Инфракрасное излучение: польза или вред для организма

Рубрика: Инфракрасные сауны Опубликовано 20.09.2014 · Комментарии: · На чтение: 8 мин · Просмотры: 573

Привет!

Сегодня я расскажу о влиянии инфракрасного излучения на человека с научной точки зрения.

Физико-химические процессы, происходящие в организме человека, постоянно производят тепло в виде невидимых фотонов инфракрасного диапазона. Их можно об­наружить приборами. Любые патологические процессы влекут за собой из­менение энергетического состояния клетки, органа, его части и, как следствие всего орга­низма. Зная сущность этих процессов, мы можем их менять в положительную сторону, используя инфракрасные волны определенной длины.

Множество химических реакций, протекающих в организме, являются фотохимическими. Их скорость зависит от уровня вырабатываемой и поглощаемой энергии. В частности, состояние иммунной системы и интенсивность обмен­ных процессов определяются скоростью химических реакций и зависят от уровня излучаемой энергии. По мере ослабления этого излучения происходит снижение защитных (иммунных) свойств организма и замедление обмена веществ.

Ослабление инфракрасного излучения приводит к снижению скоростей фотохимических реакций. Когда эти скорости снижаются равномерно, все процессы идут медленнее, хотя и в правильном соотношении и последовательности.

Поясню на примере. Если измерить температуру тела у молодого человека 16 лет и у пожилого 75 лет, то она будет у обоих примерно одинаковая – около 36,6С. Но при измерении потока излучения у них, оказывается, что у молодого организма он в 10-20 раз выше, чем у пожилого.

Какой мы можем сделать из этого вывод, основываясь на вышеприведенных фактах?

Очевидно простой — что процессы восстановления идут быстрее у молодых за счет наличия большего потока излучения.

Отсюда мы делаем следующий важный вывод, что длина излучения и сама интенсивность инфракрасного излучения для использования в целях оздоровления организма должна иметь квантовую энергию аналогичную той, которую производит сам человек. В противном случае на организм будет оказываться повышенная нагрузка на его компенсаторные системы. Если их — возможностей — окажется недостаточно, то могут произойти нежелательные, повреждающие организм процессы.

Содержание

• 1 История открытия и общая характеристика
• 2 Диапазоны инфракрасного излучения 2.1 Обычная схема деления
• 2.2 CIE схема
• 2.3 ISO 20473 схема
• 2.4 Астрономическая схема

3 Тепловое излучение4 Инфракрасное зрение5 Применение

5.2 Термография5.3 Инфракрасное самонаведение5.4 Инфракрасный обогреватель 5.4.1 При покраске5.5 Инфракрасная астрономия5.6 Инфракрасная спектроскопия5.7 Передача данных5.8 Дистанционное управление5.9 Медицина5.10 Стерилизация пищевых продуктов5.11 Пищевая промышленность5.12 Проверка денег на подлинность6 Опасность для здоровья7 Земля как инфракрасный излучатель8 См. также9 Примечания10 Ссылки

История открытия и общая характеристика

Раньше лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскалённые тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы. Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами — детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением[4].

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решётки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте[4].

Поскольку инфракрасные спектры связаны с вращательными и колебательными движениями в молекуле, а также с электронными переходами в атомах и молекулах, ИК-спектроскопия позволяет получать важные сведения о строении атомов и молекул, а также о зонной структуре кристаллов[4].

ИК-лучи в медицине

Лечение с помощью инфракрасного излучения бывает местным и общим. В первом случае осуществляется локальное действие на определенный участок тела, а во втором действию лучей подвергается весь организм. Курс лечения зависит от заболевания и может составлять от 5 до 20 сеансов по 15-30 минут. При проведении процедур обязательным условием является использование защитных средств. Для сохранения здоровья глаз используются особые картонные накладки или очки.

После первой же процедуры на поверхности кожи появляются покраснения с нечеткими границами, проходящие примерно через час.

