Психотронное оружие

Механические преобразователи

В настоящее время среди механических преобразователей наиболее широкое применение получили ультразвуковые свистки, жидкостные генераторы, гидродинамические излучатели, газоструйные излучатели и сирены. Применяются все они для создания ультразвуковых колебаний в жидкостях, воздухе и газообразных средах. Механические излучатели работают в широком диапазоне частот (20--200 кгц (55, с.7-8).

Принцип действия ультразвукового генератора почти такой же, как и обычного милицейского, но размеры его значительно больше. Поток воздуха с большой скоростью разбивается об острый край внутренней полости генератора, вызывая колебания с частотой, равной собственной частоте резонатора. Изменяя размеры резонатора, можно изменять частоту колебаний. Уменьшение размеров резонатора приводит к повышению частоты колебаний. При помощи ультразвукового генератора можно создавать колебания с частотой до 100 кгц. Мощность такого генератора мала, поэтому для получения больших мощностей применяют газоструйные генераторы, у которых скорость истечения воздуха или газа значительно выше. Струйный генератор прост по устройству, но имеет небольшой к. п. д.

Жидкостные генераторы применяют для излучения ультразвука в жидкость. В жидкостных генераторах (рис. 1) в качестве резонансной системы служит двустороннее острие, в котором возбуждаются изгибные колебания. Струя жидкости, выходя из сопла с большой скоростью, разбивается об острый край пластинки, по обе стороны которой возникают завихрения, вызывающие изменение давления с большой частотой.

Для работы жидкостного генератора необходимо избыточное давление жидкости 5 кГ/см² (55, с.8).

Рис. 1. Принцип действия жидкостного генератора: /--сопло; 2--пластинка

Во многих технологических процессах применяется ультразвуковая сирена с двумя дисками, помещенными в камеру. На каждом диске имеется большое количество отверстий. Поступающий под большим давлением в камеру воздух выходит через отверстия обоих дисков. При вращении внутреннего диска (ротора) его отверстия будут совпадать с отверстиями наружного диска (статора) только в определенные моменты времени. В результате вращения возникнут пульсации воздуха. Чем больше скорость вращения ротора, тем больше частота пульсаций. Мощность и к.п.д. сирены значительно выше. Если в поле излучения такой сирены поместить вату, то она воспламенится, а стальные стружки нагреваются докрасна (55, с.9).

Рис. 2. Ультразвуковые механические преобразователи

Электромеханические (электроакустические) преобразователи широко применяются в промышленности и при научных исследованиях. Особенности конструкции электромеханических преобразователей позволяют применять их на высоких частотах. Ультразвуковые электромеханические преобразователи более устойчивы в работе, чем механические. По принципу действия электромеханические преобразователи подразделяются на электродинамические, пьезоэлектрические и магнитострикционные.

Электродинамические преобразователи основаны на принципе взаимодействия проводника, по которому проходит переменный ток, с магнитным полем. В настоящее время электродинамические преобразователи применяются редко, поэтому в данной работе они не рассматриваются (55. с.10).

Для изготовления пьезоэлектрических преобразователей из кристаллов кварца вырезают пластинки таким образом, чтобы плоскости их были перпендикулярны одной из трех электрических осей (Х-срез). Такие пластинки при колебаниях излучают продольные волны, хорошо распространяющиеся в твердых телах, жидкостях и газах. Пластинки с У-срезом применяются в том случае, когда нужно получить поперечные волны. Пластинки с Z-срезом не обладают пьезоэлектрическим эффектом.

Пьезоэлектрический эффект может быть прямым и обратным. Если к пластинке кварца с двух сторон прикрепить электроды и соединить их проводниками с чувствительным прибором, то при сжатии пластинки возникнет электрический заряд, а при растяжении заряд будет той же величины, но противоположный по знаку. Следовательно, возникновение зарядов на гранях пластинки при механическом воздействии называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. При этом электрическая поляризация прямо пропорциональна механическому напряжению, знак которой зависит от его направления:

e = dF,

где е -- величина электрического заряда;

d -- постоянная величина, называемая пьезоэлектрическим модулем;

F -- сила, вызывающая механическое напряжение, в дин.

