способ воздействия магнитными полями на объекты ионной природы

Формула изобретения

Способ воздействия магнитными полями на объекты ионной природы путем помещения объекта в коллинеарные постоянное и переменное низкочастотное однородные магнитные поля, определения спектра циклотронных частот ионов, выбора диапазона частот исходя из спектра циклотронных частот, сканирования частоты в выбранном диапазоне, отличающийся тем, что после определения спектра циклотронных частот ионов устанавливают ближайшие к ним частоты первых трех субгармоник, выбирают диапазон сканирования частот с учетом частот субгармоник, а упомянутое сканирование частоты осуществляют пропорционально квадрату частоты переменного поля.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области исследования циклотронного резонанса, использования его для исследования объектов живой и неживой природы, содержащих ионы, который может быть применен в областях: физико-химии, биологии, фармакологии, сельском хозяйстве, ветеринарии, медицине. При этом на объекты живой природы воздействие можно осуществлять как in vivo, так и in vitro.

Существует значительное количество экспериментальных работ, в которых показано, что постоянное и переменное низкочастотное магнитные поля, а также их сочетания, вызывают реакции объектов как живой, так и неживой природы [1]

Однако реакции объектов на эти поля неоднозначны: в одних случаях проявляется действие магнитных полей, в других реакция объектов на них отсутствует. Отсутствие эффекта на воздействие магнитных полей связано с двумя причинами: либо объективными, когда при определенных значениях полей реакции на них действительно нет, либо субъективными, когда поиск реакции на воздействие полей ведут без уяснения модели воздействия и пропускают эффект.

Известна работа [2] являющаяся аналогом изобретения, в которой указывается, что низкочастотное магнитное поле становится биологически активным в присутствии параллельного ему постоянного магнитного поля. Воздействие этих полей В сочетании оказалось способным менять внутри- и внеклеточную концентрацию ионов кальция и пр. При этом было показано, что это воздействие на ионы наблюдается на частоте переменного поля, равной частоте циклотронного резонанса _o= q/mB_o, где q и m заряд и масса частицы соответственно, В_o -индукция постоянного магнитного поля. Однако эти эффекты очень плохо воспроизводятся.

Эти недостатки устранены в другом способе, описанном в работе [3]

Согласно этому способу, воздействие осуществляют путем помещения объекта, содержащего ионы, в коллинеарные постоянное и переменное низкочастотное однородные магнитные поля, определения спектра циклотронных частот ионов, выбора диапазона частот исходя из спектра циклотронных частот и сканирования частоты в выбранном диапазоне.

Следует отметить, что в работе не сказано об однородности полей. Однако в работе указаны устройства, в которых создавались поля, по-видимому, однородные. Степень неоднородности полей в устройствах, куда помещались объекты, в работе не сообщается.

Недостатком прототипа является его недостоверность и недостаточная экспрессность.

Задача данного изобретения состояла в разработке способа воздействия, обеспечивающего достоверность воздействия и повышающего экспрессность его проведения, на объекты живой и неживой природы, содержащие ионы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе воздействия на объекты живой и неживой природы, содержащие ионы, путем помещения объекта в коллинеарные постоянное и переменное низкочастотное однородные магнитные поля, определение спектра циклотронных частот ионов, выбора диапазона частот, исходя из спектра циклотронных частот, сканирования частоты в выбранном диапазоне, согласно формуле изобретения, после определения спектра циклотронных частот ионов устанавливают частоты субгармоник, выбирают диапазон с учетом субгармоник, а упомянутое сканирование частоты осуществляют пропорционально квадрату частоты переменного поля.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В качестве объекта исследований были выбраны объекты как живой, так и неживой природы, представляющие собой ионы. Эти ионы двигаются в магнитных полях со скоростями, зависящими от величины, направления и частоты поля.

Решение уравнений движения заряженной частицы в коллинеарных постоянном и переменном магнитных полях приводит к выражению для реакции частицы с массой m и зарядом q на воздействие:



где функция Бесселя n_o-1 и n_o+1 порядка, соответственно;

_o=q/mB_o циклотронная частота по постоянному магнитному полю В_o;

циклотронная частота по переменному магнитному полю ;

результирующее магнитное поле;

частота переменного магнитного поля;

t текущее время;

номера гармоник 1, 2, 3, и т.д.

основная гармоника;

первая субгармоника;

вторая субгармоника и т.д.

Эта зависимость от поля имеет колебательный характер и степень закачки энергии магнитным полем, имеет свои максимумы и минимумы. При этом зависимость будет иметь вид, например, при n_o= 1, 2, 5 вид, представленный на фиг.1.

В результате, при увеличении амплитуды переменного поля эффект сначала увеличивается с ростом поля и достигает максимума, а при дальнейшем росте поля уменьшается и при определенных значениях амплитуды переменного поля совсем пропадает и появляется затем снова при еще больших амплитудах.

Из фиг.1 видно, что реакция на воздействие имеет минимальное значение на разных амплитудах переменного поля т.е. воздействие на субгармониках повышает достоверность определения реакции на воздействие и поэтому необходимо расширять диапазон частот для сканирования, чтобы осуществлять воздействия не только на основной циклотронной частоте, но и на ее субгармониках.

Скорость сканирования частоты должна быть пропорциональна квадрату частоты переменного поля, причем это положение не зависит от рассматриваемой модели объекта.

Зависимость добротности Q системы от времени t в общем случае представлена на фиг.2, где время релаксации системы.

Известно (1), что время релаксации объектов в низкочастотных магнитных полях весьма велико и поэтому можно полагать, что резонансная полоса проходит при частотном сканировании за время Dt так, что Q пропорциональна величине

W_резDt: Q=K_резt, (1)

где К некоторая постоянная.

