Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов

Магнитное поле земли и здоровье человека

Сейфулла Р.Д. 
М.: ООО «Самполиграфист», 2013. 120 с.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник — генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов

Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой — южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра — класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.

Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов


Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека

Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека

Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса

Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме 
Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций

Магнитное поле Земли онлайн – Наука – Коммерсантъ

Развитие наземных и космических систем глобального мониторинга, а также внедрение современной аппаратуры, обеспечивающей высокочастотную регистрацию геофизических параметров, привели к беспрецедентному росту объемов регистрируемых данных в науках о Земле. Эффективная передача, хранение и обработка геофизической информации требуют адекватных методов и алгоритмов. В Геофизическом центре РАН разработан аппаратно-программный комплекс, автоматизирующий сбор и обработку магнитограмм от российских обсерваторий.

Результаты оперативного анализа геомагнитной активности на примере данных обсерватории «Магадан» во время магнитной бури 20 декабря 2015 года.

Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Момент внезапного начала магнитной бури отмечен черной стрелкой (предоставлено ГЦ РАН). График — исходная магнитограмма горизонтальной составляющей магнитного поля. На втором графике (ниже) показана оценка часовых амплитуд геомагнитных возмущений. Третий график характеризует меру аномальности поля, построенную на принципах нечеткой математики. На четвертом графике представлена почасовая оценка скорости изменения магнитного поля. На нижнем графике показаны результаты оперативного расчета K-индекса геомагнитной активности. На графиках перечисленных индикаторов геомагнитной активности красным цветом отмечены сильно аномальные значения, фиолетовым — аномальные значения, зеленым — слабо аномальные значения и синим — фоновые значения

Последние достижения в области и работы с «большими данными» позволяют решить проблему эффективной обработки значительных массивов геофизических измерений. Современные методы системного анализа и искусственного интеллекта позволяют реализовать автоматизированное многокритериальное распознавание экстремальных явлений различной природы.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Комплексный анализ наземных и спутниковых данных позволяет оперативно и с высокой точностью моделировать элементы магнитного поля Земли, что крайне важно для решения многих фундаментальных и практических задач.

Геомагнитное поле, регистрируемое на поверхности Земли и в околоземном пространстве, можно разделить на внутреннее и внешнее. Источником внутреннего магнитного поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах (рис. 1а). Внутреннее поле меняется медленно — в течение десятков и сотен лет (вековые вариации). Внешнее же поле формируется сложной и крайне изменчивой пространственной структурой электрических токов в магнитосфере и ионосфере Земли, образующихся под воздействием Солнца (рис. 1б).

Геомагнитную активность формируют относительно короткопериодные вариации внешнего магнитного поля, обусловленные солнечной активностью. Эффект от магнитосферных и ионосферных токов наблюдается на

Источник магнитного поля Земли в жидком ядре (ось вращения вертикальна и центрирована) (предоставлено Scientific American)

Земле в виде отклонений параметров магнитного поля — на временных масштабах от секунд до десятков часов.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Повышенный уровень геомагнитной активности и геомагнитные вариации экстремальной амплитуды могут представлять опасность для технологических систем (ЛЭП, трубопроводов, спутников и т. п.). Поэтому геомагнитный мониторинг в режиме реального времени весьма важен для обеспечения технологической безопасности. Продолжительные наблюдения за изменением внутреннего поля также важны для понимания причин его эволюции.

INTERMAGNET

Непрерывные измерения параметров геомагнитного поля выполняются на обсерваториях по всему миру. Современные магнитные обсерватории — это высокотехнологичные объекты, функционирующие продолжительное время и обеспечивающие высокоточную оперативную регистрацию магнитного поля, что позволяет определять как вековые, так и короткопериодические вариации. Наиболее развитой сетью магнитных наблюдений, предоставляющей данные высшего стандарта качества, является международная сеть ИНТЕРМАГНЕТ (INTERMAGNET — International Real-Time Magnetic Observatory Network). Она включает около 140 обсерваторий.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов

Визуализация результатов модельных расчетов магнитного поля Земли на сферическом экране

Фото: Геофизический центр (ГЦ) РАН

За последние годы значительные успехи были достигнуты в развитии наземных магнитных наблюдений в России. При поддержке ФГБУН «Геофизический центр РАН» (ГЦ РАН) — одной из ведущих научных организаций, выполняющих исследования в данной области, были проведены работы по модернизации обсерваторий для соответствия международным стандартам. Результатом явилось, в частности, официальное включение обсерватории «Санкт-Петербург» в сеть ИНТЕРМАГНЕТ в июне 2016 года. Также при участии ГЦ РАН в Архангельской области развернута новая обсерватория «Климовская». На рис. 2 представлена карта российской сети магнитных наблюдений. Данные от 13 обсерваторий, 9 из которых включены в ИНТЕРМАГНЕТ, передаются в аналитический Центр геомагнитных данных в ГЦ РАН.

Данные предварительные, окончательные и квазиокончательные

Оперативные магнитограммы, передаваемые обсерваториями сети ИНТЕРМАГНЕТ, имеют статус предварительных данных.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Они могут содержать техногенные помехи и пропуски, однако доступны пользователям с минимальной задержкой. Магнитограммам, которые прошли сложную и трудоемкую процедуру коррекции и очистки от помех, присваивается статус окончательных данных. Подготовка окончательных данных для конкретной обсерватории за один год выполняется в основном вручную и может занимать до двух лет. Для ускорения подготовки очищенных данных несколько лет назад был представлен новый тип магнитограмм — квазиокончательные данные. По характеристикам они близки к окончательным, но на их подготовку требуется значительно меньше времени. Квазиокончательные данные формируются непосредственно на магнитных обсерваториях. Их подготовка выполняется специалистами также преимущественно вручную.

Российский АПК объединяет и автоматизирует

Разработанный в ГЦ РАН аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизирует и ускоряет процедуру оперативного сбора магнитограмм от российских обсерваторий и подготовки квазиокончательных и окончательных данных.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Это становится возможным благодаря использованию современных алгоритмов, включающих элементы искусственного интеллекта. Большинство операций выполняется в квазиреальном времени, что дает возможность оперативной оценки магнитной активности, необходимой для формирования точных прогнозов. Разработанный АПК представляет собой первую систему, выполняющую подготовку квазиокончательных магнитограмм, а также распознавание и многокритериальную классификацию экстремальных геомагнитных явлений в автоматизированном режиме. Внедрение подобных интеллектуальных систем качественно выделяет российскую сеть обсерваторий по сравнению с мировым уровнем. Ведь на многих обсерваториях ИНТЕРМАГНЕТ и сейчас магнитограммы анализируются вручную, что приводит к существенной задержке (до двух лет) в подготовке окончательных данных.

Другим важным достоинством разработанного АПК является возможность объединения геомагнитных данных из разных источников. Наряду с наземными обсерваториями, глобальное покрытие магнитными измерениями обеспечивается низкоорбитальными спутниками.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Текущая спутниковая группировка Swarm, выполняющая исследования магнитного поля Земли, была запущена в ноябре 2013 года с космодрома Плесецк при помощи российской ракеты-носителя «Рокот». Миссия Swarm состоит из трех идентичных аппаратов (рис. 3), разработанных Европейским космическим агентством. Основные цели миссии — измерение характеристик магнитного поля для исследования процессов в земном ядре, мантии, литосфере, океанах, ионосфере и магнитосфере.

Оборудование российских магнитных обсерваторий модернизируется для соответствия международным стандартам

Включение в разработанный АПК данных Swarm делает его инновационным инструментом для координированной обработки и совместного анализа наземных и спутниковых данных, тем самым существенно расширяя области его применения.

АПК является ядром аналитического Центра геомагнитных данных российского сегмента сети ИНТЕРМАГНЕТ. Комплекс базируется на последних достижениях в области мониторинга геофизических процессов и интеллектуального анализа данных.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов АПК построен по модульному принципу, обладает гибкостью и имеет большой потенциал для расширения функциональных возможностей. Технологические подходы, использованные при создании АПК, позволяют его легко тиражировать, превращая в стандартизированное решение.

Солнечный ветер и магнитосфера Земли (изображено не в масштабе) (предоставлено University of Waikato)

Основные функции АПК:

· автоматическая загрузка и систематизация исходных наземных и спутниковых магнитных измерений;

· автоматизированная фильтрация обсерваторских данных от искусственных помех и их верификация;

· распознавание, классификация и кодирование данных об экстремальных геомагнитных явлениях;

· модельные расчеты в режиме онлайн.

Схема функционирования АПК представлена на рис. 4.

Исходные и обработанные обсерваторские магнитограммы, данные от спутников, результаты анализа и модельных расчетов хранятся в единой реляционной базе данных под управлением СУБД.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Это предоставляет большую гибкость при формировании запросов и обеспечивает удобный и гибкий интерактивный доступ ко всему массиву данных, хранящихся в базе. Такой подход реализован впервые и не имеет аналогов в зарубежных центрах.

Разработанная система обладает широкими возможностями визуализации геомагнитных данных, включая использование современного проекционного оборудования со сферическим экраном.