Принцип прямого пьезоэлектрического эффекта используется при изготовлении приемников ультразвуковых колебаний, которые преобразуют механические колебания в электрические, т. е. в переменный ток.

Если к электродам кварцевой пластинки подвести электрический заряд, то ее размеры увеличатся или уменьшатся в зависимости от полярности подводимого заряда. Чем больше заряд, тем больше деформация пластинки. При изменении знаков приложенного напряжения кварцевая пластинка будет то сжиматься, то разжиматься, т. е. она будет колебаться в такт с изменениями знаков приложенного напряжения. Изменение размеров лластинки под действием электрических зарядов называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Изменение толщины пластинки под действием электрических зарядов пропорционально приложенному электрическому напряжению:

At=dU,

где А -- изменение толщины пластинки;

d -- пьезоэлектрический модуль;

U -- приложенное напряжение в абсолютных электростатических единицах.

Принцип обратного пьезоэлектрического эффекта используется при изготовлении излучателей ультразвуковых колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические.

Пьезоэлектрический излучатель и приемник могут быть представлены в виде одного прибора, который поочередно излучает и принимает ультразвуковые колебания. Такой прибор называют ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем (55, с.10-11).

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи применяются в ультразвуковых дефектоскопах, экспресс-анализаторах, уровнемерах, расходомерах, эхолотах, рыбопоисковых приборах, медицинских и других приборах. Большое будущее принадлежит пьезоэлектрическим преобразователям при освоении космоса и, в частности, при подготовке к полету человека на другие планеты. Чтобы отправиться в межпланетное путешествие, нужно иметь точные данные о метеорной опасности. Эту задачу и выполняют пьезоэлектрические преобразователи, регистрирующие появление даже микроскопических метеоров.

Кварц долгое время был одним из основных материалов для изготовления ультразвуковых преобразователей. Он очень устойчив к высоким температурам, плавится при 1470°С, а теряет пьезоэлектрические свойства при 570° С. Но кварц не выдерживает больших механических нагрузок, он очень хрупок. Поэтому специалисты предложили другой кристалл -- сегнетову соль. Ее кристаллы легко выращиваются искусственным путем и легко обрабатываются. Кроме того, сегнетова соль по сравнению с другими пьезокристаллами, в том числе и кварцем, обладает значительно большим пьезоэлектрическим эффектом. Самое ничтожное механическое воздействие на пластинку сегнетовой соли приводит к появлению электрических зарядов. Однако сегнетовой соли свойственны и серьезные недостатки, которые ограничивают ее практическое применение. Это, в первую очередь, низкая температура плавления (около 60°С), при которой сегнетова соль теряет пьезоэлектрические свойства и больше не восстанавливает их. Сегнетова соль растворяется в воде и, следовательно, боится влаги.

Большие исследования по изысканию новых пьезоэлектрических материалов проводились во время второй мировой войны. Они были вызваны "кварцевым голодом", возникшим вследствие широкого использования пьезокварца в гидроакустических приборах и в военной радиоэлектронике. Так, во время второй мировой войны для изготовления пьезоэлектрических преобразователей применялись кристаллы дигидрофосфата аммония. Этот материал очень стабилен по физическим параметрам, имеет высокий коэффициент электромеханической связи, позволяет работать с большими мощностями и в широком диапазоне частот.

Из новых пьезоэлектрических материалов долгое время применялись фосфат аммония, сульфат лития и дигидрофоофат калия. В гидроакустических преобразователях эти материалы применялись в виде мозаичных пакетов. Однако всем пьезокристал-лам присущ один общей недостаток -- малая механическая прочность. Ученые начали упорные поиски заменителя пьезокристал-лам, который был бы близок к ним по пьезоэлектрическим свойствам и не имел бы их недостатков. И такой заменитель был найден (55, с.11-12).

