Oddziaływanie fal elektromagnetycznych i promieniowania jonizującego na organizm człowieka

Magnetyzm i pole magnetyczne

Zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne.
Z kolei już w starożytności znana była właściwość jednego z rodzajów rudy żelaza (magnetytu), polegająca na przyciąganiu kawałków stali.
Zjawisko to nazwano magnetyzmem, a ciało mające opisane właściwości magnesem trwałym zmienne pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, które rozchodzi się jako fala elektromagnetyczna.

W starożytności znana była właściwość jednego z rodzajów rudy żelaza (magnetytu), polegająca na przyciąganiu kawałków stali.
Zjawisko to nazwano magnetyzmem, a ciało mające opisane właściwości magnesem trwałym

Magnesy trwałe zawsze występują w postaci diopoli
Podział magnesu nie prowadzi do rozdzielenia biegunów
Przestrzeń, w której działają siły magnetyczne nazywamy polem magnetycznym
Przyjmuje się, że zwrot linii pola magnetycznego jest ustawiony od bieguna północnego N do bieguna południowego S

Źródłem pola magnetycznego jest także przewodnik z prądem       

Linie pola mają kształt współśrodkowych okręgów, których środek jest zgodny ze środkiem przewodnika.
Zwrot linii pola można określić za pomocą "reguły korkociągu" lub "reguły śruby prawoskrętnej"     
     

Oddziaływanie dwóch przewodników z prądem

Dwa równoległe przewodniki z prądem oddziałują na siebie. Jeśli zwroty prądów są zgodne, to przewodniki przy-ciągają się. Jeśli zwroty prądów są przeciwne, to prze-wodniki odpychają się  

Fala elektromagnetyczna - rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego o charakterze cyklicznym

Zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne.
Z kolei zmienne pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, które rozchodzi się jako fala elektromagnetyczna.

Fala, która już powstała posiada zdolność samodzielnego rozchodzenia się w przestrzeni - w przypadku braku absorpcji - na nieskończone odległości i w nieograniczonym czasie.

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni jest stała, niezależna od częstotliwości i równa prędkości rozchodzenia się światła w próżni.

c - prędkość światła w próżni;
ε0 - przenikalność elektryczna próżni;
μ0 - przenikalność magnetyczna próżni;

Właściwości pola elektrycznego i magnetycznego
wynikające z Równań Maxwella:

Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza
zmienne pole elektryczne.

Przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają
zmienne pole magnetyczne.

Źródłem pola elektrycznego są ładunki.

Pole magnetyczne jest bezźródłowe,
linie pola magnetycznego są zamknięte

Wybrane zmienne charakteryzujące fale.

Częstotliwość określa liczbę cykli w jednostce czasu.

Jednostką częstotliwości jest herc [Hz]=[1/s].

Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego cyklu
w czasie 1 sekundy.

Okres to czas jednego cyklu (np. między dwoma szczytami).

Jednostką okresu jest sekunda [s].

Długość fali to najmniejsza odległość między dwoma cyklami
(np. między dwoma szczytami).

Jednostką długości fali jest metr [m].

f [Hz] - częstotliwość;
n - liczba cykli;
t [s] - czas, w którym te cykle zostały wykonane.

f [Hz] - częstotliwość;
T [s] - okres.

λ [m] - długość fali;
υ [m/s] - prędkość.

f [Hz] - częstotliwość;
ω [rad/s] - pulsacja;
2π - kąt pełny równy 360 stopni.

Rodzaje fal elektromagnetycznych

Fale elektromagnetyczne ze względu na ich długość i wynikające stąd właściwości dzieli się na:

1. Promieniowanie γ (gamma) λ=0,01nm; 1nm=10-9m

2. Promieniowanie X (rentgenowskie) λ=1nm

3. Ultrafiolet λ=100nm

4. Światło widzialne λ=380nm-770nm

5. Podczerwień λ=1mm-1cm

6. Mikrofale λ=1mm-30cm

7. Fale radiowe λ=1m-1km

Barwa - to wrażenie wzrokowe wywołane
falą elektromagnetyczną o konkretnej długości
z przedziału fal widzialnych
(czyli ok. 380 nm - 770 nm).

Promieniowanie

Promieniowanie to rozprzestrzenianie się energii.
Energia może się rozchodzić jako fala
i w postaci poruszającej się cząsteczki.

Promieniowanie niejonizujące to rodzaj promieniowania,
które nie wywołuje jonizacji ośrodka, przez który przechodzi.

Jonizacja to zjawisko powstawania jonów: anionów (-) lub kationów (+) z obojętnych atomów lub z cząsteczek.

Energia promieniowania jest zbyt mała
do emisji elektronu z atomu lub z cząsteczki.