Диапазоны инфракрасного излучения

Объекты обычно испускают инфракрасное излучение во всём спектре длин волн, но иногда только ограниченная область спектра представляет интерес, поскольку датчики обычно собирают излучение только в пределах определенной полосы пропускания. Таким образом, инфракрасный диапазон часто подразделяется на более мелкие диапазоны.

Обычная схема деления

Чаще всего разделение на более мелкие диапазоны производится следующим образом:[5]

CIE схема

Международная комиссия по освещённости (англ. International Commission on Illumination) рекомендует разделение инфракрасного излучения на следующие три группы[6]:

• IR-A: 700 нм — 1400 нм (0,7 мкм — 1,4 мкм)
• IR-B: 1400 нм — 3000 нм (1,4 мкм — 3 мкм)
• IR-C: 3000 нм — 1 мм (3 мкм — 1000 мкм)

ISO 20473 схема

Международная организация по стандартизации предлагает следующую схему:

Астрономическая схема

Астрономы обычно делят инфракрасный спектр следующим образом[7]:

Влияние инфракрасных лучей дальнего спектра на микроциркуляцию

Рассмотрим процесс влияния инфракрасного излучения на кровеносную систему более тщательно, а именно на уровне мельчайших кровеносных сосудов – капилляров.

Человеческое сердце работает как мотор, нагнетая ток крови по организму. Через кровь обеспечивается питание и очистка от шлаков всех тканей и клеток. Важное значение для организма имеет хорошая микроциркуляция – проводимость крови по развитой системе капилляров. Если микроциркуляция ослаблена, то это вызывает дефицит питательных веществ и кислорода, постепенный процесс нарушения функций и ускоренное отмиранию клеток. В конечном счете, это приводит к развитию заболеваний, которые уже и проявляются в различных симптомах.

Но есть и хорошие новости! Если на организм человека регулярно воздействовать инфракрасными лучи дальнего спектра (от 6 до 14 мкм.), то нарушения микроциркуляции постепенно устраняются, а вслед за этим постепенно уходят и заболевания, которые явились следствием таких нарушений.

Знаменитый врач, натуропат и геронтолог А.С. Залманов посвятил свою жизнь исследованию взаимосвязей состояния капиллярной кровеносной системы человека с его заболеваниями, старением. Он установил, что, начиная с

А.С. Залманов

40-45 лет в организме наблюдается прогрессирующее уменьшение количества активно функционирующих капилляров.

«Процесс прогрессивного высушивания» — писал А.С. Залманов – «есть одна из предпосылок физиологической основы старения». И продолжал: «Нарушение процессов микроциркуляции жидкостей в тканях приводит к клеточным перерождениям и старению организма на клеточном уровне. Огромное значение в данном случае имеет даже частичное восстановление капиллярного кровообращения.»

Позже было установлено, что влияние инфракрасного излучения на капиллярную систему проявляется в том, что капилляры расширяются, восстанавливаются настолько, что могут получать в 50 раз больше крови, чем до этого. Наверное, нет нужды объяснять, что увеличение эффективного кровотока в покое на целый порядок, благотворно действует на здоровье человека.

Тепловое излучение

Теплово́е излуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн, излучаемых телами за счёт их внутренней энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме. Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания. Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана — Больцмана. Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа. Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции). Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

В чём вредоносность этого излучения?

В лечебном смысле действуют длинные излучения, коротковолновые же инфракрасные действуют совсем по-другому на наш организм. Они проникают сквозь кожу, нагревая внутренние органы. Из-за увеличения капилляров в облучаемой области образуется сначала покраснение, а через некоторый период времени может образоваться волдырь или ожог.

Наиболее короткие волны опасны для глаз, вызывая образование катаракты, светобоязни. По этим причинам не рекомендуется длительное пребывание вблизи коротковолновых обогревателей. Ведь чем меньше расстояние от человека до источника, тем меньше времени нужно до появления негативных эффектов. Поэтому чем дальше, тем лучше для организма. Правда, обычного такого рода обогреватели предназначены для наружного обогрева.