Советские ученые под руководством чл.-корр. Академии наук СССР Б. М. Вула создали вещество, наделенное удивительными и ценными свойствами, и назвали его титанат бария. В недрах. земли он встречается очень редко, поэтому его получают искус-ственным путем. Смесь двух минеральных веществ (углекислого бария и двуокиси титаната) обжигают при очень высокой температуре. В результате получается желтовато-белая масса, которая по виду и механическим свойствам напоминает обыкновенную глину. Этой массе можно придать любую форму и размер. Как и всякое керамическое изделие, она будет механически прочной и нерастворимой в воде.

Рис. 4. Пьезокерамические преобразователи

Но титанат бария не обладает пьезоэлектрическими свойствами, и ему нужно придать эти свойства искусственно. Для этого обожженную массу помещают в сильное электрическое поле, а затем охлаждают. Под воздействием электрического поля происходит поляризация кристалликов титаната бария, их диполи занимают одинаковое положение, а после охлаждения фиксируются (как бы "замораживаются") в этом положении.

Пьезоэлектрический эффект у титаната бария в 50 раз больше, чем у кварца, а стоимость его в 100 раз меньше. Важно, что для изготовления преобразователей из титаната бария имеется неограниченное количество сырья. Недостатком титаната бария являются большие механические и диэлектрические потери, что приводит к его перегреву, а при температуре более 90° С значительно уменьшается интенсивность излучения. Практически пьезокерамические преобразователи выполняются в виде плоских, сферических и цилиндрических конструкций (рис. 4) (55, с.12-13).

Научно-исследовательскими и конструкторскими организациями разработаны и изготовлены ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи, предназначенные для интенсификации химических, электрохимических и других процессов. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой один или несколько соединенных определенным образом отдельных пьезоэлементов с плоской или сферической поверхностью, приклеенных на общую металлическую пластину толщиной, равной половине длины волны ультразвука в металле. Для отвода тепла, выделяемого пьезоэлементами (если в этом есть необходимость), в корпус преобразователя заливается масло, которое охлаждается змеевиком с проточной водой.

Рис. 5. Ультразвуковой пьезоэлектрический концентратор

При технологическом применении преобразователь опускается в облучаемый объем либо является конструктивным элементом устройства (дном, стенкой и т. п.). Применение устройства с пьезоэлектрическим преобразователем позволяет, например, интенсифицировать процессы коагуляции аэрозолей, очистки, диспергирования, эмульгирования, электроосаждения и др. Для получения большей интенсивности излучения применяют фокусирующи пьезоэлектрические преобразователи, или концентраторы, которые могут иметь самые различные формы (полусферы, части полых сфер, полые цилиндры, части полых цилиндров и т. п.). Такие преобразователи используются для получения мощных ультразвуковых колебаний на высоких частотах. При этом интенсивность излучения в центре фокального пятна у сферических преобразователей превышает в 50-- 150 раз среднюю интенсивность на излучающей поверхности преобразователя.

На рис. 5 показан ультразвуковой пьезоэлектрический концентратор, разработанный Акустическим институтом АН СССР. Он может применяться при научных исследованиях в процессах эмульгирования, диспергирования, коагуляции, при распылении и др (55, с.13-14).

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи характеризуются следующими основными параметрами: потребляемой мощностью, импульсной мощностью, частотой следования импульсов, длительностью импульсов, акустической мощностью и мощностью потерь, коэффициентом полезного действия, интенсивностью излучения, резонансной и частотной характеристиками, полным электрическим и эквивалентным сопротивлением.

Параметры пьезоэлектрических преобразователей определяются путем расчета по формулам и проверяются экспериментально (55, с.14-15).

Магнитострикционные преобразователи

Еще в 1847 г. Джоуль заметил, что ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, изменяют свои размеры. Это явление назвали магнитострикционным эффектом, или магнитострикцией.

Рис. 6. Магнитострикционный эффект: а -- обратный; б -- прямой

Различают два вида магнитострикции: линейная, при которой геометрические размеры тела изменяются в направлении приложенного поля, и объемная, при которой геометрические размеры тела изменяются во всех направлениях. Линейная магни-тострикция наблюдается при значительно меньших напряжен-ностях магнитного поля, чем объемная. Поэтому практически в магнитострикционных преобразователях используется линейная магнитострикция.

