CS251892B1 - Způsnb měření výkonu elektromagnetického záření absorbovaného v elektricky ztrátových prostředích - Google Patents

Abstract

Způsob je založen na měření časové závislosti nárůstu teploty ozařovaného objektu. Pro- určení absorbovaného výkonu je využito- skutečnosti, že výkon absorbovaný v ozařovaném objektu je roven součinu hmotnosti objektu, měrného- tepla látky, z níž se objekt skládá, a rychlosti nárůstu teploty objektu v okamžiku zahájení ozařování. Absorbovaný výk-oln se určuje aritmetickým nebo· grafickým výpočtem z naměřeného průběhu tep-loty. Způsob měření je vhodný k vyhodnocení -absorbce výkonu elektromagnetického i jiných druhů neionizujícího záření v biologických a jiných ztrátových prostředcích.

Description

Vynález se týká způsobu měření výkonu elektromagnetického záření, absorbovaného· v elektricky ztrátových prostředích, například. v biologických objektech.

Při výzkumu vlivu elektromagnetického záření na biologické objekty, tj. například buněčné suspenze in vitno, tkáně pokusných zvířat a lidí, je třeba stanovit velikost výkonu záření, který je zkoumaným objektem absorbován. V současné době není zmíněná tematika dostatečně propracována a nejsou známy dostatečné univerzální metody stanovení absorbovaných dávek elektromagnetického záření. Dosud známé metody používají jednak náročnou matematikou analýzu elektromagnetického· pole v ozařovaném objektu, přičemž postup řešení je závislý na geometrii a fyzikálních vlastnostech ozařovaného objektu, jednak jsou používány metody založené na měření ztrátnlvého výkonu. Při těchto metodách realizace měřicí aparatury je závislá ha frekvenci použitého elektromagnetického záření. Realizace aparatur v některých částech spektra (například v oblasti mikrovlnJ je značně nákladná a mechanicky náročná, v jiných částech spektra je vůbec těžko proveditelná, nikdy není aparatura dostatečně univerzální. Zmiňované aparatury umožňují větštoou pouze stanovení integrální hodnoty absorbovaného· výklenu na celý ozařovaný objekt, nikoliv stanovení lokálních hodnot.

Tyto· dosavadní nevýhody odstraňuje způsob měření výkonu elektromagnetického záření absorbovaného v elektricky ztrátových prostředcích, při kterém se vzorek zkoumané látky nebo zkoumaný objekt jako celek podrobuje elektromagnetickému záření, které se v něm absorbuje a vyvolává nárůst teploty, jehož podstatou je, že teplota se snímá a absorbovaný výkon P_p se vyhodnocuje podle vzorce:

r. ,. , d t ,

P„ -= m . c . lim (--), τ-Ο_χ ^dT kde m je hmotnost vzorku zkoumané látky c je měrné teplo zkoumané látky t je okamžitá hodnota teploty ozařované látky τ je čas, měřený od okamžiku zahájení ozařování

Výhodou popisovaného způsobu měření je skutečnost, že je nezávislý na frekvenci absorbovaného elektromagnetického záření. Metoda umožňuje realizaci univerzálního· měřicího· zařízení, které je snadněji technicky realizovatelné než u jiných metod měření, a to s menšími náklady. Způsob dovoluje stanovení absorbovaného výkonu i u jiných neionizujících druhů záření, tam, kde absorbovaný výkon se mění inia tepelnou energii, například u ultrazvukového záření a laserového záření. Další výhodou způsobu je to, že výstupní hodnota je dána absolutně, to znamená, že měření nevyžaduje předchozí cejchování známou hodnotou měřené veličiny. Způsob umožňuje stanovení lokálních hodnot absorbovaného· výkonu u větších ozařovaných celků, které mohou být vyjádřeny například formou tak zvaných jednotek SAR, což je výkon absorbovaný na jednotku hmotnosti.

Způsob objasní příklad provedení a jeho matematické zdůvodnění. Zkoumaný objekt, kterým může být větší homogenní ozařovaný celek, například vzorek ozařované buněčné suspenze v kývete, nebo vhodně volený homogenní element většího, i nehojmo·genního celku, například část tkáně ozařovaného zvířete při biologických pokusech, se podrobí elektromagnetickému záření například z generátoru velmi vysokých frekvencí. Působením elektromagnetického záření dojde ve zkoumaném objektu k nárůstu teploty, který je funkcí absorbovaného výkonu. Nárůst teploty se snímá teplotním čidlem, umístěným uvnitř nebo· na povrchu ozařovaného objektu a zaznamenává nlapříklad zapisovačem. Absorbovaný výkon P„ se vyhodnotí podle vzorce:

idt

Pp — m . c . lim (------) n ' dr

Vzorek bude dále matematicky zdůvodněn podle uvedených předpokladů:

Teplotu uvnitř ozařovaného objektu je micáoo vzhledem k vhodné volbě velikosti ozařovaného objektu a jeho teplotní vodivosti považovat za vyrovnanou v celém jeho objemu, v každém okamžiku průběhu ozařcvání.