Концепция, заложенная в основу системы, соответствует современной парадигме развития информационных технологий в части обращения с «большими данными». АПК повышает скорость получения достоверных данных о магнитном поле Земли. Объединение информации, полученной из разных источников — наземных и спутниковых,- обеспечивает многообразие собираемых данных, а также увеличивает объем наших знаний о процессах, происходящих на планете. Функциональность АПК делает его исключительно востребованным инструментом для экспертов и представителей власти при оценке и снижении рисков, вызванных экстремальными геомагнитными явлениями.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов

АПК в 2014-2016 годах в рамках проекта «Разработка инновационной технологии и создание экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для мониторинга экстремальных геомагнитных явлений с использованием наземных и спутниковых данных» (соглашение N14.607.21.0058) ФЦП Минобрнауки «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Алексей Гвишиани, профессор, академик РАН, директор ФГБУН «Геофизический центр РАН»

Анатолий Александрович Соловьев, член-корреспондент РАН, заместитель директора ФГБУН «Геофизический центр РАН»

Магнитное поле – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

  • Участник: Обрезкова Алиса Сергеевна
  • Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

Техника безопасности

  1. Будьте внимательны, дисциплинированны, аккуратны, точно выполняйте указания учителя.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов
  2. Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.
  3. Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.
  4. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.
  5. Не держите на рабочем столе предметы, не требующиеся при выполнении задания.
  6. Не устанавливайте на краю стола штатив, во избежание его падения.
  7. После выполнения измерений электронным секундомером выключите его, отсоединив разъём.
  8. Источник тока электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Не включать собранную цепь без проверки и разрешения учителя.
  9. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
  10. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводников были наконечники.
  11. Не касайтесь руками мест соединений. Не использовать провода с нарушенной изоляцией.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Все изменения в цепи производите после отключения источника тока.
  12. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. После снятия показаний цепь разомкнуть. По указанию учителя разобрать цепь.
  13. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
  14. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом учителю.
  15. Берегите оборудование и используйте его по назначению.
  16. При получении травмы обратитесь к учителю.

Введение


В своей работе по теме «Магнитное поле» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс.


Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов


Выдвигаемая гипотеза: проверить на опытах предположение, что вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле, которое возможно имеет закономерность в направлении и связано с направлением тока.


Магнитные явления были известны ещё в древнем мире: компас был изобретён более 4000 лет назад, и к XII веку он стал известен в Европе. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.


Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется связь, были опыты датского физика Х.Эрстеда (1777-1851). В своём знаменитом опыте, описываемом ныне во всех школьных учебниках физики и проведённом в 1820 году, он обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку (то есть подвижный магнит).


Эрстед не только провёл свой опыт, но и сделал правильный вывод: «электрический конфликт не ограничен проводящей проволокой, а имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки».Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Переводя на современный язык, это можно понимать так: «действие тока есть не только внутри провода (его нагревание), но и вокруг (магнитное поле)».


Открытие Эрстеда вызвало необычайный интерес его современников-физиков и послужило началом ряда исследований, показавших сходство магнитного действия тока и действия постоянного магнита. Для поиска ответа проделаем опыт.

Опыт № 1. Дугообразный электромагнит


Возьму дугообразный электромагнит и закреплю его в штативе. Соединю катушки электромагнита через ключ с источником тока. Поднесу якорь к сердечнику и замкну ключ. Якорь притянулся к сердечнику. На крючок якоря буду подвешивать грузы 0,5 кг, потом 1 кг. Якорь не отрывается. Разомкну ключ, и грузы упадут.

Вывод из опыта № 1


Вокруг катушки с током существует магнитное поле. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки. Намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом. Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Электромагниты обладают большой подъемной силой.


4 мая 1825 года Вильям Стерджен (английский ученый) на заседании Британского общества ремесел продемонстрировал работу своего электромагнита. Это был согнутый в виде подковы железный стержень длиной 30 см и диаметром 1,3 см. На нем в один слой была намотана медная проволока, подключенная к химическому источнику тока. Электромагнит Стерджена удерживал груз, весом в 1,5 раза превосходящим вес самого магнита. При весе в 2 кг он поднимал металлический груз в 3,6 кг. На тот момент он был намного мощнее природных магнитов того же размера. Еще в 1823 году ученый на основе электромагнита построил «вращающееся колесо Стерджена» — по сути первую модель электромотора.


Стерджена, Джеймс Джоуль, экспериментируя с электромагнитом учителя, в том же 1825 году смог увеличить подъемную силу до 20 кг. С этого момента начинается своеобразная гонка между учеными по совершенствованию электромагнита и наращиванию его подъемной силы.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Через семь лет после своего изобретения Уильям Стерджен создает электромагнит с подъемной силой в 160 кг, а еще через восемь лет – электромагнит с подъемной силой в 550 кг.


Кстати подковообразная форма электромагнита, очень удачная как показали дальнейшие исследования, была выбрана Уильямом Стердженом чисто случайно. Эта форма используются и по сей день. Хотя конечно же в наше время изготавливаются электромагниты самых разнообразных форм.


Вскоре после того, как было построено еще несколько крупных магнитов и все убедились в их силе, надежности, компактности и удобстве, было предложено использовать электромагниты для подъема железных и стальных деталей на металлургических и металлообрабатывающих заводах.


В России вплоть до революции Общество конно-железных дорог и омнибусов использовало магниты для очистки овса от железных гвоздей. В Европе и Америке магниты широко применяли на мельницах по очистке зерна.


В 30-х годах нашего столетия был создан один из крупнейших электромагнитов, предназначенный для устройства, с помощью которого разрушали бракованное литье.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов Груз, выполняющий эту операцию, весил 200000 Н. Использование электромагнита в этом устройстве позволяло сбрасывать груз обычным поворотом выключателя.


Вскоре были созданы еще более крупные магниты, способные поднимать груз весом до 500000 Н.


Магнитная очистка зерна на мельницах стала прообразом одного из чрезвычайно важных в настоящее время применений магнитов. Речь идет о так называемых магнитах сепараторах. Принцип их действия состоит в том, что смесь полезного вещества и «пустой породы» подается по конвейеру и проходит мимо полюсов магнита. Если пустая порода магнитна, то она будет извлечена из смеси. Принцип сепаратора с использованием естественных магнитов был предложен еще в 1792 г., т.е. до изобретения электромагнита.


Электромагниты нашли широкое применение в промышленности, технике, медицине. Например, в батискафе французского профессора Пиккара, исследовавшего не так давно глубочайшие океанские впадины, мощный электромагнит удерживал железный балласт.Источник магнитного поля: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов


С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.


Генеральный директор компании Walker Magnetics, г-н Брайан Твейтс с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя Книги Рекордов Гиннеса из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн. 


Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.


Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.


Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность — от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Опыт № 2. Магнитные линии катушки с током


Возьму катушку, смонтированную на подставке из оргстекла, соединю ее через ключ с источником тока. На подставку насыпаю ровным слоем металлические опилки. Замыкаю ключ и чуть-чуть постукиваю по платформе. Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются замкнутыми линиями. Вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.

Вывод из опыта № 2
  1. Вокруг катушки с током есть магнитное поле
  2. Катушка с током похожа на полосовой магнит и у нее есть тоже два полюса – северный и южный
  3. Чем больше число витков в катушке, тем сильнее её магнитное поле.
  4. Чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле.
  5. Наличие сердечника усиливает магнитное поле.


Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно.

Опыт № 3. Магнитное поле прямого проводника с током


Беру прибор, в котором прямой проводник пропущен сквозь лист картона. На картон насыпаю тонкий и равномерный слой железных опилок, включаю ток, и опилки слегка встряхиваю. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Вывод из опыта № 3


Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой кривые, охватывающие проводник.

Вывод из проделанных опытов


Проведенные опыты подтверждают выдвинутую гипотезу. Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Ток следует рассматривать как источник магнитного поля.


Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения. Мы привыкли к магниту и относимся к нему снисходительно, как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. Я подсчитала – у меня в квартире их десятки: в электробритве, динамике, магнитофоне, в банке с гвоздями, наконец, я сама тоже магнит: биотоки, текущие во мне, рождаю вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных линий. Земля, на которой мы живем, — гигантский голубой магнит. Солнце – желтый плазменный шар – еще более грандиозный магнит. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами, — непостижимые по размерам магниты…


Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/i/fEaNL3z_3Jfbx3

Магнитное поле — все статьи и новости

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических. С тех пор как Джеймс Клерк Максвелл связал в своих знаменитых пяти уравнениях электродинамики электричество и магнетизм, объединение всех пяти сил стало для физиков одной из главных задач. В так называемой Стандартной модели им удалось объединить слабое взаимодействие с электромагнитным. С Великим объединением, включающим в силовой союз и сильное взаимодействие, пока не получается, но уже в наличии прогресс в виде множества моделей. Вопрос за малым: каким-то образом, объединить все это еще и с гравитацией.

Похоже, что магнитное поле — непременное условие для существования жизни. Оно представляет собой единственную защиту от убивающей радиации Солнца. По одной из гипотез истории Марса, у него в далекой древности были моря и воздух, но потом что-то сильно его ударило и лишило магнитного поля. Атмосферу снесло солнечным ветром, океан, тогда существовавший, усох, и сегодня он непригоден для жизни.

О магнитах и их силе люди, наверное, знали, чуть ли не с момента появления у них разума. Самый первый компас — сынань — был изобретен в Китае еще в третьем веке до н.э. Однако «по-настоящему» магнитное поле люди начали изучать лишь в Средние века. В 1269 году французский ученый Петр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» — по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя Уильям Гилберт Колчестер, заложивший основы магнетизма как науки, впервые определенно заявил, что сама Земля является магнитом. В XVIII-XIX веках ученые доказали, что у магнита обязательно должно быть два полюса, а также то, что электрический ток может порождать магнитное поле и наоборот. Ампер, Фарадей, Кельвин и Максвелл завершили классическое описание электромагнитного поля.

Изображение: NASA

Угрожает ли человечеству аномальная вмятина в магнитном поле Земли?

Ученые заметили, что аномальная «дыра» в магнитном поле Земли понемногу растет и двигается. Ее изучением занимаются специалисты NASA. Исследователи отмечают, что аномалия мешает работе спутников. Стоит ли бояться ослабления магнитного поля Земли и могут ли из-за этого поменяться местами север и юг – разбирался обозреватель Николай Гринько.

Фото: depositphotos/Petrovich99

Возможно, вы будете удивлены, но магнитное поле Земли необходимо нам не только для того, чтобы стрелка компаса показывала на север. Скорее, наоборот: ориентация на географические полюса Земли – это побочное (и даже случайное) явление.

На самом деле магнитное поле – это едва ли не главнейшая причина того, что на нашей планете вообще возможна жизнь. Дело в том, что магнитосфера, окружающая земной шар, представляет собой настоящую ловушку для протонов и нейтронов и по этой причине не подпускает к Земле потоки космических частиц.

Магнитное поле защищает нас от космической (в первую очередь солнечной) радиации.