Магнитострикционный эффект, как и пьезоэлектрический, обратим. Если по обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень определенного состава (рис. 6, б), пропустить переменный ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля стержень будет деформироваться (удлиняться и укорачиваться) -- прямой магнитострикционный эффект. Никелевые сердечники в отличие от железных в магнитном поле укорачиваются. При пропускании переменного тока по обмотке излучателя его стержень деформируется однозначно (в одном направлении) при любом направлении магнитного поля. Поэтому частота механических колебаний будет вдвое больше частоты переменного тока, протекающего в обмотке.

Чтобы частота колебаний излучателя соответствовала частоте возбуждающего тока, в обмотку излучателя подводят постоянное напряжение поляризации. У поляризованного излучателя увеличивается амплитуда переменной магнитной индукции, что приводит к увеличению деформации сердечника излучателя, а следовательно, и повышению мощности.

Если же стержень из ферромагнитного материала, на который наложена обмотка, сжимать или растягивать (см. рис. 6, а), то его магнитные свойства будут изменяться, а в обмотке возникнет переменный ток -- обратный магнитострикционный эффект. (55, с.15-16).

Прямой магнитострикционный эффект использован при изготовлении ультразвуковых магнитострикционных преобразователей, которые являются незаменимым элементом любой ультразвуковой технологической установки. Магнитострикционные преобразователи по сравнению с пьезоэлектрическими имеют большие относительные деформации, большую механическую прочность, менее чувствительны к температурным воздействиям, у них небольшие значения полного электрического сопротивления, в результате чего для получения большой мощности не требуются высокие напряжения.

Одним из основных условий при изготовлении ультразвуковых магнитострикционных преобразователей является соответствие их геометрических размеров заданной резонансной частоте.

При изготовлении магнитострикционных преобразователей определяются не только геометрические размеры, но принимаются во внимание материал преобразователя, его конструкция и технология изготовления.

Для изготовления магнитострикционных преобразователей используют главным образом никель, пермендюр, альфер и феррит. Наибольший магнитострикционный эффект наблюдается у пермендюра (49% кобальта, 49% железа, 2% ванадия). Кроме того, пермендюр может работать при повышенных температурах. Еще большим магнитострикционным эффектом обладает сплав платины с железом (32% платины, 68% железа), но из-за высокой стоимости он практически не применяется (55, с.15-16).

Чаще всего в ультразвуковых установках применяются преобразователи из никеля. Магнитострикционные свойства никеля значительно ниже, чем пермендюра, но он дешев и имеет высокую стойкость против коррозии.

Хорошие магнитострикционные свойства у железоалюминиевых сплавов -- альферов с 12--14% алюминия. Альфер имеет высокое удельное электросопротивление, поэтому потери энергии на вихревые токи незначительны. Однако трудности, связанные с прокатом этого материала, и хрупкость ограничивают его практическое применение (55, 15-16).

Магнитострикционные сердечники могут быть изготовлены и из ферритов (рис. 7), свойства которых в большой степени зависят от составляющих (окиси никеля, железа,цинка). У ферритов высокое удельное сопротивление, в результате чего потери на вихревые токи в них ничтожно малы. Свойства ферритов устойчивы к температурным изменениям и незначительно изменяются в пределах 30--120° С. Но у ферритов есть недостаток -- малая механическая прочность, что вызывает опасность их перегрузки при работе в колебательных системах большой мощности. Механические напряжения, возникающие в материале, приводят к образованию трещин, а затем и к разрушению преобразователя.

Магнитострикционный эффект в значительной степени зависит от температуры. Термостойкость различных материалов неодинакова. У никелевых преобразователей при нагревании до температуры 100--150° С магнитострикционный эффект снижается на 20--25%, а при температуре 353° С (точка Кюри) он исчезает совсем. Для альфера точка Кюри находится около 500° С (55, с.16-17).

Наибольшей термостойкостью обладают преобразователи из пер-мендюра, способные выдержать температуру выше 900°С.