Всеми известные тепловые, или как их по-другому называют солнечные, удары происходят именно из-за коротковолнового ультракрасного излучения. Даже при увеличении температуры головного мозга на 1 градус мы можем получить такую смесь негативных симптомов: тошноту, головокружение, потемнение в глазах, учащение пульса. При повышении же на 2 градуса может развиться менингит.

Инфракрасное зрение

Органы восприятия человека и других высших приматов не приспособлены под инфракрасное излучение (проще говоря, человеческий глаз его не видит), однако, некоторые биологические виды способны воспринимать органами зрения инфракрасное излучение. Так, например, зрение некоторых змей позволяет им видеть в инфракрасном диапазоне и охотиться на теплокровную добычу ночью (когда её силуэт обладает наиболее выраженным контрастом на фоне остывшей местности). Более того, у обыкновенных удавов эта способность имеется одновременно с нормальным зрением, в результате чего они способны видеть окружающее одновременно в двух диапазонах: нормальном видимом (как и большинство животных) и инфракрасном. Среди рыб способностью видеть под водой в инфракрасном диапазоне отличаются такие рыбы как пиранья, охотящаяся на зашедших в воду теплокровных животных, и золотая рыбка. Среди насекомых инфракрасным зрением обладают комары, что позволяет им с большой точностью ориентироваться на наиболее насыщенные кровеносными сосудами участки тела добычи[8].

Применение

Прибор ночного видения

Существует несколько способов визуализировать невидимое инфракрасное изображение:

• Современные полупроводниковые видеокамеры чувствительны в ближнем ИК. Во избежание ошибок цветопередачи обычные бытовые видеокамеры снабжаются специальным фильтром, отсекающим ИК изображение. Камеры для охранных систем, как правило, не имеют такого фильтра. Однако в темное время суток нет естественных источников ближнего ИК, поэтому без искусственной подсветки (например, инфракрасными светодиодами) такие камеры ничего не покажут.
• Электронно-оптический преобразователь — вакуумный фотоэлектронный прибор, усиливающий свет видимого спектра и ближнего ИК. Имеет высокую чувствительность и способен давать изображение при очень низкой освещенности. Являются исторически первыми приборами ночного видения, широко используются и в настоящее время в дешевых ПНВ. Поскольку работают только в ближнем ИК, то, как и полупроводниковые видеокамеры, требуют наличия освещения.
• Болометр — тепловой сенсор. Болометры для систем технического зрения и приборов ночного видения чувствительны в диапазоне длин волн 3—14 мкм (средний ИК), что соответствует излучению тел, нагретых от 500 до −50 градусов Цельсия. Таким образом, болометрические приборы не требуют внешнего освещения, регистрируя излучение самих предметов и создавая картинку разности температур.

Термография

Инфракрасное самонаведение

Инфракрасная головка самонаведения — головка самонаведения, работающая на принципе улавливания волн инфракрасного диапазона, излучаемых захватываемой целью. Представляет собой оптико-электронный прибор, предназначенный для идентификации цели на окружающем фоне и выдачи в автоматическое прицельное устройство (АПУ) сигнала захвата, а также для измерения и выдачи в автопилот сигнала угловой скорости линии визирования.

Инфракрасный обогреватель

Инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасный обогреватель — отопительный прибор, отдающий тепло преимущественно излучением, а не конвекцией — используется для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды)[9].

Инфракрасный обогреватель в быту иногда неточно называется рефлектором. Лучистая энергия поглощается окружающими поверхностями, превращаясь в тепловую энергию, нагревает их, которые в свою очередь отдают тепло воздуху. Это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло существенно расходуется на обогрев неиспользуемого подпотолочного пространства. Кроме того, при помощи ИК обогревателей появляется возможность местного обогрева только тех площадей в помещении, в которых это необходимо без обогрева всего объёма помещения; тепловой эффект от инфракрасных обогревателей ощущается сразу после включения, что позволяет избежать предварительного нагрева помещения. Эти факторы снижают затраты энергии.

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект: процесс идёт гораздо быстрее, а энергии, при этом, затрачивается гораздо меньше, чем при традиционных методах.