Teplota ozařovaného objektu před zahájením ozařování je ustálena na hodnotě t₀, tj. nemění se působením jiných vlivů a je shodná s teplotou okolí objektu.

Teplotní čidlo je konstruováno tak, že jeho· hmotnost je relativně malá vůči hmotnosti ozařovaného objektu, takže jeho tepelná kapacita nemůže podstatně ovlivnit časový průběh změny teploty ozařozaného objektu v průběhu ozařování.

Popisovaný způsob měření je založen na poznatku, že teplota ozařovaného objektu se mění s časem nelineárně, nejdříve narůstá relativně rychle, postupně se nárůst zpomaluje, až dojde k ustálení teploty na hodnotě, při které nastala rovnováha mezi energií přivedenou do objektu ve formě absorbovaného' záření a součtem energie odvedené ve formě tepla do okolí s energií akumuloivanou ve formě tepla v ozařovaném objektu. Podle zákona o zachování energie platí pro energii:

Qp ~ Qo + Qa, kde

Q_p je energie přivedená

Q_o je energie odvedená do· okolí

Q_a je energie akumulovaná ve farmě tepla v objektu a odtud pro absorbovaný výkon:

dt dr

V dimenzi výkonu platí v každém časovém okamžiku

Pp = P„ + P_a kde

P_p je absoirbovaný výkon záření

P_o je výkon odváděný z ozařovaného objektu do okolí ve formě tepla,

P_a je výkon v daném okamžiku spotřebovaný na nárůst teploty objektu

Vyjádřením časové závislosti bývá vztah tvaru:

P„ a P_a nadti dr

dti dr

Řešením tét)o rovnice je exponenciální funkce, která popisuje časový průběh nárůstu teploty ozařovaného objektu:

ti = P_p . R, . (1 - e ^m · ^c · ^Rt ) kde ti je převýšení teploty ozařovaného· objektu nad počáteční teplotu t₀, to jest ti = = t — t„

R_t je teplotní odpor, charakterizující odvod tepla do okolí m je hmotnost ozařovaného¹ objektu t je okamžitá teplota ozařovaného' objektu c je měrné teplo· ozařovaného objektu e je základ přirozených logaritmů r je čas uběhnuvší od zahájení ozařování

Po derivování předchozího vztahu podle času platí

V okamžiku zahájení ozařování pak platí:

Pp = lim (m . c . --J = m . c . lim -r~*O_x ^dT r-*O_x ^dT

Slovně vyjádřeno, je možno výkon záření, absorbovaný ozařovaným objektem vypočítat jako součin hmotnosti objektu, měrného tepla látky, z níž se objekt skládá a rychlostí nárůstu teploty objektu v okamžiku zahájení ozařování.

Dále je uveden příklad provedení při praktickém vyhodnocení výsledků měření podle popisovaného· způsobu.

Po úpravě shora uvedených vztahů platí: 1 tát _ l Pp ^T_ ln _i — *n τι dr . in . c m . c . R_t což je rovnice přímky semilicigaritmiických souřadnicích.

Při vyhodnocení absorbovaného výkonu se změřená závislost teplloty ozařovaného objektu na čase zobrazí graficky v lineárních souřadnicích a provede se její grafická derivace. Dostatečný počet bodů derivované křivky se převede doi semiliogaritmických souřadnic (r na ose x, l_n^— na ose ατ y a proloží se jimi přímka. Průsečík této přímky s osou y potom udává hodnotu l_n

P —^p ~ , ze které se provede algebraický výpočet absorbovaného výkonu P_p.

Jiná mtožmost vyhodnocení absorbovaného výkonu, měřeného podle popisovaného způsobu, která se nabízí, je využití vazby měřicí aparatury se samočinným počítačem.

dh ₌ dt e_ dr dr ^p ' ¹ ' m . c . R_t

Claims (1)

1. Způsob měření absorbovaného výkonu elektriomagnetického záření v elektricky ztrátových prostředích, při kterém se vzorek zkoumané látky nebo zkoumaný objekt jako celek podrobuje elektromagnetickému záření, které se v něm absorbuje a vyvolává nárůst teploty, vyznačený tím, že teplota se snímá a absorbovaný výkon P_p se vyhodnocuje podle vzorce

   P_p — m . c . lim —)

   Ιτ-Ό,. '^ck >

   kde m je hmotnost vzorku ozařované látky c je měrné teplo· zkoumané látky t je okamžitá hodnota teploty ozařované látky τ je čas, měřený od okamžiku zahájení oizařování.