В США проводятся исследования по повышению эффективности магнитострикционных преобразователей. Одной из фирм разработан магнитострикционный преобразователь с малыми потерями. В нем в качестве активного материала применен ванадий-пермендюр (железокобальтовый сплав с небольшим содержанием ванадия). Такой преобразователь представляет собой ленту из пермендюра, свернутую в виде цилиндра, с изолирующей прокладкой. В новом преобразователе возбуждается весь магнитострикционный материал. В обычном преобразователе возбуждается не более 70% материала. Обычный магнитострикционный преобразователь конструктивно представляет собой пакет, набранный из тонких пластин никеля, пермендюра или альфера толщиной 0,1--0,2 мм, которые изолируются между собой лакированием или оксидированием. Преобразователи могут быть одно- и многостержневыми. Наиболее широкое применение находят многостержневые преобразователи, в которых магнитный поток замыкается при помощи ярма или накладок.

Для возбуждения магнитострикционных преобразователей, использующих эффект продольной магнитострикции, можно применить три следующих схемы.

С разомкнутым магнитным потоком (рис. 8, а). Такая схема может быть использована в установках малой мощности.

С замкнутым магнитопроводом при помощи ярма (рис. 8,6). Обмотка возбуждения накладывается на центральный стержень, а обмотка подмагничивания -- на боковые половины ярма. В такой схеме потери на потоки рассеивания меньше. Но, несмотря на относительно высокий к. п. д., преобразователи, собранные по этой схеме, получаются громоздкими (55. с.17-18).

С замкнутым (внутри пакета) магнитопроводом (рис. 8, в). Пластины для пакета могут быть с одним или несколькими окнами. С одним окном получается двухстержневой пакет, с двумя окнами -- трехстержневой. На образующиеся таким образом стержни накладывается обмотка.

Для изготовления мощных магнитострикционных преобразователей целесообразно применять схему с замкнутым магнитопроводом, так как в этом случае будут меньшие потери, более компактная конструкция и лучшие условия для охлаждения (55, с.18-19).

Показатель эффективности магнитострикционного преобразователя из никеля для обработки твердых и хрупких материалов не менее 0,5, а преобразователя из пермендюра -- не менее 1,1.

Для измерения параметров ультразвуковых преобразователей, работающих в воздухе, в воде, при наличии сильных электромагнитных полей применяют ультразвуковые бесконтактные виброметры. Виброметр может быть использован для измерения амплитуды и частоты вибрации, определения формы вибрации, исследования частотного спектра вибрации, изучения распределения амплитуды смещения на поверхности трансформаторов упругих колебаний, осциллографирования кратковременных и нестационарных процессов в преобразователях, снятия частотных характеристик преобразователей, наблюдения фазовых соотношений смещения различных точек сложных колебательных систем, исследования потерь в материалах (55, 18-19).

Ультразвуковые генераторы

Ультразвуковые генераторы предназначены для преобразования тока промышленной частоты в ток высокой частоты и для питания электроакустических систем-преобразователей {пьезоэлектрических и магнитострикционных). Ультразвуковые генераторы подразделяются на машинные, ламповые, полупроводниковые.

Машинные генераторы, а точнее машинные преобразователи рассчитаны на работу с частотой до 20 кгц и на мощность, как правило, превышающую 3--5 кет. Машинные преобразователи просты по устройству и экономичны, однако они не получили широкого распространения в ультразвуковой технике ввиду низкой стабильности частоты и сложности ее регулирования, а также трудности получения частоты более 20 кгц без дополнительных устройств -- умножителей частоты (55, с.25-26).

Рис. 13. Новые магнитострикционные преобразователи

В большинстве случаев для возбуждения механических колебаний ультразвуковой частоты в преобразователях применяются ламповые генераторы, особенностью которых является то, что они позволяют изменять частоту в широких пределах, имеют больший по сравнению с машинными к.п.д. и могут быть выполнены в широком диапазоне мощностей -- от нескольких десятков ватт до десятков киловатт.

В последнее время большое признание получили ультразвуковые генераторы на полупроводниковых триодах и управляемых вентилях. Преимущество их очевидно -- значительно меньшие габариты, повышенная надежность в работе и стабильность частоты, а также удовлетворение современным требованиям технической эстетики.

