ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДИССИПАТИВНЫХ СТРУКТУР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭМИ КВЧ НА СИСТЕМУ «ВОДА – КРАСИТЕЛЬ»

Мартынюк В.С., Нижельская А.И.¹

Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, Украина

e-mail: mavis@science-center.net

¹Центр «Физико-химическое материаловедение» Киевского национального университета им. Тараса Шевченко и НАН Украины, Киев, Украина

e-mail: aljona_@bigmir.net

Рассмотрено действие электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового диапазона мощностью ~10 мВт в диапазоне частот 37 – 53 ГГц на водные растворы красителей разной природы. При локальном облучении слоя воды, содержащей концентрированный раствор красителя, в чашках Петри возникали разнообразные типы упорядоченных диссипативных структур (рис.). Быстрые динамические изменения в жидкости происходят в течение минут, а затем структуры стабилизируются и медленно эволюционируют во времени. Данная модель удобна для демонстрации синергетических явлений наподобие ячеек Бенара, а также для изучения действия миллиметрового ЭМИ, в том числе его биологических эффектов.

Рис. Пример формирования диссипативных структур при воздействии ЭМИ КВЧ ~10 мВт.  А – структуры типа «восьмерка», Б – структуры типа «кардиода», В – структуры типа «ромашка».

Основная причина формирования конвективных диссипативных структур, на наш взгляд, связана с разогревом раствора красителя в области выхода волновода, откуда подаётся излучение в исследуемую систему (на фотографиях – чёрный прямоугольник в центре чашки Петри). Измерение температуры показало, что на дне чашки Петри в центре этой зоны водная среда нагревается на 2–4 ^оС, что приводит к образованию конвективных вихрей и поднятию части раствора красителя на поверхность. Однако измерение температуры в области выхода разогретого вихря на поверхность водного слоя показало, что его температура не выше, чем на 1 ^оС, в сравнении с окружающим объёмом, а в областях повышенной концентрации красителя, формирующей структуры лепестков, кардиоид и восьмёрок, температура не отличалась от таковой в остальном объёме.

Вид конвективной структуры зависит от толщины водного слоя. В экспериментах с красителем ДХФИФ при толщине водного слоя 3 мм доминируют структуры «неправильных восьмёрок», а при 6 мм наблюдаются преимущественно кардиоиды. При использовании туши доминировали кардиоиды при разной высоте водного слоя. Такое различие указывает на то, что формирование диссипативных структур зависит и от химической природы растворённых веществ (наличия заряженных, гидрофобных, полярных химических групп в молекулах и т.д.).

При уменьшении мощности действующего ЭМИ КВЧ на ~ 20%  конвективные структуры образуются со значительной задержкой и являются неполными, а при ещё большем понижении мощности не формируются даже конвективные вихри. Различные искажения поля (рассеивание с помощью рупора, ослабление дополнительным тонким слоем воды, перекрытие части сечения волновода) исключают появление структур. По-видимому, это указывает на пороговый характер наблюдаемых явлений.

При использовании переходного волновода с круглым выходным сечением возникающие структуры более симметричны, чем при прямоугольном излучателе. Это свидетельствует о том, что формирование диссипативных структур в значительной мере зависит от пространственной структуры электромагнитного поля, воздействующего на водный слой.

Одной из наиболее интересных особенностей таких диссипативных структур является их когерентность: система ведет себя согласованно, как единое целое. Например, зацепив микропипеткой край «структуры», её можно поворачивать и двигать как целое, что напоминает поведение гелеподобных структур. Такое «гелеподобное» состояние сохраняется некоторое время и после выключения генератора. Известно, что «гель–золь» переходы в живой клетке имеют исключительно важное значение в регуляции метаболизма, подвижности, формообразовании и способности реагировать на внешние стимулы.

Вероятно, наблюдаемый нами феномен является одним из экспериментальных подтверждений идей о коллективных свойствах возбуждений в жидких средах, множественных нелинейных резонансных взаимодействиях колебательных мод и сильных колебательно-электронных взаимодействиях, приводящих к пространственному концентрированию энергии и переходу в определённые динамические структурные состояния.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592