Безопасность жизнедеятельности \ Безопасность жизнедеятельности

Ионизирующие и электромагнитные излучения и их воздействие на организм человека, страница 24

·  Модель мягких тканей (участки ног, рук, ягодиц) рассматривает три слоя, состоящих из кожи, жировой ткани и мышц, как показано на рис. 6.2. Мышечный слой представляется бесконечным, т. к. предполагается, что излучение поглотиться внутри мягких тканей и дальше распространяться не будет.

·   Модель локального облучения участков туловища. В случае глубокого проникновения ЭМИ рассматривают пятислойную модель для слоев: кожа, жир, мышцы, костная ткань, внутренние органы.

·   Модель височной области головы является четырехслойной модель (кожа, жировая ткань, костная ткань, мозг) и применяется для расчета SAR излучения сотовых телефонов.

· 

b2
 
Модель ладони и запястья имеет от трех до семи слоев в зависимости от условий расчета.

Рисунок 6.2  Простейшая трехслойная модель

Расчет SAR в многослойной среде проводится по следующей схеме.

1.  Падающее излучение представляют в виде плоской волны. Если источник не является монохроматическим, то с помощью разложения в ряд Фурье его излучение приближенно представляют как сумму нескольких монохроматических компонент с частотами  . Так как уравнения Максвелла являются линейными, то расчет производится для каждой компоненты в отдельности.

2.  При падении волны на границу раздела сред под углом волну произвольной поляризации  представляют в виде комбинации ТЕ- и ТМ-волн с комплексными коэффициентами. Поскольку волны этих двух типов независимы, то можно решать задачу только для одной волны, например, ТЕ-волны, а затем получить решение для ТМ-волны,  заменяя E на Hи  на .

3.  На основании уравнений Максвелла (1.1), (1.2) рассчитывают напряженность электрического и магнитного полей внутри каждого слоя в зависимости глубины для каждой частотной компоненты ТЕ- и ТМ-волн.

4.  Результирующий вектор напряженности E вычисляют как суммунапряженностей всех частотных и поляризационных компонент.

5.  Находятся средние за период потери энергии , а затем SAR(z) по формуле (5.6).

Рассмотрим более подробно пункт 3 этой схемы. Уравнения Максвелла (1.1), (1.2) описывают поле в однородной среде, но на границе раздела сред не выполняются, поскольку  и  терпят разрыв. В этом случае вводят тонкий приграничный слой, в котором градиенты  и  велики и в пределе получают соотношения, связывающие характеристики поля по обе стороны границы. Как было показано в п.5.1, биологические ткани всегда обладают некоторой проводимостью, следовательно, граничные условия должны учитывать поверхностную плотность зарядов на границе раздела сред. Эту величину практически невозможно измерить экспериментально. В таком случае используют граничные условия для тангенциальных компонент и их производных. 

Пусть плоская электромагнитная волна произвольной поляризации падает под углом  на многослойную конструкцию, состоящую из N плоскопараллельных слоев,  плоскость падения волны xz, и ось z направлена в сторону падения, как показано на рис. 6.2. Условимся нумеровать слои индексом  s = 0,1, …, N, N+1,  индексы s = 0 и s = N+1 соответствуют полубесконечным средам, окаймляющим конструкцию. Обозначим через z = bz координаты границ раздела слоев с номерами sи s+1. Заметим, что b0 = 0, b-1 = –∞, bN+1 = +∞.

Компоненты вектора Е для ТЕ-волны Ex = Ez = 0. Тогда из уравнений Максвелла (1.1), (1.2) следует представление решения для Ey, Hx, Hz в виде плоской волны:

               (6.1)

где U(z), V(z), W(z) ─ амплитудные функции, k ─ волновое число, и постоянный параметр

                                               (6.2)

определяет закон преломления для многослойной структуры. Здесь введены действительный показатель преломления  для воздушной среды и комплексные показатели преломления  для каждого слоя:

                     (6.3)

Отметим, что в этом случае угол преломления  теряет простой геометрический смысл, но сохраняется возможность формально оперировать с формулами, полученными для диэлектрических многослойников.

Скачать файл