مايكروويو (Microwaves) و اثرات آن بر ارگانیسم بدن

امواج الکترومغناطیسی:

امواج الکترومغناطیسی اساساً نوسانهای متوالی الکترومغناطیسی هستند که از تغییرات میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی بوجود می آیند. این امواج برای انتشار به محیط مادی نیاز ندارند و در خلاء نیز منتشر می‎شوند.

این امواج بر اساس طول موج و فرکانس طبقه بندی می‎شوند.

میکرو ویو قسمتی از طیف امواج الکترومغناطیسی که دارای فرکانس 0/03-300GHz و طول موج بین 1 الی 1000 میلی متر می‎باشد.

اشعه میکروویو در برخورد با جسم به 3 حالت تأثیر می گذارد:

1. جذب می‎شوند.
2. عبور می‌کنند.
3. انعکاس می یابند.

موادی که قطبی هستند در نتیجه تابش میکروویو دو قطبی های الکتریکی تشکیل شده، قادر به جذب امواج میکروویو می‎شود (در آب انرژی جذب شده به حرارت تبدیل می‎شود)

مواد غیرمغناطیسی که مقاومت الکتریکی کم دارند انرژی تابش را منعکس می‌کنند و اجازه نمی دهند که امواج عبور کنند (اکثر فلزات و یا آلیاژهای فلز)

موادی که مقاومت الکتریکی بالا دارند نسبت به میکروویو شفاف هستند (مواد سرامیکی و بعضی پلاستیک ها)

کاربردهای مایکروویو

مهمترین کاربرد مایکروویو، که طول موج از چند میلی متر تا حدود یک متر دارد ارسال امواج رادیویی هدایت شده می‎باشد. از این امواج در ارتباطات دور راداری و تلویزیون و ارتباطات خارج از جو استفاده می‎شود. این امواج در لوله های الکترونیکی مخصوص با استفاده از اندرکنش بین یک باند الکتریکی و یک موج الکترومغناطیسی ساطع شده از مولد تولید می‎شود.

یکی دیگر از کاربردها، در عملیات حرارتی و ذوب فلزات و آلیاژها از سیستم القاء حرارت توسط امواج مایکروویو استفاده می‎شود. این دستگاه شامل یک یا چند سیم پیچ به اندازه مناسب است که در آن جریان متناوب با فرکانس معین جریان می یابد و فلزی که باید حرارت ببیند در داخل این سیم پیچ ها قرار می گیرد، گرمایی که در این حالت ایجاد می‎شود ناشی از اثر ژول است که در نتیجه وجود جریان های گردابی شدید (که جریان فوکو خوانده می‎شود) به میدان مغناطیسی القاء می‎شود.

تأثیر این امواج بر بدن در کل منفی است و در کارخانجاتی که با این امواج سروکار دارند، کارگران باید تحت مراقبت های خاص باشند. مسئولیت کنترل خطرات ناشی از امواج الکترومغناطیسی به عهده اداره بهداشت USL (Unita Sanitarie Lacali) می‎باشد. امواج میکروویو دارای اثرات منفی تر از مادون قرمز می باشند.

در هر ارگانیسم زنده مکانیزم طوری است که در مقابل انرژی حرارتی ورودی سیستم تنظیم کننده وارد عمل می شود، حال اگر این حرارت بیش از حد توان باشد سبب ایجاد ضایعات و یا زخم و حتی مرگ ارگانیسم را دارد که اشعه میکروویو دارای چنین گرمایی است.

عدسی چشم و بیضه ها بیش از هر عضوی در مقابل گرمای شدید آسیب پذیر هستند.

علاوه بر اثرات حرارتی، اثرات غیرحرارتی نیز ممکن است به وجود بیاید که به پدیده پیچیده فیزیکی شیمیایی بستگی دارد که اثرات و مشخصات آن هنوز به صورت تجربی مورد بررسی قرار نگرفته است.

براساس اطلاعاتی که تاکنون به دست آمده است تعداد ضایعاتی که بر اثر تابش زیاده از حد میکروویو به وجود می‎آید عبارتند از:

• آسیب دیدن عدسی چشم
• آسیب دیدن غده تناسلی در مرد (ایجاد اختلال در اسپرماتوزئیدها و نامتعادل شدن هورمون ها)
• ازدیاد لنفوسیت ها در خون
• ظهور اختلالات نوروتیک

حال برای کاهش این اثرات مخرب باید به طریق زیر عمل کرد:

اگر یک موج الکترومغناطیسی به فصل مشترک بین دو محیط مادی که مشخصات الکترومغناطیسی متفاوتی دارند برخورد نماید، بخشی از انرژی این موج منعکس شده و قسمت دیگر آن وارد جسم دوم می‎شود. حال اگر جسم دوم قابلیت جذب انرژی را داشته باشد، موج قسمتی از انرژی خود را به آن داده و به تدریج تحلیل می رود. انرژی انتقالی به صورت مقابل کاهش می یابد. 

که S₀ عبارت است از شدت انرژی موج تابش(z=0)ـ δ عمق نفوذ می‎باشد و برابر است با فصل مشترک تا محلی که میدان الکترومغناطیسی به حدود 37 درصد و مقدار انرژی به حد کمتر از 14 درصد، که در مقایسه با مقادیر آن‌ها در هنگام برخورد کاهش یافته است.