Инфракрасная астрономия

Раздел астрономии и астрофизики, исследующий космические объекты, видимые в инфракрасном излучении. При этом под инфракрасным излучением подразумевают электромагнитные волны с длиной волны от 0,74 до 2000 мкм. Инфракрасное излучение находится в диапазоне между видимым излучением, длина волны которого колеблется от 380 до 750 нанометров, и субмиллиметровым излучением.

Инфракрасная астрономия начала развиваться в 1830-е годы, спустя несколько десятилетий после открытия инфракрасного излучения Уильямом Гершелем. Первоначально прогресс был незначительным и до начала 20 века отсутствовали открытия астрономических объектов в инфракрасном диапазоне помимо Солнца и Луны, однако после ряда открытий, сделанных в радиоастрономии в 1950-х и 1960-х годах, астрономы осознали наличие большого объёма информации, находящегося вне видимого диапазона волн. С тех пор была сформирована современная инфракрасная астрономия.

Инфракрасная спектроскопия

Инфракрасная спектроскопия — раздел спектроскопии, охватывающий длинноволновую область спектра (>730 нм за красной границей видимого света). Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно — в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул. ИК излучение поглощают многие газы, за исключением таких как О2, N2, H2, Cl2 и одноатомных газов. Поглощение происходит на длине волны, характерной для каждого определенного газа, для СО, например, таковой является длина волны 4,7 мкм.

По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др. Колебательные спектры молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно длинными молекулами (белки, жиры, углеводы, ДНК, РНК и др.) находятся в терагерцевом диапазоне, поэтому строение этих молекул можно установить с помощью радиочастотных спектрометров терагерцевого диапазона. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения — о количестве вещества (количественный анализ). Основные приборы — различного типа инфракрасные спектрометры.

Передача данных

Распространение инфракрасных светодиодов, лазеров и фотодиодов позволило создать беспроводной оптический метод передачи данных на их основе. В компьютерной технике обычно используется для связи компьютеров с периферийными устройствами (интерфейс IrDA) В отличие от радиоканала инфракрасный канал нечувствителен к электромагнитным помехам, и это позволяет использовать его в производственных условиях. К недостаткам инфракрасного канала относятся необходимость в оптических окнах на оборудовании, правильной взаимной ориентации устройств, низкие скорости передачи (обычно не превышает 5—10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров возможны существенно более высокие скорости). Кроме этого, не обеспечивается скрытность передачи информации[источник не указан 84 дня

]. В условиях прямой видимости инфракрасный канал может обеспечить связь на расстояниях в несколько километров, но наиболее удобен он для связи компьютеров, находящихся в одной комнате, где отражения от стен комнаты дает устойчивую и надежную связь. Наиболее естественный тип топологии здесь — «шина» (то есть переданный сигнал одновременно получают все абоненты). Инфракрасный канал не смог получить широкого распространения, его вытеснил радиоканал.

Тепловое излучение применяется также для приема сигналов оповещения[10].

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах (инфракрасный порт) и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Интересно, что инфракрасное излучение бытового пульта дистанционного управления легко фиксируется с помощью цифрового фотоаппарата.

Медицина

Наиболее широко инфракрасное излучение в медицине находит в различных датчиках потока крови (PPG).

Широко распространенные измерители частоты пульса (ЧСС, HR — Heart Rate) и насыщения крови кислородом (SpO2) используют светодиоды зелёного (для пульса) и красного и инфракрасного (для SpO2) излучений.

Излучение инфракрасного лазера используется в методике DLS (Digital Light Scattering) для определения частоты пульса и характеристик потока крови.

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии.

Влияние длинноволнового инфракрасного излучения:

• Стимуляция и улучшение кровообращения. При воздействии длинноволнового инфракрасного излучения на кожный покров происходит раздражение рецепторов кожи и, вследствие реакции гипоталамуса, расслабляются гладкие мышцы кровеносных сосудов, в результате сосуды расширяются.
• Улучшение процессов метаболизма. При тепловом воздействии инфракрасного излучения стимулируется активность на клеточном уровне, улучшаются процессы нейрорегуляции и метаболизма.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции[источник не указан 84 дня

].