Резонансная полоса _рез определяется через скорость сканирования по формуле:



либо через добротность по формуле:



из равенства выражений (2) и (3):



После подставления выражения (4) в формулу (1):



Таким образом, из формулы (5) следует, что если d/dt не пропорциональна ² то Q является функцией частоты, т.е. спектр объекта искажается.

В случае d/dt=const добротность оказывается линейно спадающей с уменьшением частоты, т. е. достоверность реакции на воздействие низкочастотного магнитного поля на нижних частотах сравнительно мала.

Следует отметить, что в этом случае уровни резонансных реакций на воздействие будут искажены за счет того, что добротность на разных частотах будет различной. На фиг.3 представлена зависимость добротности от частоты при скорости сканирования частоты d/dt=const

Согласно изобретению скорость сканирования выбирается и добротность тогда является постоянной для любых резонансных частот спектра.

Таким образом, реакция на воздействие коллинеарными низкочастотным и постоянным магнитными полями на ионы достоверна, когда и частотное сканирование производится в расширенной полосе с учетом субгармоник.

Сущность изобретения поясняется следующими зависимостями. На фиг.1 представлена зависимость реакции на воздействие магнитными полями от индукции переменного магнитного поля при W=_рез;; на фиг.2 зависимость добротности от времени в общем случае; на фиг.3 зависимость добротности от частоты при скорости сканирования частоты; 1) ближайший аналог; 2) - предлагаемый способ.

Пример осуществления способа.

В качестве объекта исследований были взяты два водных раствора аминокислот, раствор аргинина в бидистиллированной воде и раствор тирозина также в бидистиллированной воде. Растворы поочередно помещались в кювету, объемом 8 мл, с платиновыми электродами, к которым прикладывалось напряжение 70 мВ и измерялся ток через раствор. Кювета с раствором помещалась внутрь (в цент, в середину длины) соленоида, ось которого была ориентирована вдоль геомагнитного поля. Аксиально с соленоидом располагались два кольца Гельмгольца также симметрично относительно центра соленоида. В кольца Гельмгольца подавался постоянный ток от аккумулятора, направление и величина которого подбиралась таким образом, чтобы скомпенсировать постоянную составляющую геомагнитного поля и создать вдоль оси соленоида в месте расположения кюветы постоянное магнитное поле 20 А/м (25 мкТл). На соленоид подавалось от специального генератора качающейся частоты (ГКЧ) переменное напряжение синусоидальной формы, причем частота синусоиды менялась по заданному закону так, что в центре кюветы создавалось переменное однородное магнитное поле величиной 0,04 А/м (0,05 мкТл). Через кювету пропускался ток от высокоомного источника постоянного тока так, что на кювете все время поддерживалось постоянное напряжение 70 мВ. При этом сила тока через раствор измерялась с помощью полярографического анализатора и результаты измерения отображались на самописце. На одну из дорожек самописца одновременно подавался калибровочный сигнал с ГКЧ, что давала возможность определить зависимость величины катодного тока от частоты переменного магнитного поля.

Диапазон изменения частоты определялся следующим образом.

Вначале эксперимента находились основные циклотронные частоты для аргинина и тирозина при индукции магнитного поля В_o 25 мкТл.

Аргинин. q 21,610^-19Кл.

М 174 у.ед.

1-ая субгармоника V₀₂ V₀₁/2 2,20 Гц,

2-ая субгармоника V₀₃ V₀₁/3 1,67 Гц,

3-ая субгармоника V₀₄ V₀₁/4 1,10 Гц.

Тирозин. q 1,610^-19 Кл.

М 181 у.ед.

1-ая субгармоника V₀₂ V₀₁/2 1,03 Гц,

2-ая субгармоника V₀₃ V₀₁/3 0,70 Гц,

3-я субгармоника V₀₄ V₀₁/4 0,52 Гц.

Таким образом, частотный диапазон, необходимый для работы с указанными двумя растворами, с учетом субгармоник, оказывается равным (0,4 6) Гц.

При постоянной скорости сканирования 0,1 Гц/с, как сделано в прототипе, получаем время сканирования равным:

t₁ (6 0,4)/0,1 56 c.

Из формулы (9), полагая Q_min=10, находим коэффициент К

K²_min/Q²_min= 20,1 Гц/c.

Отсюда



Тогда их формулы (7) находим:

Таким образом, экспрессность данного способа увеличивается

t₁/t₂ 56/3,7 15,

то есть больше чем на порядок.

Сканирование в эксперименте проводилось двумя способами: с постоянной скоростью, как в прототипе, и со скоростью, пропорциональной квадрату текущей частоты. При измерениях обоими способами сканирования наблюдались пики катодного тока приблизительно на частотах:

для тирозина 2,0 Гц; 1,05 Гц; 0,8 Гц; 0,60 Гц;

для аргинина 4,5 Гц; 2,20 Гц; 1,4 Гц; 1,05 Гц.

При этом величины пиков токов на обоих циклотронных резонансах оказались близкими в случае, когда скорость сканирования пропорциональна квадрату текущей частоты. Когда же скорость сканирования постоянна, то величина тока для аргинина оказалась в два раза больше, чем у тирозина. Поскольку добротность в предлагаемом способе сканирования остается постоянной для всех циклотронных частот, то поэтому наблюдались все субгармоники. В прототипе субгармоники не наблюдались также, по видимому, из-за малости амплитуды переменной составляющей поля (0,05 мкТл и 0,5 мкТл). В нашей работе использовалась индукция поля, равная 25 мкТл, чтобы выделить субгармоники.

Таким образом, эксперимент подтверждает достоверность и экспрессность предлагаемого способа воздействия.