В том, насколько это важно, можно убедиться на примере Марса. По мнению ученых, у Красной планеты когда-то было довольно сильное магнитное поле, но со временем угасло – сегодня оно примерно в 500 раз слабее земного. Защиты от ионизирующего излучения не стало, и в результате космический ветер просто-напросто «сдул» с Марса большую часть его атмосферы. Именно поэтому на планете нет жидкой воды: из-за низкого атмосферного давления она может присутствовать там только в виде льда или газа.

При этом марсианский радиационный фон в 13 раз выше, чем на Земле, и это притом, что орбита Марса пролегает почти на 100 миллионов километров дальше от Солнца, чем земная. Итог: если на Марсе когда-то и была жизнь, то отсутствие магнитного поля уничтожило ее.

Но вернемся на Землю. Источник нашего магнитного поля находится глубоко под поверхностью планеты – это жидкое внешнее ядро Земли, состоящее в основном из расплавленных железа и никеля. Его толщина около 2 000 километров, а постоянное движение жидких металлов и генерирует магнитное поле – сильное и достаточно равномерное. Но над ядром, в земной коре часто встречаются месторождения магнитных пород, которые экранируют, снижают или усиливают основное поле. В результате этого в таких местах образуются магнитные аномалии – тоже довольно стабильные.

Но над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана ученые обнаружили в поле необычно слабое место, которое назвали Южно-Атлантической аномалией (или SAA). От прочих оно отличается тем, что постоянно (пусть и очень медленно) перемещается. На основании этих данных исследователи сделали вывод, что аномалия вызвана не магнитными породами, а процессами, происходящими в жидком ядре планеты. В районе SAA напряженность магнитного поля ниже обычного; ученые называют это вмятиной.

В результате защита от космических частиц тут снижена и солнечная радиация легче достигает поверхности Земли.

Пока аномалия не оказывает заметного влияния на жизненные процессы, но небольшое повышение уровня излучения мешает спутникам – именно поэтому за изучение «вмятины» взялись специалисты космического агентства NASA. Дело в том, что многие космические аппараты (включая даже МКС) при движении по орбитам проходят через Южно-Атлантическую аномалию и в этот момент подвергаются усиленной бомбардировке заряженными частицами.

Несмотря на то что вероятность сбоя при попадании частицы в какой-нибудь электронный компонент ничтожно мала, при прохождении через SAA все же приходится на всякий случай отключать некоторые системы (чаще всего – второстепенные). Но, например, космический телескоп «Хаббл» в этом районе отключается полностью: его тонкие инструменты вообще не способны работать при таком уровне излучения.

Общий тон научных публикаций по этому поводу таков: аномалия довольно неплохо изучена, меры предосторожности принимаются, заметного влияния на поверхность нет, волноваться не о чем. Звучит обнадеживающе. Хотя…

Читайте также

Магнитное поле — урок. Физика, 8 класс.

Одним из свойств электрического тока является магнитное поле, оно возникает при протекании тока по проводнику.

Пример:

При прохождении тока по двум параллельно расположенным проводникам между проводниками возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Действие этих сил может привести к деформации проводников (см. рисунок).

Для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку.

Обрати внимание!

У магнитной стрелки есть два полюса — северный (обозначается буквой \(N\), окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой \(S\), окрашен в красный цвет).

Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на заостренный коней иглы или булавки, чтобы она могла свободно поворачиваться вокруг своей оси (в горизонтальной плоскости).

Проведем опыт, который первым реализовал Эрстед в 1820 году.

 Эрстед Ханс Кристиан

Для опыта понадобится источник тока, реостат, ключ, провода и магнитная стрелка на подставке. В начальный момент магнитная стрелка располагается под проводом параллельно ему.

При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Опыт Эрстеда подтверждает существование вокруг проводника с электрическим током магнитного поля, которое и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Обрати внимание!

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Опыт Эрстеда устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. О существовании такой связи догадывались ещё первые исследователи, которых поражала аналогия электрических и магнитных явлений, например, притягивание и отталкивание: в электричестве — разноимённых и одноимённых зарядов, а в магнетизме — разноимённых и одноимённых полюсов.

Таким образом, подводя итог выше сказанному, заполним таблицу:

неподвижные электрические заряды создают

движущиеся электрические заряды создают

Поле

 электрическое

электрическое и магнитное

Это означает, что вокруг проводника с током (т.е. движущихся зарядов) существует как электрическое, так и магнитное поле. Поэтому электрический ток считают источником  магнитного поля.

Инверсию магнитного поля Земли обвинили в вымирании неандертальцев


«Цепочка наших рассуждений об этом событии выстраивается от находки 2019 года в Новой Зеландии – окаменелого дерева каури. Благодаря исследованию его годичных колец мы уточнили датировку [события Лашамп] и смогли синхронизовать данные от разных источников», – рассказал один из авторов работы, сотрудник СПбГУ и Физико-метеорологической обсерватории Давоса Евгений Розанов.


В центре исследования было так называемое событие Лашамп – кратковременное изменение магнитного поля Земли, датировку которого ученые знали лишь примерно – 41,4±2 тыс. лет назад. Ранее исследователи не знали, как это событие повлияло на жизнь на планете. Окаменевшее дерево каури (Agathis australis), найденное в 2019 году в Новой Зеландии, дало им такую возможность.


Оно застало большую часть события Лашамп, поэтому исследование годовых колец этого дерева рассказало ученым об особенностях окружающей среды той эпохи. Исследователи сопоставили эти данные с хроникой изменения магнитного поля, которая сохранилась в горных породах, следами космического излучения во льдах Антарктиды и Гренландии и другими природными факторами. Кроме того, авторы работы воспользовались компьютерной моделью атмосферы нашей планеты.


Они пришли к выводу, что во время события Лашамп магнитное поле Земли уменьшалось в течение примерно полутора тысяч лет. Из-за этого до поверхности планеты добиралось больше космического излучения, чем раньше.


Примерно тем же временем датируются первые образцы наскальной живописи, сделанные охрой. Ученые связывают эти два факта: неандертальцы и Homo sapiens могли чаще прятаться от ультрафиолетового излучения в пещерах, а охру применять сперва для защиты от солнечного света, и уже потом – для отпечатков ладоней и рисунков на стенах пещер.


Другим последствием инверсии магнитных полюсов могло быть вымирание неандертальцев, а также других видов животных и растений.


Некоторые ученые считают, что сейчас северный магнитный полюс движется примерно с той же скоростью, что и во время события Лашамп. Авторы исследования опасаются, что если нечто похожее произойдет в ближайшее время, последствия могут быть катастрофическими, ведь атмосфера Земли и так перенасыщена парниковыми газами. Поэтому они, кроме прочего, призывают снизить выбросы углекислого газа до того, как подобная событию Лашамп катастрофа произойдет снова. 

Происхождение магнитного поля Земли остается загадкой | MIT News

Микроскопические минералы, извлеченные из древнего обнажения Джек-Хиллз в Западной Австралии, были предметом интенсивных геологических исследований, поскольку они, похоже, несут на себе следы магнитного поля Земли, появившиеся еще 4,2 миллиарда лет назад. Это почти на 1 миллиард лет раньше, чем предполагалось, когда возникло магнитное поле, и почти во времена образования самой планеты.

Но какой бы интригующей ни была эта история происхождения, команда под руководством Массачусетского технологического института нашла доказательства обратного. В статье, опубликованной сегодня в Science Advances, команда исследователей исследовала кристаллы того же типа, называемые цирконами, которые были обнаружены в том же обнажении, и пришла к выводу, что собранные ими цирконы ненадежны в качестве регистраторов древних магнитных полей.

Другими словами, до сих пор не решено, существовало ли магнитное поле Земли раньше, чем 3,5 миллиарда лет назад.

«Нет убедительных доказательств наличия магнитного поля до 3.5 миллиардов лет назад, и даже если бы там было месторождение, было бы очень сложно найти доказательства его существования в цирконах Джека-Хиллса », — говорит Кауэ Борлина, аспирантка Департамента земных, атмосферных и планетарных наук Массачусетского технологического института (EAPS). . «Это важный результат в том смысле, что мы знаем, чего больше не искать».

Борлина является первым автором статьи, в которую также входят профессор EAPS Бенджамин Вайс, главный научный сотрудник Эдуардо Лима и научный сотрудник Джахандар Рамезан из Массачусетского технологического института, а также другие сотрудники из Кембриджского университета, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университет Алабамы и Принстонский университет.

Возбужденное поле

Считается, что магнитное поле Земли играет важную роль в обеспечении обитаемости планеты. Магнитное поле не только задает направление стрелок компаса, но и действует как своего рода щит, отражающий солнечный ветер, который в противном случае мог бы разъедать атмосферу.

Ученые знают, что сегодня магнитное поле Земли создается за счет затвердевания жидкого железного ядра планеты. Охлаждение и кристаллизация ядра приводит в движение окружающее жидкое железо, создавая мощные электрические токи, которые создают магнитное поле, простирающееся далеко в космос.Это магнитное поле известно как геодинамо.

Многочисленные доказательства показали, что магнитное поле Земли существовало по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Однако считается, что ядро ​​планеты начало затвердевать всего 1 миллиард лет назад, а это означает, что магнитное поле должно было быть вызвано каким-то другим механизмом до 1 миллиарда лет назад. Уточнение того, когда именно сформировалось магнитное поле, могло помочь ученым с самого начала выяснить, что его породило.

Борлина говорит, что происхождение магнитного поля Земли может также пролить свет на ранние условия, в которых зародились первые формы жизни на Земле.

«В первый миллиард лет Земли, между 4,4 и 3,5 миллиардами лет, именно тогда зарождалась жизнь», — говорит Борлина. «Наличие магнитного поля в то время имеет разные последствия для окружающей среды, в которой на Земле зародилась жизнь. Это мотивация нашей работы ».