К ультразвуковым генераторам предъявляются следующие основные требования: высокий к.п.д., стабильность частоты и возможность плавного регулирования ее в заданном диапазоне; возможность регулирования выходной мощности, надежность в работе, небольшие габаритные размеры, удобство обслуживания и др (55, с.26).

Ультразвуковые генераторы с независимым возбуждением легко поддаются плавной регулировке частоты. Кроме того, такие генераторы имеют высокую стабильность частоты.

Отечественной промышленностью разработаны и выпускаются ультразвуковые генераторы различной мощности в зависимости от их назначения. По этому признаку ультразвуковые генераторы можно подразделить на генераторы малой мощности (100 - 600 вт), средней и большой мощности (более 1 квт) (55, с.28-29).

Рис. 15. Упрощенная схема ультразвукового генератора с самовозбуждением

Кавитация -- это, в свою очередь, сложный комплекс явлений, связанных с возникновением, развитием и захлопыванием в жидкости мельчайших пузырьков различного происхождения. Ультразвуковые волны, распространяющиеся в жидкости, образуют чередующиеся области высоких и низких давлений, создающих зоны высоких сжатий и зоны разрежений. В разреженной зоне гидростатическое давление понижается до такой степени, что силы, действующие на молекулы жидкости, становятся больше сил межмолекулярного сцепления. В результате резкого изменения гидростатического равновесия жидкость разрывается, образуя многочисленные мельчайшие пузырьки газов и паров, находящихся до этого в жидкости в растворенном состоянии. В следующий момент, когда в жидкости наступает период высокого давления, образовавшиеся ранее пузырьки захлопываются. Процесс захлопывания пузырьков сопровождается образованием ударных волн с очень большим местным мгновенным давлением, достигающим нескольких сотен атмосфер. Возникновение кавитации можно наблюдать визуально по появлению туманного облачка пузырьков в ультразвуковом поле. При больших интенсивностях ультразвуковых колебаний кавитация сопровождается шипением (55, с.36-37).

Ультразвуковая кавитация в жидкости зависит от ее плотности, вязкости, температуры, молекулярного веса, сжимаемости, содержания газов, количества инородных микроскопических включений, частоты и интенсивности ультразвуковых колебаний, статического давления и других факторов.

Целенаправленным изменением некоторых из этих факторов можно влиять на активность кавитационного процесса в нужном направлении. Так, например, в воде кавитация сильнее, чем в растворителях. Наличие газа в жидкости повышает эффективность кавитационных явлений. С увеличением температуры жидкости интенсивность кавитации растет до определенного максимума, пройдя который, начинает падать. Эффективность кавитации находится в прямой зависимости от интенсивности ультразвуковых колебаний и в обратной зависимости от их частоты. При очень высоких ультразвуковых частотах кавитацию вообще невозможно получить. Большое значение в интенсификации процесса ультразвуковой кавитации имеет подбор определенных соотношений между интенсивностью ультразвуковых колебаний и избыточным статическим давлением в жидкости (55,с.36-37).

Ультразвуковые колебания вызывают явления кавитации и колебания молекул. Кроме того, поглощение жидкостью ультразвуковых волн вызывает нагрев жидкости (55, с.204). Явление кавитации, интенсивные колебания молекул и нагрев жидкости являются сильным поражающим фактором, так как человек на 90% состоит из воды (52, с.112).

Действие ультразвука складывается из нескольких факторов: теплового, механического и химического. Тепловое действие основано на поглощении ультразвуковых волн телом человека. Температура живого организма -- свидетельство того, что в нем происходит постоянное беспорядочное движение частиц. Ультразвук добавляет к нему направленные колебательные движения. Часть энергии ультразвука поглощается и переходит в тепловую, при этом ткань прогревается не с верхних слоев, а по всему объему равномерно.

Механическое действие представляет собой своего рода микромассаж клеток и тканей, в результате чего происходит их сжатие и растяжение. При этом смещение частиц невелико, скорость движения также небольшая.

