч-Бруевича была разработана конструкция многорезонаторного магнетрона, что позволило увеличить выходную мощность на 2 порядка (по сравнению с обычными однорезонаторными магнетронами того времени).

Резко увеличился выпуск магнетронов

начиная с 1960-х годов, поскольку начали получать распространение СВЧ-печи для домашнего использования.

Магнетроны

могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 Ггц, с мощностями от нескольких
Вт
до десятков
кВт
в непрерывном режиме и от 10
Вт
до 5
МВт
в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.

Магнетроны

обладают высоким КПД (до 80 %),

Магнетроны

бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в сек) — ротационные и вибрационные механизмы.

Магнетрон в корпусе

Рис.1.

Магнетрон

состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезаными в стенках полостями, выполняющих роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему.

Соосно анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля закреплённая в одном из резонаторов или отверстие из резонатора наружу цилиндра.

Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).

Отдельные модели магнетронов

могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Магнетрон в поперечном сечении

Рис.2.

Электроны эмиттируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещеных электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружней поверхности окружности большего диаметра — в конкретном случае по наружней поверхности катода). При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнитрона) электрон, движущийся по этой кривой не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг анода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находится непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

В радарных устройствах волновод подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой энергии. Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чуствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он, в конце концов, появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) в виде радарной карты.

В микроволновых печах волновод заканчивается отверстием, прозрачным для радиочастот (непосредственно в камере для готовки). Важно, чтобы во время работы печи в ней находились продукты. Тогда микроволны поглощаются вместо того, чтобы отражаться обратно в волновод, где интенсивность стоячих волн может вызвать искрение. Искрение, продолжающееся достаточно долго, уничтожит магнетрон.

Если в микроволновой печи готовится небольшое количество пищи лучше поставить в камеру ещё и стакан воды для поглощения микроволн.

Литература

1. Яворский Б.М., Селезнев Ю.Ф. Справочное руководство по физике.-М.: Высшая школа, 1995.

2. В. Коляда Прирученные невидимки. Все о микроволновых печах // Наука и жизнь, №10, 2004.

3. Матвеев А.И. Электричество и магнетизм.-М.: Высшая школа, 1983.