«Не могу доверять циркону»

Ученые традиционно использовали минералы в древних породах для определения ориентации и интенсивности магнитного поля Земли во времени. По мере образования и охлаждения горных пород электроны в отдельных зернах могут смещаться в направлении окружающего магнитного поля.Как только горная порода остывает до определенной температуры, известной как температура Кюри, ориентация электронов, так сказать, устанавливается в камне. Ученые могут определить свой возраст и использовать стандартные магнитометры для измерения их ориентации, оценки силы и ориентации магнитного поля Земли в данный момент времени.

С 2001 года Вайс и его группа изучают намагниченность горных пород и зерен циркона в Джек-Хиллз с непростой целью установить, содержат ли они древние записи магнитного поля Земли.

«Цирконы Джек-Хиллз — одни из самых слабомагнитных объектов, изученных в истории палеомагнетизма», — говорит Вайс. «Кроме того, эти цирконы включают самые старые из известных материалов Земли, а это означает, что существует множество геологических событий, которые могли бы сбросить их магнитные записи».

В 2015 году отдельная исследовательская группа, которая также начала изучать цирконы Джек-Хиллз, утверждала, что они нашли доказательства наличия магнитного материала в цирконах, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет — первое свидетельство того, что магнитное поле Земли могло существовать до 3.5 миллиардов лет назад.

Но Борлина отмечает, что команда не подтвердила, действительно ли обнаруженный ими магнитный материал образовался во время или после образования кристалла циркона 4,2 миллиарда лет назад — цель, которую он и его команда взяли на себя в своей новой статье.

Борлина, Вайс и их коллеги собрали породы на том же обнажении Джека Хиллз и из этих образцов извлекли 3754 зерна циркона, каждое около 150 микрометров в длину, что примерно равно ширине человеческого волоса. Используя стандартные методы датирования, они определили возраст каждого зерна циркона, который колебался от 1 миллиарда до 4 лет.2 миллиарда лет.

Около 250 кристаллов были старше 3,5 миллиардов лет. Команда изолировала и визуализировала эти образцы, ища признаки трещин или вторичных материалов, таких как минералы, которые могли отложиться на кристалле или внутри него после того, как он полностью сформировался, и искала доказательства того, что они значительно нагреваются за последние несколько миллиардов. лет с момента их образования. Из этих 250 они идентифицировали только три циркона, которые были относительно свободны от таких примесей и, следовательно, могли содержать подходящие магнитные записи.

Затем команда провела подробные эксперименты с этими тремя цирконами, чтобы определить, какие виды магнитных материалов они могут содержать. В конце концов они определили, что магнитный минерал под названием магнетит присутствует в двух из трех цирконов. Используя квантовый алмазный магнитометр высокого разрешения, команда исследовала поперечные сечения каждого из двух цирконов, чтобы отобразить расположение магнетита в каждом кристалле.

Они обнаружили магнетит, лежащий вдоль трещин или поврежденных зон внутри цирконов.По словам Борлина, такие трещины — это пути, по которым вода и другие элементы попадают внутрь породы. Такие трещины могли пропускать вторичный магнетит, который оседал в кристалле намного позже, чем когда первоначально образовался циркон. В любом случае, говорит Борлина, доказательства очевидны: эти цирконы нельзя использовать в качестве надежных регистраторов магнитного поля Земли.

«Это свидетельство того, что мы не можем доверять этим измерениям циркона для регистрации магнитного поля Земли», — говорит Борлина. «Мы показали это до 3.5 миллиардов лет назад мы до сих пор не знаем, когда возникло магнитное поле Земли ».

«Для меня эти результаты вызывают большие сомнения в способности цирконов Джека Хиллса достоверно регистрировать интенсивность палеомагнитного поля до 3,5 миллиардов лет», — говорит Энди Биггин, профессор палеомагнетизма Ливерпульского университета, не участвовал в исследовании. «Тем не менее, эти дебаты, как палеомагнитный эквивалент Брексита, бушуют с 2015 года, и я был бы очень удивлен, если бы это было последнее слово по этому поводу.Практически невозможно доказать отрицание, и ни методы, ни интерпретации не подлежат сомнению ».

Несмотря на эти новые результаты, Вайс подчеркивает, что предыдущие магнитные анализы этих цирконов все еще очень ценны.

«Команда, которая сообщила о первоначальном магнитном исследовании циркона, заслуживает большой похвалы за попытку решить эту чрезвычайно сложную проблему», — говорит Вайс. «В результате всей работы обеих групп мы теперь намного лучше понимаем, как изучать магнетизм древних геологических материалов.Теперь мы можем начать применять эти знания к другим минеральным зернам и зернам с других планетных тел ».

Это исследование частично поддержано Национальным научным фондом.

8. Статические магнитные поля, подобные тем, которые используются в медицинской визуализации

8. Статические магнитные поля, подобные тем, которые используются в медицинской визуализации
  • 8.1 Каковы источники статических магнитных полей?
  • 8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?
8.1 Каковы источники статических магнитных полей?

МРТ-сканеры
используют статические магнитные поля.
Кредит:
Касуга Хуанг

Магнитное поле — это
силовое поле, созданное магнитом или как следствие
движение обвинений
(поток электричества).Величина (интенсивность) магнитного
поле обычно измеряется в
Тесла (Т или мТл).

Статические магнитные поля делают
не меняются со временем и поэтому не имеют частоты
(0 Гц). Примерами являются
поля, создаваемые постоянным магнитом или
Магнитное поле Земли.

Искусственная статика
магнитные поля
генерируется везде, где используется электричество в виде
постоянный ток (DC), например
как в некоторых системах железной дороги и метро, ​​в промышленных процессах, таких как
как производство алюминия, хлорно-щелочной процесс и газ
сварка.

Количество искусственных источников таких полей ограничено,
но есть быстрое развитие новых технологий, производящих
статические поля. Количество людей с имплантированным металлом
устройства, такие как кардиостимуляторы, на которые может воздействовать статический
магнитные поля также
растет.

Одно известное применение сильной статики
магнитные поля
Магнитно-резонансная томография
(МРТ), который обеспечивает
трехмерные изображения мягкого тела
ткани, такие как мозг и
спинной мозг.Этот метод медицинской визуализации использует очень
мощные постоянные магниты, которые могут привести к сильной засветке
уровни как для пациентов, так и для операторов.

Предыдущие оценки здоровья в основном смотрели на воздействие
только статические поля, но многие приложения, особенно
МРТ, может привести к облучению
к сильным статическим полям в сочетании с радиочастотой и
другие поля.Таким образом, недавние исследования начали рассматривать
различные комбинации полей и их потенциальные эффекты.

Подробнее …

8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?

Имеется мало исследований о воздействии на человеческие популяции.
статических полей и имеющихся свидетельств недостаточно, чтобы
сделать какие-либо выводы о потенциальных последствиях воздействия на здоровье
к статике
магнитные поля.

Большое количество экспериментальных исследований по
клеточные культуры были
проводится с целью обнаружения биологических эффектов статического
магнитные поля.
Экспериментальными данными установлено, что статические магнитные поля
может привести к изменению ориентации приложенных сил
на биологические молекулы и
клеточные компоненты с магнитными свойствами, такие как
гемоглобин,
родопсин (визуальный
пигмент), свободные радикалы и оксид азота.Такие изменения могут
влияют на эти биологические молекулы.

Исследования с участием добровольцев указывают на возможные мгновенные
влияние на функционирование нейронов при движении через статический
магнитное поле или поле
градиент, используемый в клинической практике.Эти исследования нуждаются в
подтверждение.

Недавние исследования на животных подтверждают ранее сделанные выводы о том, что статический
магнитные поля нескольких
milliteslas (mT) может оказывать прямое воздействие на нейроны. Исследования по
клеточные культуры также показывают
что воздействие статических магнитных полей в диапазоне миллитесла
может изменить свойства мембраны.Эти изменения могут привести к
изменения в функционировании нейронов, хотя эффекты кажутся
обратимый.

Исследования по снижению боли у животных при воздействии статического электричества.
магнитные поля в
Миллитесла интересны. Вопрос в том,
грызуны являются адекватной моделью для человека в этом отношении, поскольку
не наблюдалось уменьшения боли у людей после воздействия
статические магнитные поля в 10 раз сильнее.

Недавние эксперименты на животных показывают влияние статических полей на
кровоток, рост сосудов, а также на рост и развитие,
но некоторые результаты противоречивы и не проясняют смешанные
результаты предыдущих исследований.

Статические поля, похоже, влияют на выражение
специфические гены в
клетки человека и другие
млекопитающих, и эти эффекты могут зависеть от продолжительности воздействия и
градиенты поля.Повреждение
генетический материал был
сообщили, хотя кажется, что эти эффекты можно исправить
и не являются постоянными.

Хотя в 2007 г. было опубликовано изрядное количество исследований,
2008 г., по-прежнему отсутствуют адекватные данные для надлежащего
оценка риска статического
магнитные поля.Более
необходимы исследования, особенно для выяснения многих смешанных и
иногда противоречивые результаты.

Кратковременные эффекты наблюдались в первую очередь на сенсорном
функции при остром облучении. Однако нет последовательного
доказательства устойчивых
неблагоприятные последствия для здоровья от
кратковременное воздействие до нескольких тесла.Подробнее …

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли


Магнитное поле Земли


У Земли есть сильное магнитное поле, что является историческим фактом.
важность из-за роли магнитного компаса в исследовании
планета.

Структура поля

Силовые линии, определяющие структуру магнитного поля
аналогичны таковым у простого стержневого магнита, как показано на следующем
фигура.


Магнитное поле Земли и радиационные пояса Ван Аллена

Хорошо известно, что ось магнитного поля наклонена относительно
ось вращения Земли. Таким образом, истинный север (определяемый направлением на
северный полюс вращения) не совпадает с
магнитный север (определяется направлением на северный магнитный полюс)
и направления компаса должны корректироваться на фиксированную величину на
заданные точки на поверхности Земли для определения истинного направления.

Радиационные ремни Van Allen

Фундаментальный
свойство магнитных полей состоит в том, что они действуют на движущиеся электрические
обвинения.
Таким образом, магнитное поле может улавливать
заряженные частицы
такие как электроны
и протоны, поскольку они вынуждены выполнять

спиралевидное движение вперед и назад
вдоль линий поля.