И, наконец, физико-химическое действие заключается в изменении хода окислительно-восстановительных процессов, ускоренном расцеплении сложных белковых комплексов до обычных органических молекул, активизировании ферментов (55, с.228).

Используя хорошую способность ультразвука к фокусировке, ученые предложили применить его в нейрохирургии. Ультразвуковым фокусирующим прибором можно разрушать отдельные участки нервных клеток, не повреждая другие. Прибор создает в фокальной области очень большое звуковое давление. Фокусное расстояние при работе прибора можно 'изменять, а следовательно, и выбирать любой оперируемый участок по глубине залегания без повреждения верхних слоев.

Проведенные в одной из лабораторий Академии наук СССР опыты показали, что с помощью мощного ультразвукового излучения удается разрушить (55, с.230) практически любую ткань организма человека.

Локальный нагрев тканей при интенсивном и длительном воздействии ультразвуковым излучением может привести к перегреву биологических структур и их разрушению (58, с.782).

Частоты выше 20КГц человек не слышит, но ультразвук поражает человеческий материал и в неслышимом диапазоне (неприятные ощущения возникают при мощности излучения - со 110 Дб (децибел), болевой порог, травмирующие - со 130 Дб (децибел), смертельные - со 180 Дб (децибел). В ультразвуковом оружии для надёжного уничтожения человека применяется мощность излучения в 200 Дб (децибел). Используют как тепловые, так и механические воздействия упругих колебаний с частотами свыше 100КГц. Даже такая интенсивность концентрированных колебаний значительно влияет на мыслительные структуры и нервную систему, вызывая головную боль, головокружение, расстройство зрения и дыхания, тошноту, конвульсии, а иногда и отключение сознания. Очень сильное влияние ультразвуковое излучение оказывает на психику человека, чем и заинтересовались военные при создании так называемого психотронного оружия. Такие разработки ведутся медицинскими учреждениями (Красноярская государственная медицинская академия, Красноярский краевой психоневрологический диспансер (ул. Ломоносова 1), психиатрическая больница, Красноярская специальная больница-поликлиника ГУВД (ул. Карла Маркса 128) и др.), а серийно акустическое (инфразвуковое, ультразвуковое) оружие производятся для военных изделий на Красноярском машиностроительном заводе. Приборы для таких воздействий несложно сделать самому, но только при наличии соответствующей технической подготовки. "Прокаливание" избранных участков головного мозга хорошо сфокусированным ультразвуком иной раз применяется для невозвратного изъятия из памяти каких-то нежелательных воспоминаний, но это удаётся лишь при эксплуатации отлично подготовленного персонала и специальной аппаратуры, используемой в медицине. Излучатели, поражающие ультразвуковым излучением, находящиеся на вооружении МО и ФСБ РФ, засекречены. Направленным импульсом ультразвукового излучения можно внезапно остановить сердце любого человека. Ультразвук хорошо проходит сквозь препятствия. Опасными считаются частоты от 20КГц до 1МГц (43, с.190; 32, с.132; 33, с.375).

Для борьбы с терроризмом на воздушном транспорте на основе исследований военного назначения разработано ультразвуковое оружие относительно небольших размеров, которое по форме напоминает ружье длиной не больше метра, излучатель ультразвука работает в импульсном режиме и поражает человека за доли секунды, также как при производстве выстрела из огнестрельного оружия. После выстрела звук начинает расти до тех пор, пока не достигнет 140 децибел (это в 20 раз больше величины после которой звук становится болезненным). Достоинством этого оружия является то, что эффективно поражая человеческий материал ультразвук не повреждает обшивку самолета и другие предметы.

Очень эффективно при скрытном влиянии на человека задействование механического резонанса упругих колебаний с частотами ниже 16Гц, не воспринимаемыми на слух. Самым опасным здесь считается промежуток от 6 до 9Гц. Значительные психотронные эффекты сильнее всего проявляются на частоте 7Гц, созвучной альфа-ритму природных колебаний мозга, причем любая умственная работа в этом случае делается невозможной, поскольку кажется, что голова вот-вот разорвется на мелкие кусочки (43,с.191; 33,с.375).

