Тепловые свойства сверхвысокочастотных волн

Электромагнитные волны высокой частоты нашли свое применение в нашей повседневной жизни совершенно случайно — в процессе изобретения приборов для военных нужд.

Накануне Второй мировой американские военные заказали фирме Raytheon конструирование и сборку радаров, необходимых для обнаружения врага издалека. Над этим проектом работал большой коллектив исследователей и инженеров, среди которых был любитель-непрофессионал Перси Спенсер. За несколько лет до того ученые уже пытались разогревать пищу с помощью электромагнитных колебаний частотой 60 МГц, но эта частота была слишком низкой: чтобы волны соответствующей длины оказали на продукт хоть какое-то термическое воздействие, потребовалось бы соорудить огромную установку. (Для сравнения: частота волн современных печей составляет 2,4 ГГц!)

От идеи отказались, однако 15 лет спустя, в 1946 г., во время наблюдений за генерированием микроволн мощной радиолампой — магнетроном, Спенсер вдруг обнаружил, что шоколадный батончик у него в кармане подтаял. Немало удивленный, испытатель положил под магнетрон зернышки кукурузы — и те превратились в попкорн. Затем Перси поставил опыт на яйце, и оно взорвалось прямо в лицо незадачливому исследователю. Стало ясно: такие волны способны не то что разогревать — даже готовить пищу.

Через год в продажу поступили первые СВЧ-печи — далеко не дешевые (стоимость прибора достигала $3000, и это в середине прошлого века!) и очень массивные. Каждый «шкафчик» хранил в себе массу проводов, мощные электролампы, магниты, трансформаторы, преобразующие переменный ток в постоянный в ходе индукции, а также вентиляторы и трубы с водой для охлаждения. Весь этот «фарш» весил примерно 340 кг, и, разумеется, поначалу никто не желал покупать такое чудо техники. Но постепенно печи совершенствовались, уменьшались, дешевели, и если раньше их использовали только в общепите, то со временем, когда приборы стали охлаждаться воздухом вместо воды, их начали приспосабливать и для иных целей. Например, для сушки керамических изделий, бумаги, ткани, кожи и древесины, которая должна была пойти на производство спичек, карандашей и книг.

Минуло два десятка лет после открытия Спенсера, кода люди наконец-то смогли пользоваться маленькими, удобными в хозяйстве микроволновками по доступной цене. Случилось это во многом благодаря японской фирме Sharp, которая в начале 1960-х выкупила патент на СВЧ-печи. В 1966 г. конструкторы Sharp придумали вращающийся диск, благодаря чему пища стала нагреваться быстрее и равномернее. Через 13 лет управление микроволновкой было автоматизировано: японцы встроили в прибор микропроцессор. А еще 20 лет спустя появилась печь, которую можно подключать к Интернету.

Тем не менее с момента своего появления и до сегодняшнего дня СВЧ-печи пользуются неоднозначной славой. Поговаривают, будто они излучают радиацию и якобы присутствие в доме такого прибора может вызвать самые разные заболевания.

Одни ученые считают, что это лишь предубеждения. Излучение сверхвысокой частоты представляет собой электромагнитную волну. Опасна она или нет, зависит от величины и мощности одной порции (кванта) ее энергии. У видимого света размер квантов оптимален — при большем луч ионизирует атомы, то есть передает им положительный либо отрицательный заряд, меняя структуру молекул. Именно такое излучение называют радиационным. И хотя частота волны напрямую влияет на размер «порций» излучения, у СВЧ-лучей частота недостаточно велика, чтобы вызвать ионизацию. Она гораздо меньше, чем у солнечного ультрафиолета, расположенного на нижней границе радиационного излучения.

Что касается мощности, то есть количества квантов в пучке излучения, то даже видимый свет при увеличении этого параметра превращается в лазер, способный прожечь грубые металлические листы. СВЧ-лучи тоже могут серьезно обжечь кожу, но для этого нужно оставить работающую микроволновку открытой либо сунуть туда руку. А из закрытой печи излучение наружу выйти не может.

Впрочем, некоторые исследователи придерживаются мнения, будто микроволновки все-таки вредны. В процессе нагревания СВЧ-лучи атакуют водяные молекулы продуктов, в результате чего те начинают вращаться с огромной скоростью и тереться между собой. (Поэтому, например, пирожок с вареньем сильнее нагревается внутри, чем снаружи.)

В 1992 г. американские ученые провели сравнительное исследование и пришли к выводу, что под воздействием сверхвысокочастотных волн молекулы, во-первых, деформируются и образуют новые, непривычные организму, даже токсичные соединения, а во-вторых, наполняются энергией электромагнитного излучения. В ходе эксперимента одна группа людей употребляла продукты, термически обработанные на плите, а другая — подогретые в СВЧ-печи. Через некоторое время у подопытных взяли анализ крови, и, по словам исследователей, у второй группы гемоглобин был снижен, а холестерин повышен. То есть микроволны приносят скорее вред, нежели пользу.

Однако большинство ученых уверяют, что слепо верить таким заявлениям нельзя, ведь любая термическая обработка продуктов так или иначе влияет на структуру молекул. Главное же в обращении с СВЧ-лучами — следить, чтобы печь была плотно закрыта и чтобы продукты в ней не перегревались. Микроволны воздействуют на пищу (точнее, на воду в ней) не снаружи, а изнутри. И если подвергнуть обработке чай или сок, то при слишком долгом воздействии СВЧ-лучей температура жидкости превысит 100 °С, но сама жидкость не испарится. Опустите туда ложку или бросьте сахар — и напиток буквально взорвется обжигающими брызгами и паром. Между тем при разумном обращении волны сверхвысокой частоты будут работать на нас — как делали это на протяжении предыдущей полусотни лет.