Как показано на рисунке рядом, заряженный
частицы отражаются в «точках зеркала», где силовые линии сближаются
вместе, и спирали затягиваются. Один из первых плодов раннего космоса
исследование было открытием в конце 1950-х годов, что Земля окружена
две области с особенно высокой концентрацией заряженных частиц, называемые
Радиационные пояса Ван Аллена.

Внутренний и внешний ремни Ван Аллена имеют
показано на верхнем рисунке. Первичный источник этих заряженных
частицы это

поток частиц
исходящий от Солнца, который мы называем

Солнечный ветер. Как мы увидим в следующем разделе,
заряженные частицы, захваченные в ловушку Земли
магнитное поле несут ответственность за
Аврора
(Северное и южное сияние).

Происхождение магнитного поля

Магнитные поля создаются движением электрических зарядов.Например,
магнитное поле стержневого магнита возникает в результате движения отрицательно
заряженные электроны в магните. Происхождение магнитного поля Земли
не полностью изучен, но считается, что он связан с электрическими
токи
создается за счет сочетания конвективных эффектов и вращения
во вращающейся жидкости металлический внешний сердечник из железа и никеля. Этот механизм
называется динамо-эффектом.

Породы, образовавшиеся из расплавленного состояния, содержат индикаторы магнитного
поле в момент их застывания.Изучение таких «магнитных»
окаменелости «указывает на то, что магнитное поле Земли меняет свое направление на противоположное каждый
миллионов лет или около того (северный и южный магнитные полюса меняются местами). Это но
одна деталь магнитного поля, которая не совсем понятна.

Магнитосфера Земли

Упомянутый выше солнечный ветер представляет собой поток ионизированных газов, который дует наружу.
от Солнца со скоростью около 400 км / сек, и интенсивность этого сигнала меняется в зависимости от
количество поверхностной активности на Солнце. Магнитное поле Земли экранирует его.
от большей части солнечного ветра.Когда солнечный ветер встречает магнитное поле Земли.
поле оно отклоняется, как вода, вокруг носовой части корабля, как показано на соседнем
изображение
(Источник).

Воображаемый
поверхность, на которой в первую очередь отклоняется солнечный ветер, называется
ударная волна. Соответствующая область пространства за носом
толчок и окружающий Землю называется

магнитосфера; Это
представляет собой область космоса, в которой доминирует магнитное поле Земли в
ощущение, что это в значительной степени препятствует проникновению солнечного ветра.Однако некоторые
высокая энергия
заряженные частицы солнечного ветра проникают в магнитосферу и являются
источник заряженных частиц, захваченных в поясах Ван Аллена.

Можете ли вы создать магнитное поле удаленно?

T WO CENTURIES назад Датский физик Ганс Кристиан Эрстед продемонстрировал, что движение электрического заряда создает магнетизм. Это было первое наблюдение широкомасштабного явления. Заряженные облака частиц, которые плавают в космосе, при своем движении создают огромные межзвездные магнитные поля.Выплескивание расплавленного металла в ядре Земли создает северный и южный магнитные полюса планеты. Даже возбуждение нервных клеток в человеческом мозге создает ничтожное количество магнетизма.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

Повсеместное распространение таких электрически генерируемых магнитных полей, тем не менее, создает проблемы, начиная от прагматических до эзотерических. Например, врачи, просматривающие снимки MRI , должны компенсировать фоновый магнетизм.Между тем экспериментаторам, проводящим прецизионные тесты, возможно, придется построить сложные экраны, чтобы скрыть магнитный эффект чего-то столь же простого, как электрический провод, проходящий через стену их лаборатории.

Тогда было бы полезно иметь возможность управлять, ограничивать или формировать магнитные поля на расстоянии. Полезно, но, видимо, невозможно. В 1842 году британский физик Сэмюэл Эрншоу математически продемонстрировал, что максимальная напряженность магнитного поля не может находиться вне его источника.Другими словами, каждое такое поле должно окружать объект, который его порождает, и исходить от него. И так было до тех пор, пока Роза Мах-Батль из Автономного университета Барселоны не нашла способ обойти выводы Эрншоу. На самом деле она не доказала, что он был неправ. Но она показала, что несколько магнитных полей, каждое из которых подчиняется теореме Ирншоу по отдельности, могут коллективно обойти это.

Как они описывают в Physical Review Letters, доктор Мах-Батль и ее коллеги реализовали свой трюк удивительно простым способом, расположив 20 прямых проводов рядом друг с другом в форме цилиндра высотой 40 см и диаметром 8 см с 21-я, проходящая через центр цилиндра.Когда они пропустили электрический ток через все 21 провод, сложный узор из линий магнитного поля расцвел в окружающей области, образуя формы, которые менялись в зависимости от силы и направления отдельных токов.

Выбрав правильную комбинацию токов, исследователи обнаружили, что они смогли создать рисунок поля, который исходит от виртуальной версии 21-го провода, проходящего не через середину цилиндра, а, скорее, на 2 см снаружи. Другими словами, если бы устройство, производящее генерацию, было защищено от наблюдателя, в стиле Волшебника страны Оз, занавесом, это выглядело бы для этого наблюдателя так, как будто это поле появляется из ниоткуда.

Переход от демонстрации доктора Мах-Батля к чему-то, что можно было бы использовать на практике для управления удаленными магнитными полями, будет долгим путешествием. Но если этот путь удастся совершить, потенциальные приложения выходят далеко за рамки очистки нечетких сканов MRI . Дистанционно создаваемые поля такого рода могут использоваться для направления медицинских наноботов через кровоток для доставки лекарств в определенную ткань или для направления их к злокачественной опухоли и удаленного повышения их температуры по прибытии, чтобы сварить ее до смерти. .Также, вероятно, найдутся приложения в квантовых вычислениях. Многие конструкции квантовых компьютеров основаны на улавливании атомов в определенных точках космоса — трудный подвиг, который можно было бы упростить с помощью этой ловкости рук.

Уловка еще требует доработки. Для достижения таких желаемых приложений команде необходимо уметь моделировать сложные магнитные поля в трех измерениях. В настоящее время, ограниченные имитацией поля, создаваемого одним электрическим проводом, они не могут этого сделать. Но стоит помнить, что первоначальный эксперимент Эрстеда, из которого в конечном итоге произошла вся электротехника, был еще проще.В нем использовались только батарея, магнитный компас и единственный провод. Из маленьких желудей вырастают большие дубы. ■

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Вне левого поля»

Потоки лавы раскрывают ключи к разгадке инверсий магнитного поля

Древние потоки лавы помогают лучше понять, что генерирует и контролирует магнитное поле Земли, а также что может заставить его иногда менять направление.

Основное магнитное поле, создаваемое турбулентными токами в глубинах расплавленного железа внешнего ядра Земли, периодически меняет свое направление, так что стрелка компаса будет указывать на юг, а не на север.Такие смены полярности происходили сотни раз с нерегулярными интервалами на протяжении всей истории планеты — последний раз около 780 000 лет назад, — но ученые все еще пытаются понять, как и почему.

Новое исследование древних вулканических пород, опубликованное в выпуске журнала Science за 26 сентября, показывает, что второй источник магнитного поля может помочь определить, как и меняет ли основное поле направление на противоположное. Это второе поле, которое может возникать в мелком ядре чуть ниже каменистого слоя мантии Земли, становится важным, когда основное поле север-юг ослабевает, как это происходит до реверсирования, говорит Брэд Сингер, профессор геологии Университета Висконсин – Мэдисон.

Сингер объединился с палеомагнетиком Кеннетом Хоффманом, который исследовал инверсию поля более 30 лет, чтобы проанализировать потоки древней лавы с Таити и западной Германии, чтобы изучить прошлые модели магнитного поля Земли. Магнетизм богатых железом минералов в расплавленной лаве ориентируется по преобладающему полю, а затем фиксируется на месте, когда лава остывает и затвердевает.

«Когда потоки лавы извергаются и охлаждаются в магнитном поле Земли, они приобретают память о магнитном поле в то время», — говорит Сингер.«Очень трудно разрушить это в потоке лавы, когда она сформировалась. Затем у вас есть запись того, каким было направление палеополей на Земле ».

Хоффман из Калифорнийского политехнического государственного университета в Сан-Луис-Обиспо и UW-Мэдисон, и Сингер сосредотачиваются на скалах, которые содержат свидетельства времен ослабления основного поля север-юг, что является одним из признаков того, что полярность может поменять направление. Тщательно определив возраст этих лавовых потоков, они нанесли на карту мелкое ядро ​​поля во время нескольких «попыток обращения», когда основное поле ослабло в течение последнего миллиона лет.

В эти периоды времени ослабление основного поля обнаруживает «виртуальные полюса», области сильного магнетизма в мелком поле ядра. Например, Сингер говорит: «Если бы вы были на Таити во время этих извержений, стрелка вашего компаса указывала бы не на Северный полюс, не на Южный полюс, а на Австралию».

Ученые полагают, что поле мелкого ядра может играть роль в определении того, меняет ли полярность основного поля при ослаблении или оно восстанавливает свою силу без изменения полярности.«Картирование этого поля во время переходных состояний может дать ключ к пониманию того, что происходит в ядре Земли, когда поле ослабевает до точки, в которой оно может развернуться», — говорит Хоффман.

Текущие данные свидетельствуют о том, что мы приближаемся к одному из этих переходных состояний, потому что основное магнитное поле относительно слабое и быстро уменьшается, говорит он. В то время как последнее изменение полярности произошло несколько сотен тысяч лет назад, следующее может произойти всего через несколько тысяч лет.

«Прямо сейчас исторические записи показывают, что сила магнитного поля очень быстро падает. Судя по быстрому предсказанию, которое скрывается за конвертом, через 1500 лет поле будет столь же слабым, как и когда-либо, и мы можем войти в состояние обратной полярности », — говорит Сингер. «Одна из основных целей нашего исследования — предоставить некоторые возможности для прогнозирования того, что может произойти и что может быть признаком следующего разворота».