عمق نفوذ اشعه طبق رابطه پیچیده با فرکانس موج نسبت عکس دارد و در بافت بیولوژیکی که آب و الکترولیت‌ها و مولکول‌های گوناگون هستند. عمق نفوذ اشعه با توجه به مقدار آبی که در خود بافت وجود دارد اندکی متفاوت است به طور کلی، برای انرژی یکسان برای موج تابش، هرچه فرکانس کمتر باشد، یعنی طول موج آن بزرگتر است و عمق نفوذ بیشتر خواهد بود.

در کل مایکروویوهای که مصارف خانگی برای پخت دارند مقدار میانگین چگالی توانشان در فاصله 5 سانتی‌متری سطح خارجی دستگاه نبایستی از 50w/m² بیشتر باشد. البته در رستوران‌ها و دیگر اماکن غذاخوری عمومی، با توجه به مقدار تابش زیاد، کارگران آن‌ها را می‌توان در گروه کارگران اشعه دیده دسته‌بندی کرد.

اجاق‌ها با امواج مایکروویوMicrowave Oven

بیش از 90 درصد مردم در ایالت متحده برای پخت و پز از ماکرویو استفاده می‌کنند زیرا بی‌زحمت‌تر و پرانرژی‌تر از اجاق‌های متداول می‌باشد و دارای سرعت بالایی نیز می‌باشد.

پرتوهای سازنده اجاق میکرویو را پرتوهای اُون گویند.

در مایکروویوهای تنوری، مایکروویو ایجاد بمباران مغناطیسی بر روی غذا می‌نماید که باعث چرخش قطبین مولکول‌ها با همان فرکانس به تعداد میلیونها بار در ثانیه می‌شوند. در این اجاق‌ها، اشعه مایکروویو با طول موج‌های کوتاهی ایجاد می‌گردد که در حدود 2.45 GHz یا (MHz 2450) می‌باشد. این پرتوها فعل و انفعالاتی بر روی مولکول ایجاد می‌کنند.

امواج میکرویوی که از خورشید می‌آیند براساس جریان مستقیم هستند. این امواج ایجاد گرمای اصطکاک نمی‌کنند. در حالی که فرهای میکروویو براساس جریان متناوب هستند و باعث ایجاد گرما بر اثر اصطکاک می‌شوند.

بطوری که اتم، مولکول‌ها و سلول‌هایی که با پرتو شدید آن برخورد نمایند بصورت پشت‌سر هم (100-1) میلیارد بار در ثانیه) تغییر قطبیت می‌دهند.

حدوداً 5 میلی‌وات اشعه از هر سانتی‌متر مربع سطح ماکروویو تنوری تا 2 اینچ آن ساطع می‌شود. برای مثال شخصی که در 50 سانتی‌متری یک مایکروویو ایستاده 1/100 اشعه را نسبت به شخصی که در 5 سانتی‌متری ایستاده دریافت می‌کند.

مایکرو چگونه غذا را گرم می‌کند

میکرویو بوسیله یک ماگنترون تولید می‌شود که در زمان جنگ جهانی دوم و همزمان با توسعه فن‌آوری رادار اختراع شد. ماگنترون استوانه‌ای توخالی است که میدان مغناطیسی نعلی شکل قرار دارد. در مرکز استوانه‌ میله‌ای کاتدی قرار دارد و دیواره استوانه هم به عنوان آند عمل می‌کند. وقتی استوانه گرم می‌شود، کاتد الکترون گسیل می‌کند که آنها هم به سوی دیواره استوانه حرکت می‌کنند. نیروی حاصل از میدان مغناطیسی نیز سبب می‌شود تا الکترونها در مسیری دایره‌ای بچرخند. این حرکت ذرات باردار با بسامد 45/2 گیگاهرتز (⁹ 10*45/2 هرتز) میکروموجی مناسب پخت تولید می‌کنند. یک هدایت کننده موج میکروموج‌ها را به سوی محفظه پخت هدایت می‌کند و پره‌های یک بادبزن هم سبب پخش میکروموج‌ها به تمام قسمت‌های اجاق می‌شود.

عمل پخت در اجاق میکرو موج ناشی از برهم کنش مولفه میدان الکتریکی تابش با مولکول‌های قطبی- عمدتاً آب- موجود در غذاست. تمام مولکولهای در دمای اتاق می‌چرخند اگر بسامد تابش و بسامد حاصل از چرخش مولکولی مساوی باشد. انرژی می‌تواند از میکروموج به مولکول قطبی منتقل شود و در نتیجه، مولکول می‌تواند سریعتر بچرخد. بسامد 45/2 گیگاهرتز برای افزایش انرژی چرخشی مولکول‌های آب بسیار مناسب است. اصطکاک ناشی از چرخش سریع مولکول‌های آب سرانجام سبب گرم شدن مولکولهای غذایی احاطه کننده مولکول‌های آب می‌شود.

دلیل گرم شدن غذاها: تابش به وسیله مولکول‌های غیرقطبی جذب نمی‌شود، بنابراین می‌تواند همزمان به قسمت‌های مختلف غذا برسد (میکروموجها، بسته به مقدار آب موجود در غذا می‌توانند تا عمق چند سانتی‌متر در غذا نفوذ کنند).

الف) انتهای منحنی در پی جهت انتشار موج (ناحیه مثبت) می‌آید و ساعتگرد می‌چرخد.

ب) اگر پس از چرخش مولکول به وضعیت جدید، تابش نیز به دوره بعد حرکت کرد، انتهای مثبت دوقطبی به سمت ناحیه منفی موج، حرکت خواهد کرد در حالی که انتهای منفی به سوی بالا فشار داده خواهد شد. بنابراین مولکول سریعتر خواهد چرخید. چنین برهم‌کنشی با مولکول‌های غیرقطبی نمی‌تواند رخ دهد.