Влияние излучения на человеческое тело

Площадь эпидермиса составляет приблизительно 2 м², это настоящая оболочка, служащая физическим барьером, который защищает нас от внешнего воздействия и, в то же время, заключает в себе систему терморегуляции (рецепторные клетки, чувствительные к температуре), кровеносные сосуды и потовые железы. Воздействуя излучением на эпидермис, мы получим разную реакцию, в зависимости от количества и длины волн. В отличие от света, короткие волны рентгеновских лучей проходят сквозь тело, их большие дозы губительны.

С увеличением длины волны уменьшается глубина их прохождения, если мы будем воздействовать на эпидермис инфракрасным излучением-C, оно будет полностью поглощено внешним слоем, где расположены рецепторы температуры, отправляющие центральной нервной системе импульс, провоцирующий повышение кровообращения и потоотделение.

Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи проникают в более глубокие слои эпидермиса, повреждая ткани. Поскольку рецепторы температуры расположены во внешнем слое, они не воспринимают повышения температуры, из-за этого существует риск глубоких ожогов эпидермиса.

Передача инфракрасного излучения

Инфракрасный и ультрафиолетовый спектры невидимы. С точки зрения физики, инфракрасное излучение состоит из электромагнитных волн.

справа находится более короткая длина волны, слева – более длинная

Длины волны A и B инфракрасного и ультрафиолетового излучения опасны для эпидермиса. Опасность связана с глубиной прохождения лучей через дерму, при этом наши тепловые рецепторы не могут реагировать, так как находятся в более высоком слое.

Если наши тепловые рецепторы чувствуют избыток тепла, они реагируют, посылая в мозг импульс, и это позволяет нам избежать ожогов. Другой вид защиты – это глаза, которые позволяют нам оценить интенсивность света в диапазоне от 0,78 мкм до 0,38 мкм.

Длина волны инфракрасного излучения-C, издаваемая панелью Celsius (отопительная панель, электрический полотенцесушитель, инфракрасные сауны, тепловое оборудование), предназначена для эпидермиса. Не проникая в глубину, она позволяет работать нашим защитным механизмам, находящимся в папиллярном слое. При использовании отопительных панелей Celsius невозможно непроизвольно получить ожог, поскольку они излучают только инфракрасные волны-C длиной от 7 мкм до 11 мкм.

Передача и поглощение тепла потребителем от источника может осуществляться различными способами. Человеческое тело может нагреваться от теплового носителя (вода, воздух и т.д.), или посредством излучения, которое позволяет переносить энергию даже в вакууме, как это происходит в природе в случае с солнечным светом. Излучение солнца имеет широкий диапазон длин волн, только часть спектра доходит до нас, остальная часть задерживается и ослабляется в атмосфере, например, вредная часть ультрафиолетового излучения.

Испускание и получение излучения

Любая материя, существующая во вселенной, поглощает и испускает различного рода излучения, оказывая влияние на различные вещества, независимо от их состояния: твердого, жидкого или газообразного. Гладкие поверхности лучше отражают излучения, чем неровные, которые, следовательно, больше поглощают, и это ведет к нагреванию материи.

полное излучение = (a + r + d = 1)
отраженное ( r ), поглощенное ( a ) и переданное ( d )
поглощение + отражение + передача = полное излучение

Согласно закону Стефана-Больцмана, полная испускательная способность абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна четвёртой степени его температуры через константу, например: =σΤ4, в Вт/м², s — константа излучения, σ = 5,67∙10-8 (м²K4). Испускаемая, неравномерно распределяемая энергия излучения имеет свой характерный максимум и может быть рассчитана, согласно закону смещения.

Закон смещения Вина

Произведение длины волны и характерного максимума излучения – величина постоянная. Более высокая температура означает, что длина волны более короткая, и максимальное излучение смещается с повышением интенсивности в сторону более коротких длин волны, что выражается следующим образом = λmax∙Τ = 2896∙K, где λmax – длина волны, выраженная, в данном случае, в микрометрах (мкм), а Τ (абсолютная) – температура в кельвинах (K). Максимальное излучение тела с температурой поверхности 37°C =310 K при длине волны λ = 9,3 мкм (2896:310= 9,342).

Человеческое тело имеет температуру 37°C; в среде, где температура ниже, оно охлаждается, испуская тепло через конвекцию, дыхание, секреторную функцию и излучение.

Старая добрая лампочка – скорее источник тепла, чем света. Её спираль достигает почти 2300 K (около 2000°C), что соответствует длине волны 1,25 мкм; эта длина волны лежит вне диапазона видимого света, который находится в промежутке от 0,380 до 0,780 мкм. Таким образом, только наиболее холодная часть спирали испускает свет, который мы видим. КПД лампочки, определяемый, как световая эффективность по отношению к потребляемой электроэнергии, преобразуемой в световую энергию, составляет 5%.

Физическое тело, выделяющее излучение, потребляет его с такой же легкостью, это происходит и с человеческой тканью. Поглощающие свойства эпидермиса, о которых мы говорили ранее, сводятся к восприятию тепла от получаемого излучения.

Человеческое тело имеет собственный энергетический баланс и поддерживает его, главным образом, благодаря пище, которая трансформируется пищеварительной системой, а затем откладывается в виде энергии, чтобы затем попасть в кровообращение.

Источники излучения тепла

Согласно второму основному принципу термодинамики, тепло передается от теплого тела к холодному. Каждый источник тепла с температурой поверхности выше температуры тела, воспринимается как тепло. Восприятие тепла естественным образом зависит также и от дистанции до источника тепла. Например, мы лучше ощущаем тепло от печки, разогретой до 100°C и расположенной в метре от нас, чем тепло солнца, имеющего температуру на поверхности 6000°C, но находящегося на расстоянии 150 миллионов километров.

В 20-30-х годах были проведены эксперименты с инфракрасным излучением с помощью лампы накаливания с угольной нитью, ящиком для отжига и газовыми радиаторами, разогретыми до температуры более 2500°C, затем, в 50-90-х годах, использовали кварцевые и керамические нагревательные элементы, позволившие снизить температуру до 300-400°C (что считалось хорошим результатом, несмотря на риск прямого контакта).

Недавно была разработана технология нагревания от электричества Celsius, с помощью которой стало возможным приблизиться к более полезной и устойчивой длине волны в 5 мкм. Восприятие тепла было доведено до максимума, это было достигнуто, благодаря тонкой пленке из благородных материалов, имеющих соответствующую форму, специальным образом соединенных и подключенных. Эта тонкая пленка, находящаяся между отопительными пластинами Celsius, излучает абсолютно безопасные инфракрасные волны длиной 8,5 мкм, затрачивая при этом ничтожно малое количество электроэнергии.