Исследования Хоффмана и Зингера в значительной степени поддерживаются грантами Национального научного фонда.

3. Каковы источники статических магнитных полей?

3. Каковы источники статических магнитных полей?

Компас, определяющий магнитное поле Земли

Статическое магнитное поле Земли связано с электрическими токами в ядре Земли. Его прочность на поверхности колеблется от 0,035 до 0,070 мТл. Некоторые виды животных используют это поле для ориентации и миграции.

Искусственное статическое магнитное поле создается везде, где электричество используется в форме постоянного тока (DC), например, в некоторых транспортных системах, работающих от электричества, в промышленных процессах, таких как производство алюминия и газовая сварка.Эти искусственные поля могут быть более чем в 1000 раз сильнее естественного магнитного поля Земли (до 60 мТл).

Изобретение сверхпроводников в 1970-х и 1980-х годах позволило использовать магнитные поля, более чем в 100 000 раз более сильные, чем естественное магнитное поле Земли (до 9400 мТл).

Такие поля используются в методах ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которые лежат в основе медицинских технологий визуализации, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ) и спектроскопия (MRS).

МРТ-сканер (3000 мТл)
Источник: Институт мозга Макнайта, штат Флорида.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет получать трехмерные изображения мягких тканей тела, таких как головной и спинной мозг. На сегодняшний день во всем мире было выполнено около 200 миллионов МРТ.

В клинических условиях сканеры МРТ обычно используют статические магнитные поля в диапазоне 200–3000 мТл. Эти поля создаются постоянными магнитами, протеканием постоянного тока (DC) через сверхпроводники и их комбинацией.В медицинских исследованиях для сканирования всего тела пациента используются поля до 9400 мТл.

Операторы МРТ-сканеров могут подвергаться воздействию значительных магнитных полей; уровни воздействия на консоли обычно составляют около 0,5 мТл, но могут быть выше. Рабочие могут подвергаться воздействию полей, превышающих 1000 мТл, во время создания и тестирования этих устройств или во время медицинских процедур, когда МРТ-сканирование выполняется до, во время и после вмешательства, такого как удаление опухоли головного мозга (интервенционная МРТ).

Кроме того, в нескольких исследовательских центрах по физике и высокоэнергетических технологиях используются сверхпроводники. В результате рабочие могут регулярно и в течение длительного времени подвергаться воздействию полей мощностью до 1500 мТл. Подробнее …

Электромагнитное излучение и поля

Электромагнитное излучение

Электромагнитное поле (ЭМП) генерируется при ускорении заряженных частиц, например электронов. Заряженные частицы в движении создают магнитные поля. Электрические и магнитные поля присутствуют вокруг любой электрической цепи, будь то электричество переменного (AC) или постоянного (DC) тока.Поскольку постоянный ток статичен, а переменный ток меняется по направлению, поля от источников постоянного и переменного тока существенно различаются. Статические поля, например, не вызывают токов в неподвижных объектах, в отличие от полей переменного тока. Статические магнитные поля не меняются во времени и, следовательно, не имеют частоты (0 герц [Гц]).

Наиболее известные магнитные эффекты возникают в ферромагнитных материалах, которые сильно притягиваются магнитными полями и могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами, которые сами создают магнитные поля.Лишь немногие вещества являются ферромагнитными; наиболее распространены железо, никель, кобальт и их сплавы.

Напряженность магнитного поля обычно измеряется в теслах (Тл или мТл) или гауссах (Гс). Бытовые магниты имеют силу порядка нескольких десятков миллитесла (1 мТл = 10 –3 Тл), а напряженность поля оборудования магнитно-резонансной томографии (МРТ) колеблется от 1,5 Тл до 10 Тл.

Статические электрические поля

Электрическое поле — это силовое поле, создаваемое притяжением и отталкиванием электрических зарядов, и оно измеряется в вольтах на метр (В / м).Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) создается зарядами, которые фиксируются в пространстве. Сила естественного статического электрического поля в атмосфере варьируется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другим источником статических электрических полей является разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий. В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля.Высоковольтные линии постоянного тока могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более.

Источники с напряженностью поля более 5-7 кВ / м могут создавать широкий спектр опасностей, таких как реакции вздрагивания, связанные с искровыми разрядами, и контактные токи от незаземленных проводников внутри поля.

Статические магнитные поля

Магнитное поле — это силовое поле, создаваемое магнитом или зарядами, которые движутся в устойчивом потоке, как при постоянном токе (DC). Статические магнитные поля оказывают притягивающее действие на металлические предметы, содержащие, например, железо, никель или кобальт.Количество феррита (форма железа) или мартенситной стали (особый тип сплава нержавеющей стали) в объекте влияет на его магнитную способность: чем больше количество этих компонентов, тем выше ферромагнетизм. Все типы нержавеющей стали серии 400 являются магнитными. Аустенитная сталь немагнитна. Большая часть, но не вся нержавеющая сталь серии 300 является аустенитной, а не магнитной.

Источники статических магнитных полей, обнаруженные в лаборатории Беркли, включают оборудование ядерного магнитного резонанса (ЯМР), системы МРТ, системы спектроскопии, ионные насосы, квадруполи и секступоли, изгибные магниты, сверхпроводящие магниты и криостаты.

Статические магнитные поля также могут стирать данные, хранящиеся на магнитных носителях или на полосах кредитных или дебетовых карт и бейджей.

Изменяющиеся во времени магнитные поля

Изменяющиеся во времени магнитные поля — это магнитные поля, которые меняют свое направление с постоянной частотой. Они могут индуцировать электрический ток в проводнике, присутствующем в этом поле, а также в теле человека. Изменяющиеся во времени магнитные поля создаются устройствами, использующими переменный ток, такими как антенны сотовых телефонов, микроволновые печи и т. Д.Общее эмпирическое правило состоит в том, что 1 Тл / сек может вызвать в теле около 1 микроампер на квадратный сантиметр (мкА / см 2 ).

Наведенные в теле токи могут вызвать местное нагревание и возможные ожоги, что является основным эффектом изменяющихся во времени полей. Причина — изменяющееся во времени поле высокой радиочастоты. Низкочастотные поля обычно не вносят большого вклада в этот эффект.

Источники электромагнитного излучения

Статические магнитные поля создаются магнитами или потоком постоянного тока.Они также могут быть произведены из многих природных источников. Естественные источники статических электрических полей включают атмосферу Земли во время шторма, заряд, возникающий при перемещении по ковру, и «статическое прилипание» одежды. Земля имеет электрическое поле около 130 В / м у поверхности из-за разделения зарядов между Землей и ионосферой. Направлен вертикально. Земля и ионосфера вместе образуют сферический конденсатор, причем двумя проводящими поверхностями являются земля и верхняя атмосфера.Эта разница потенциалов поддерживается за счет молнии, которая несет на землю отрицательные заряды.

Земля сама по себе имеет естественное статическое магнитное поле, которое используется для навигации по компасу. Токи, протекающие глубоко в ядре Земли, создают естественные статические магнитные поля на поверхности Земли. Земля имеет статическую плотность магнитного потока в среднем 0,5 Гс с наименьшей напряженностью поля на экваторе и наибольшей на магнитных полюсах.

Общие источники статических магнитных полей включают постоянные магниты (которые используются в бытовой технике, игрушках и медицинских устройствах), приборы с батарейным питанием, сканеры МРТ, некоторые электрифицированные железнодорожные системы и определенные промышленные процессы.

Сверхпроводящие магниты

Схематическое изображение магнитного поля, создаваемого индуцированным током.

Сверхпроводящий магнит — это электромагнит, сделанный из катушек сверхпроводящего провода. Во время работы их необходимо охлаждать до криогенных температур. В сверхпроводящем состоянии провод может проводить гораздо большие электрические токи, чем обычный провод, создавая сильные магнитные поля. Сверхпроводящие магниты используются в сканерах МРТ в больницах и в научном оборудовании, таком как спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометры и ускорители частиц.

Сверхпроводящие магниты, такие как оборудование для ЯМР и МРТ, представляют особую угрозу безопасности. Эти проблемы включают криогенную безопасность, сильные магнитные поля и возможность создания атмосферы с дефицитом кислорода. Самый высокий потенциал для наиболее серьезных из этих опасностей существует во время запуска магнита, наполнения криогенным веществом и работ по техническому обслуживанию. После того, как магниты работают и магнитные поля установлены, риски минимальны, если операторы, обслуживающий персонал, пациенты и / или посетители понимают пределы близости и процедуры, которым необходимо следовать при работе рядом с магнитом.

Ядерный магнитный резонанс

Пример системы ЯМР

В системе ЯМР используется статическое магнитное поле и радиочастотный импульс для выравнивания ядерных спинов в магнитном поле, чтобы максимизировать силу сигнала ЯМР. ЯМР-спектроскопия — это метод исследования, который использует магнитные свойства определенных атомных ядер и может предоставить подробную информацию о структуре, динамике, состоянии реакции и химическом окружении молекул.

ЯМР

— это сверхпроводящие магниты, которые обычно создают поля сердечника от 0.От 15 до 20 Т. Интенсивность этих полей уменьшается по мере удаления от ядра. Исследовательские ЯМР более мощные, чем медицинские устройства, но их области меньше по объему, сфокусированы и быстро исчезают, что упрощает защиту персонала.

Советы по безопасности при использовании ЯМР

Магнитно-резонансная томография

Типичный медицинский сканер МРТ

Метод МРТ используется в радиологии для создания изображений органов тела для диагностической визуализации. МРТ-сканирование основано на науке ЯМР с использованием сильных магнитных полей, радиоволн и градиентов поля для создания изображений органов в теле.Сканер МРТ состоит из большого мощного магнита, в котором лежит пациент. Радиоволновая антенна используется для передачи сигналов телу, а затем приема сигналов обратно. Эти возвращаемые сигналы преобразуются в изображения компьютером, подключенным к сканеру. Изображение практически любой части тела можно получить в любой плоскости.