Źródła promieniowania niejonizującego:
- naturalne promieniowanie termiczne;
- naturalne promieniowanie słoneczne;
- naturalne zmiany pola elektromagnetycznego (np. wyładowania atmosferyczne);
- napowietrzne linie energetyczne wysokiego napięcia;
- sprzęt gospodarstwa domowego i instalacja elektryczna.

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące to każde promieniowanie, które wywołuje jonizację ośrodka, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej.

Jonizowanie bezpośrednie:
- promieniowanie alfa
(α, ładunek elektryczny +2e, jądro helu);
- promieniowanie beta
(β, elektron -e lub antyelektron +e).

Jonizowanie pośrednie:
- promieniowanie gamma (γ);
- promieniowanie rentgenowskie X (rtg).

Wpływ promieniowania jonizującego na człowieka

W wyniku wchłonięcia cząstek lub fotonów promieniowania dochodzi do jonizacji atomów struktur komórkowych, zmian przepuszczalności błon komórkowych i powstania toksyn radiacyjnych

Promieniowania działa mutagennie, powodując uszkodzenia
w DNA (niszczy cząstki kwasów nukleinowych i powoduje produkcję wolnych rodników).

Komórki rozpoznają uszkodzone struktury materiału genetycznego (DNA) i zatrzymują cykl komórkowy, starając się usunąć zniszczenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów.

Jest to ochrona przed powstawaniem komórek nowotworowych.

Większe dawki promieniowania mogą zabić komórkę, niszcząc jej białka i fosfolipidy błon plazmatycznych.

Skutkiem napromieniowania mogą być:
białaczka, nowotwory złośliwe kości lub skóry, zaćma,
zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.

Składowa magnetyczna

Działanie magnetomechaniczne - porządkowanie dipoli magnetycznych
- Działanie na poruszające się ładunki
- Działania na błony komórkowe
- Działanie na sieci neuronalne
- Indukcja prądów wirowych, otwierających i zamykających kanały jonowe

Oddziaływanie pól elektro-magnetycznych

Podstawowym skutkiem oddziaływania pól elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości jest wydzielanie ciepła

Gdy mechanizmy termoregulacyjne organizmu nie są w pełni sprawne, łatwo dochodzi do przegrzania organizmu oraz porażenia termicznego

Diatermia

Efekty cieplne w tkankach, wywołane przepływem prądów wysokiej częstotliwości są wykorzystywane w medycynie

Diatermia krótkofalowa - przegrzanie tkanek pod wpływem pola elektrycznego lub pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości w celu uzyskania rozluźnienia mięśni. Diatermia nie uszkadza tkanek

Promieniowanie gamma

Źródłem promieniowania gamma są przemiany jądrowe
(np. rozpad pierwiastków promieniotwórczych) oraz promieniowanie kosmiczne (przemiany jądrowe w gwiazdach
i galaktykach).

Promieniowanie gamma jest promieniowaniem przenikliwym (zdolnym do przenikania przez różne materiały o znacznej grubości).

Promieniowane gamma niszczy wszystkie żywe komórki, także nowotworowe.

Promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie rtg powstaje w procesie hamowania wysokoenergetycznych elektronów w lampie rentgenowskiej.

Efekty promienne w tkankach zależą od ilości energii pochłoniętej.

Kości pochłaniają promieniowanie rtg znacznie bardziej niż tkanki miękkie.

Naświetlanie promieniami rtg zabija komórki nowotworowe (radioterapia).

Promieniowanie nie pochłonięte przez tkanki, przechodzi dalej, dając obraz na błonie fotograficznej.

Rezonans magnetyczny

Badanie polega na umieszczeniu pacjenta w komorze aparatu o stałym polu magnetycznym
Linie pola magnetycznego jąder atomów w organizmie człowieka ustala się równolegle do kierunku wytworzonego pola magnetycznego
Aparat emituje fale radiowe, powodujące postanie takich fali w organizmie (rezonans) zwrotnie odbierane przez aparat. Rezonatorem zazwyczaj jest jon H+
Różna liczba tych jonów w różnych tkankach skutkuje powstaniem różnej intensywności fali radiowych 
Komputerowe przekształcenia otrzymanych fal obrazują stan poszczególnych tkanek        
Tomografia komputerowa

Rentgenowska transmisyjna tomografia komputerowa jest metodą diagnostyczną, pozwalającą na obrazowanie przestrzennego rozkładu narządów.

Polega ona na wykonywaniu sekwencji zdjęć warstwowych
w płaszczyźnie prostopadłej do osi ciała.

Cienki poprzeczny przekrój ciała jest naświetlany pod wieloma kątami wąską wiązką promieniowania X.

Przechodzące promieniowanie jest mierzone przez licznik scyntylacyjny i następnie komputer tworzy obraz prześwietlanej warstwy.

---