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа и мука, на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Проверка денег на подлинность

Инфракрасный излучатель применяется в приборах для проверки денег. Нанесённые на купюру как один из защитных элементов, специальные метамерные краски возможно увидеть исключительно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные детекторы валют являются самыми безошибочными приборами для проверки денег на подлинность[источник не указан 2754 дня

]. Нанесение на купюру инфракрасных меток, в отличие от ультрафиолетовых, фальшивомонетчикам обходится дорого и соответственно экономически невыгодно[ источник не указан 84 дня ]. Потому детекторы банкнот со встроенным ИК излучателем, на сегодняшний день, являются самой надёжной защитой от подделок[ источник не указан 84 дня ].

Вред для человека

Стоит отметить, что вред от инфракрасного излучения для организма человека тоже может быть весьма существенным. Наиболее очевидные и распространенные случаи — ожоги кожи и дерматиты. Происходить они могут либо при слишком длительном воздействии слабых волн инфракрасного спектра, либо в ходе интенсивного облучения. Если говорить о медицинских процедурах, то редко, но все же случаются тепловые удары, астении и обострения болей при неправильном лечении.

Одной из современных проблем являются ожоги глаз. Наиболее опасны для них ИК-лучи с длинами волн в пределах 0,76-1,5 мкм. Под их влиянием происходит нагревание хрусталика и водянистой влаги, что может приводить к различным нарушениям. Одним из самых распространенных последствий является светобоязнь. Об этом стоит помнить детям, играющим с лазерными указками, и сварщикам, пренебрегающим средствами индивидуальной защиты.

Земля как инфракрасный излучатель

Поверхность Земли и облака поглощают видимое и невидимое излучение от Солнца и переизлучают большую часть энергии в виде инфракрасного излучения обратно в атмосферу. Некоторые вещества в атмосфере, главным образом капли воды и водяной пар, а также диоксид углерода, метан, азот, гексафторид серы и хлорфторуглерод поглощают это инфракрасное излучение и вновь излучают его во всех направлениях, включая обратно на Землю. Таким образом, парниковый эффект удерживает атмосферу и поверхность в более нагретом состоянии, чем если бы инфракрасные поглотители отсутствовали в атмосфере[13][14].

Примечания

1. Длина электромагнитной волны в вакууме.
2. Инфракрасное излучение // Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия
3. Инфракрасное излучение // БСЭ
4. ↑ 123 Спектр // Энциклопедия Кольера
5. Byrnes, James. Unexploded Ordnance Detection and Mitigation. — Springer, 2009. — P. 21–22. — ISBN 978-1-4020-9252-7.
6. Henderson, Roy Wavelength considerations. Instituts für Umform- und Hochleistungs. Проверено 18 октября 2007. Архивировано 28 октября 2007 года.
7. Near, Mid and Far-Infrared. NASA IPAC. Проверено 4 апреля 2007. Архивировано 28 мая 2013 года.
8. Animals That Can See Infrared Light (электронный ресурс) By Rebecca Boardman; Sciencing.com . April 25, 2020.
9. Инфракрасная система отопления
10. А.И. Бодренко. Патент RU 165421 U1 на полезную модель: Устройство, предназначенное для приема стрелком сигнала оповещения при использовании им индивидуального огнестрельного стрелкового оружия, содержащего рукоятку управления и приклад. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (20.10.2016).
11. Monona Rossol. The artist’s complete health and safety guide. — 2001. — С. 33. — 405 с. — ISBN 978-1-58115-204-3.
12. Иванов Игорь. Губительным для ДНК является весь ближний ИК-диапазон излучения. elementy.ru (02.05.2014). Проверено 3 мая 2014.
13. Global Sources of Greenhouse Gases. Emissions of Greenhouse Gases in the United States 2000 . Energy Information Administration (2 мая 2002). Проверено 13 августа 2007. Архивировано 28 мая 2013 года.
14. Clouds & Radiation. Проверено 12 августа 2007.