Большинство клинических магнитов — это сверхпроводящие магниты, для которых требуется жидкий гелий. Сила магнитного поля МРТ колеблется от 0,15 Тл до 4 Тл. Сверхпроводящие магниты на 1.5 Тл и выше позволяют получать функциональные изображения головного мозга и МР-спектроскопию с улучшенным временным и пространственным разрешением. Такие магниты создают дополнительные проблемы из-за радиочастотного (RF) нагрева объекта.

Советы по безопасности при использовании МРТ

Ионные насосы

Пример распылительного ионного насоса

Ионный насос (также называемый распылительным ионным насосом) представляет собой тип вакуумного насоса, способный достигать давления до 10 −11 миллибар (мбар) в идеальных условиях. Ионный насос ионизирует газ внутри сосуда, к которому он прикреплен, и использует сильный электрический потенциал, обычно 3–7 кВ, что позволяет ионам ускоряться и захватываться твердым электродом и его остатками.

Три основных типа ионных насосов — это обычный или стандартный диодный насос, благородный диодный насос и триодный насос.

Базовая конструкция состоит из двух электродов (анодного и катодного) и магнита. Ионные насосы обычно используются в системах сверхвысокого вакуума (UHV), поскольку они могут достигать предельного давления менее 10 −11 мбар. В отличие от других распространенных сверхвысококачественных насосов, таких как турбомолекулярные и диффузионные насосы, ионные насосы не имеют движущихся частей и не используют масло.Поэтому они чистые, не требуют особого ухода и не производят вибрации. Эти преимущества делают ионные насосы хорошо подходящими для использования в сканирующей зондовой микроскопии и других высокоточных приборах. Кроме того, они не нуждаются в запекании и предназначены для минимизации паразитного магнитного поля.

Большинство ионных насосов, установленных на лучевых линиях ALS, имеют линию 5 G в пределах 20–30 см от поверхности.

Влияние на здоровье

Физические и биологические эффекты в статических электрических и магнитных полях

Безусловно, наиболее важным эффектом является притяжение магнитных объектов в теле или на теле магнитным полем.Такие предметы, как кардиостимуляторы, хирургические зажимы и имплантаты, планшеты, инструменты, украшения, часы, швабры, ведра, ножницы и винты, были задокументированы как потенциальные опасности. Даже маломощные предметы могут стать опасными при движении на высокой скорости. Большая часть этого опыта была получена с помощью медицинских систем МРТ. Магнитные объекты будут пытаться выровняться с линиями магнитного поля. Если имплантированный объект попытается сделать это, крутящий момент может вызвать серьезную травму.

Современные кардиостимуляторы предназначены для тестирования или перепрограммирования с использованием небольшого магнитного поля, внешнего по отношению к телу.Статические поля могут замкнуть герконы и вызвать переход кардиостимулятора в режим тестирования, перепрограммирования, обхода и другие режимы работы с возможной травмой.

На основании данных использования МРТ статические поля могут оказывать небольшое обратимое влияние на данные электрокардиограммы. Причина — взаимодействие движущейся крови (проводящей среды) и поля в сердце. Эффект минимален (ниже примерно 2 Тл) и не считается проблемой.

Имеющаяся в настоящее время информация не указывает на какие-либо серьезные последствия для здоровья в результате острого воздействия статических магнитных полей до 8 Тл, но это может привести к потенциально неприятным эффектам, таким как головокружение во время движений головы или тела.Степень этих ощущений во многом зависит от индивидуальных факторов, таких как личная предрасположенность к укачиванию и скорость передвижения в поле.

Физические и биологические эффекты в изменяющихся во времени и индуцированных электрических полях

Эффекты изменяющихся во времени полей аналогичны эффектам статических полей. В таком поле могут возникать небольшие токи, обычно отсутствующие в теле. Обычно это не вызывает беспокойства, но они могут вызывать головокружение и сенсорные ощущения, такие как тошнота, металлический привкус во рту и слабые мерцающие зрительные ощущения (магнитофосфены).Пользователи кардиостимуляторов также могут подвергаться риску. Индуцированные токи могут привести к неправильному запуску кардиостимулятора или даже к предотвращению стимуляции, когда это действительно необходимо. Наведенные токи могут вызвать локальный нагрев, который является основным эффектом изменяющихся во времени полей.

Основным взаимодействием низкочастотных изменяющихся во времени электрических и магнитных полей с телом человека является индукция электрического поля и токов в соответствии с законом Фарадея: E = πfrB, где E — электрическое поле, f — частота, r — радиус петли, перпендикулярной магнитному полю, а B — плотность магнитного потока.Чем больше радиус r, тем больше электрическое поле и ток. У человека наибольший радиус по периметру тела.

Сообщалось о стимуляции нервной и мышечной ткани при 50–500 мТл (500–5000 G). Выше 500 мТл (5000 G) индуцированные токи могут нарушить сердечный ритм или вызвать фибрилляцию желудочков. Все эти эффекты вызваны индуцированными токами (IRPA, 1990).

Пределы и оценка электромагнитного воздействия

ПДК ACGIH относятся к плотностям потока статического магнитного поля, которым, как считается, почти все рабочие могут подвергаться многократно изо дня в день без неблагоприятных последствий для здоровья.

ПДК для обычного (8-часового) профессионального воздействия статических магнитных полей перечислены в таблице 1. Работники с имплантированными ферромагнитными или электронными медицинскими устройствами не должны подвергаться воздействию статических магнитных полей, превышающих 0,5 мТл (5 G).

Таблица 1. TLV для статических магнитных полей

ПДК Описание
5 г Максимально допустимое поле для имплантированных кардиостимуляторов.
10 г Могут быть повреждены часы, кредитные карты, магнитная лента, компьютерные диски.
30 г Небольшие предметы из черных металлов представляют опасность с кинетической энергией.
20000 г (2 т) Предел потолка для всего тела (воздействие выше этого предела не допускается).
80 000 г (8 т) Целостность (специальная подготовка работников и контролируемая рабочая среда).
200,000 G (20T) Предел потолка для конечностей (воздействие выше этого предела не допускается).

Примечание. Время экспозиции, взвешенное по времени (TWA), обычно вызывает беспокойство только при очень сильном воздействии поля на все тело.

1 гаусс (Г) = 0,1 миллитесла (мТл)

Полный список TLV можно загрузить по указанной ниже ссылке: Полный список пороговых значений.

Пороговые предельные значения (ПДК)

Оценка воздействия

Для оценки опасности и оценки воздействия устройств, генерирующих ЭМП, необходимо выполнить измерение излучения ЭМП и сравнить его с соответствующими ПДК. Оценка должна выполняться во время установки устройства, генерирующего ЭДС, после изменения рабочих параметров, которое увеличивает опасность, или после ремонта, который может изменить рабочие параметры.Уже установленные, но не прошедшие оценку устройства следует оценивать при первой возможности. Если результаты первоначальных оценок значительно ниже ПДК, дальнейший мониторинг не требуется, если только деятельность не изменена так, чтобы ожидать увеличения воздействия. Если установлено, что результаты превышают уровни TLV или очень близки к TLV, периодический мониторинг следует проводить с частотой, достаточной для обеспечения адекватности мер контроля (обычно ежегодно).

Общие правила техники безопасности

Снаряды

Самая непосредственная опасность, связанная с магнитной средой, — это притяжение между магнитом и ферромагнитными объектами.Ферромагнитные металлические предметы могут стать летательными снарядами в сильном магнитном поле. Инструменты и баллоны со сжатым газом могут стать неконтролируемыми и лететь, как ракеты, к магнитам в областях, где существуют сильные статические поля и сильные градиенты поля (изменения напряженности поля на расстоянии). Механические опасности зависят от напряженности поля и градиента поля, а также от того, насколько быстро сила магнитного поля изменяется с расстоянием. Очевидная мера безопасности — не допустить попадания магнитных материалов в рабочую зону.

Никогда не помещайте какие-либо части тела между магнитом и незакрепленными металлическими предметами. Если большой объект притягивается к магниту и ударяется о магнит, выйдите из комнаты, так как это может вызвать гашение магнита. Сообщите своему руководителю. Если произошла травма, немедленно позвоните в службу 911.

Электронные и металлические имплантаты

Лица, носящие металлические имплантаты, такие как костные или суставные протезы, хирургические зажимы, гвозди или винты в сломанных костях, пирсинг или даже зубные пломбы, могут испытывать болезненные ощущения при воздействии сильных магнитных полей.Лица, оснащенные кардиостимуляторами, подвергаются особому риску, поскольку статические или импульсные магнитные поля могут влиять на рабочий режим их имплантированных устройств.

Проблемы с криогенным газом

Закалка

Квенч — это (обычно неожиданная) потеря сверхпроводимости в ЯМР-магните, приводящая к быстрому нагреву за счет увеличения сопротивления сильному току. Сверхпроводящий магнит содержит жидкий гелий и жидкий азот. Если магнит погаснет, значительный объем жидкого гелия превратится в газ.При гашении магнита сверхпроводящий магнит теряет способность к сверхпроводимости, и накопленная энергия выделяется в виде тепла, которое выкипает из жидкого гелия. Газообразный гелий выходит из магнитного дьюара и заполняет комнату сверху вниз (гелий легче воздуха) и образует облако под потолком. Тушение очевидно: над магнитом образуется большое облако паров гелия, сопровождаемое громким свистящим звуком, который может создать атмосферу с дефицитом кислорода. Если происходит тушение, немедленно покиньте комнату, включите пожарную сигнализацию, чтобы эвакуироваться из здания, и позвоните 911.

Закалка может сильно повредить магнит, и предметы из железа попадут в отверстие магнита.

Биоэффекты

Сверхпроводящие магниты, использующие жидкий гелий и / или азот, представляют дополнительную проблему безопасности при работе с криогенными жидкостями. Прямой контакт с кожей или тканями глаза может вызвать серьезные повреждения в результате обморожения (повреждение тканей от замерзания). Если обморожение тяжелое, возможно, потребуется ампутировать поврежденные ткани. Вдыхание концентрированных криогенных газов может вызвать потерю сознания и (в конечном итоге) смерть из-за кислородного голодания (удушье).

Вентиляция помещения

В целом, пять полных замен воздуха в помещении в час считается достаточным для борьбы с небольшими разливами или выбросами криогенов. В случае серьезного выброса персонал должен немедленно покинуть помещение и держать двери открытыми. Если существует риск катастрофического выброса, следует рассмотреть возможность использования вспомогательной вентиляции для предотвращения образования атмосферы с дефицитом кислорода.

Дьюарс

Емкости для перевозки криогенов должны быть металлическими.Стекло Дьюара может легко взорваться, что приведет к серьезным травмам. Все устройства Дьюара должны иметь соответствующие вентиляционные отверстия. Невентилируемые емкости могут разорваться, когда жидкость нагреется и расширится. Необходимо постоянно следить за всеми перемещениями криогенов, чтобы предотвратить проливание или замерзание клапанов.

Средства индивидуальной защиты

При работе с криогенами используйте изолирующие перчатки, маску для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытым носком и лабораторные халаты.

Проблемы электробезопасности

Источники питания

Хотя источники питания, используемые для магнитов ЯМР, работают при относительно низких напряжениях (прибл.10 В) используется очень большой ток (около 100 А). При контакте с тканями человека высокая сила тока чрезвычайно опасна.

Кабели, провода и соединители

Все кабели, провода и разъемы должны быть должным образом изолированы, чтобы предотвратить контакт с рабочим током. Их следует регулярно проверять, чтобы гарантировать целостность изоляции. Во избежание возникновения дуги никогда не разрывайте соединения, не отключив предварительно питание обрабатываемой цепи.

Блокировка, маркировка

При работе с оборудованием, которое приводится в действие опасным источником энергии, необходимо соблюдение процедур блокировки и маркировки.

Прочие вопросы безопасности

Противопожарная защита

Держите поблизости огнетушитель класса C на случай возгорания электрического тока. Перед попыткой тушения электрического пожара необходимо отключить питание. Весь персонал должен быть обучен процедурам противопожарной защиты и эвакуации.

Проблемы землетрясения

Магниты в сборе могут весить несколько тонн и должны быть закреплены, чтобы они не сдвинулись или опрокинулись во время землетрясения; при их размещении следует учитывать конструкционные стальные опоры.Источники питания также должны быть защищены, чтобы предотвратить движение во время землетрясения.

Акустический шум

Переключение градиентов поля вызывает изменение силы Лоренца, действующей на градиентные катушки, вызывая незначительные расширения и сжатия катушки. Поскольку переключение обычно происходит в слышимом диапазоне частот, возникающая в результате вибрация вызывает громкие шумы (щелчки, стук или звуковой сигнал). Это наиболее заметно в машинах с сильным полем и методах быстрого получения изображений, в которых уровни звукового давления могут достигать 120 дБ (A) (децибелы, взвешенные по шкале А), что эквивалентно реактивному двигателю при взлете; Следовательно, во время обследования всем, кто находится в помещении со сканером МРТ, необходима соответствующая защита органов слуха.

Радиочастота

RF сам по себе не вызывает слышимых шумов (по крайней мере, для людей), поскольку современные системы используют частоты 8,5 МГц (система 0,2 Тл) или выше. ВЧ-мощность, которая может быть произведена, соответствует мощности многих небольших радиостанций (15–20 кВт). В результате присутствуют тепловые эффекты со стороны РФ. В большинстве импульсных последовательностей нагрев незначителен и не превышает рекомендаций Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

При использовании ВЧ-катушек существует вероятность поражения электрическим током, поэтому необходимо надлежащее заземление и изоляция катушек.Любое повреждение катушек или их кабелей требует незамедлительного внимания. Прикрепление кабеля к катушке может привести к ожогам любого, кто к ним прикоснется. Лучше избегать любого контакта с кабелями РЧ катушки.

Средства контроля воздействия

Два подхода к контролю воздействия — это использование технических средств контроля (например, экранирование) и административных средств контроля (например, средств индивидуальной защиты).

Инженерный контроль

Экранирование

Магнитные поля контролируются с помощью проницаемого сплава, который ограничивает линии магнитного потока и отклоняет их.Магнитное экранирование может быть выполнено с использованием сплавов с высоким содержанием никеля, называемых мю-металлом или мягким железом. Превращение мю-металла в сложный экран стоит дорого, и мю-металл легко повреждается. Такое экранирование лучше всего применять рядом с источником поля, когда это возможно. Другой подход заключается в использовании непроницаемых металлов, таких как медь или алюминий, для создания вихревых токов, которые нейтрализуют исходное магнитное поле.

Закалочная защита

Чтобы избежать ситуации гашения, используйте систему датчиков уровня криогенного вещества для обнаружения гашения и запуска снижения тока и накопленной магнитной энергии, чтобы предотвратить выгорание проводника.Всегда заправляйте или обесточивайте магнит, если на датчиках указывается низкий уровень криогенного вещества.

Примеры технических средств контроля сверхпроводящих магнитов:

  • Установка вентиляционного отверстия для продувки жидким гелием для выхода избыточного газообразного гелия через выхлопное отверстие, выходящее через крышу
  • Внутренние датчики для индикации низкого уровня жидкого гелия
  • Визуальная и звуковая сигнализация
  • Надежный контроль доступа, такой как запертые двери и ограниченный доступ только для уполномоченного персонала
Электрическое заземление

Металлические конструкции, вызывающие удары при контакте, должны быть электрически заземлены или изолированы.

Блокировки

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как запертые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Административный контроль

Обозначение площади

Пример линии 5 гаусс, обозначенной цепочкой

В рамках процесса проектирования статическое магнитное поле в помещении должно быть определено путем измерения или расчетов, если существует опасность для кардиостимулятора (> 5 G) и опасность кинетической энергии (> 30 G).Также необходимо определить места, где может произойти чрезмерное облучение всего тела (> 600 G).

Инструменты и намагничиваемые предметы нельзя хранить в местах, где присутствуют повышенные статические магнитные поля.

Если установлено, что требуется экранирование, следует нанять опытную консалтинговую фирму для разработки экранирования магнитного поля.

Должны быть приняты меры для защиты и ограничения доступа пользователей кардиостимуляторов к местам, где магнитные поля всего тела превышают 5 G.Линия 5 G представляет собой разграничение между неконтролируемыми и контролируемыми зонами и должна быть четко обозначена. Для полей с экспозицией менее 5 G никаких настроек или проводки не требуется.

В дополнение к предупреждающим знакам, размещенным на дверных проемах, требуется другой способ обозначения линии 5G вокруг магнита. Например, можно использовать нарисованную линию или ленту, размещенную на полу вокруг магнита, где поле составляет 5 G. Другой пример — цепь, веревка или забор, обозначающий линию 5G вокруг магнита.

Какой бы метод ни использовался, выход из зоны в случае чрезвычайной ситуации не должен блокироваться или предотвращаться.

Предупреждающие знаки

Предупреждающий знак должен быть вывешен у входа в лаборатории или помещения, где магнитные поля превышают любые из указанных выше пределов. Зоны, где существуют потенциальные механические опасности, должны быть четко обозначены. Инструменты, баллоны со сжатым газом и другие изделия из магнитопроницаемого материала не должны находиться в таких местах.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены в местах, где напряженность магнитного поля может превышать 0,5 мТл (5 Гс), и / или в местах, где электрические поля 60 Гц превышают 1 кВ / м, что подтверждается измерениями или расчетами, предупреждая людей с кардиостимуляторами или другими медицинскими приборами. электронные имплантаты, чтобы держаться подальше.

Предупреждающие знаки должны быть вывешены там, где электрические поля превышают 5 кВ / м, предупреждая людей о возможности возникновения раздражающих искр.

Люди с кардиостимуляторами не должны находиться в местах, где магнитные поля 60 Гц превышают 0.1 мТл (1 Гс), что подтверждается измерением или расчетом.

Области, где воздействие полей 60 Гц на все тело превышает 25 кВ / м или 1 мТл (10 G), должны быть ограничены положительными средствами, такими как запертые корпуса, блокировки или предохранительные цепи.

Зоны, где магнитные поля превышают 3 мТл, должны быть обследованы, чтобы определить, где существуют потенциальные механические опасности. Люди с металлическими медицинскими имплантатами не должны находиться в местах, где напряженность поля превышает 3 мТл (30 G).

Руководство по использованию предупреждающих знаков

Примеры знаков, предупреждающих об опасности, показаны ниже.

Оборудование, которое может создавать электрические поля с частотой 60 Гц выше 2,5 кВ / м или магнитные поля выше 0,1 мТл (1 G), должно иметь маркировку или предупреждающий знак.

Примеры этикеток показаны ниже.

Световой сигнализатор

Некоторые электромагниты обозначаются мигающей красной сигнальной лампой, которая загорается, когда на магнит подается напряжение. Магниты, создающие сильное статическое магнитное поле, обычно обесточиваются, когда может произойти облучение персонала (т.например, во время длительных простоев, связанных с работой акселератора).

Индивидуальная защитная одежда

При работе с криогенами надевайте изолирующие перчатки и маску для лица или другие средства защиты глаз / лица от брызг, обувь с закрытыми носками и лабораторные халаты.

Изоляционная одежда и оборудование должны использоваться в областях, где электрические поля 60 Гц превышают 5 кВ / м, как показывают измерения или вычисления. Изолирующие перчатки или, предпочтительно, специальные средства управления (например, кожух или экранирование источника поля) должны использоваться, чтобы избежать контакта с объектами, которые могут подвергнуть персонал воздействию искр, связанных с напряженностью поля, превышающей или равной 5 кВ / м.

Список литературы

  1. 10 CFR 851 Безопасность и здоровье работников — Министерство энергетики, § 851.23 Стандарты безопасности и здоровья.
  2. Пределы TLV и BEI Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) — 2016, зарегистрированные по ссылке 10 CFR 851 Безопасность и здоровье рабочих — Министерство энергетики, § 851.27.
  3. TLV и BEI ACGIH — 2012.
  4. Руководство ICNIRP по пределам воздействия статических магнитных полей. Физика здоровья, Vol. 96 (4): 504-514.