От применения излучателей инфразвука с частотой, резонансной частоте собственных колебаний внутренних органов человека, возникают сильные боли, человек может ослепнуть, возможен и летальный исход. Инфразвуковые излучения проникают сквозь толстые стены и на большие расстояния (26,с.90).

При проведении специальных опытов на высокоразвитых биологических объектах было обнаружено, что при такой интенсивности инфразвука объект стремится уйти из зоны поражения. Когда интенсивность облучения повышали, приборы фиксировали резкое учащение сердцебиения, объект начинал метаться в разные стороны. Затем амплитуда сердечных колебаний резко возрастала, кровеносные сосуды не выдерживали и лопались.

Выводы, сделанные на основании таких экспериментов следующие:

-инфразвуковые колебания правильно смодулированные сигналы даже небольшой интенсивности вызывают тошноту и звон в ушах, а также ухудшение зрения и безотчетный страх;

-колебания средней интенсивности могут стать причиной расстройства органов пищеварения, нарушения функций мозга с самыми неожиданными последствиями, параличом, общей слабостью, а иногда слепотой;

-инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, приводит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен и смертельный исход из-за остановки сердца или из-за разрушения кровеносных сосудов (31, с.39).

Инфрачастоты около 12 Гц при силе в 85-110 Дб наводят приступы морской болезни и головокружения, а колебания частотой 15-18 Гц при той же интенсивности вызывают беспокойство, неуверенность и, наконец, панический страх. Обычно неприятные ощущения начинаются со 120 Дб напряженности, травмирующие - со 130 Дб, смертельные - 180 Дб (32,с.133; 43, с.191; 33,с.375).

Многие жизненно важные органы человека являются как бы биологическими колебательными контурами и резонаторами (имеют собственную частоту колебаний в пределах от 1 до 100 Гц) (34, с.146).

"Использование инфразвуковых волн на частотах, измеряемых единицами Герц, как это неоднократно сообщалось в литературе, делает реальным создание оружия поражающего психику и организм человека" - писал в своей статье "запретить разработку и производство новых видов оружия массового уничтожения" академик А.В. Фокин. И, если учесть способность инфразвука проникать сквозь кирпич, бетон и броню, то логично создание оружия исключительно эффективного против человека. Поэтому призыв ученого запретить его разработку весьма своевременен (31, с.40).

Другие ученые не считают физиологически оправданным использование частот, которые могут оказывать резонансные или инфразвуковые колебания на внутренние органы, приводить к возникновению тревоги и страха, разрушению сосудистых стенок.

Эффект "иерихонских труб" является вредным биологическим воздействием и не может сохранить здоровье человеку (34,с.146).

Первым практическим следствием этих открытий стало появление международных стандартов, ограничивающих излучения бытовых приборов.

В Российской Федерации основным документом, обеспечивающим безопасность человека от действия на него различных видов излучений, является Закон "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" и установленные в соответствии с этим документом санитарные правила и нормы (СанПиН), Санитарные нормы (СН).

СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)

СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука, промышленного, медицинского и бытового назначения

СанПиН 2.1.2.1002-00 Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям

СН 2.2.4/2.1.8.583-96 Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях

Санитарные нормы (СН) Ультрафиолетового излучения в производственных помещениях (ОСПОРБ-99)

Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности СП 2.6.1.799-99

Ионизирующее излучение, радиационная безопасность (НРБ-99)

Нормы радиационной безопасности СП 2.6.1.758-99 Ионизирующее излучение, радиационная безопасность

Особо необходимо рассмотреть так называемое несмертельное оружие.

"В наше время военно-политические руководства большинства западных стран считают, что типы оружия и способы его применения должны быть адекватны масштабам боевых действий. Для разрешения межнациональных и других конфликтов, да и для обычных войсковых операций, требуются совершенно новые виды оружия, применение которых не наносит необратимый ущерб живой силе и технике противника или конфликтующих сторон и не влечет за собой разрушение материальных ценностей и гибель населения.

В связи с этим усиленно пропагандируется идея разработки несмертельного оружия, выдвинутая впервые в США и активно поддержанная многими общественными деятелями. Широкое поле применения такого оружия для борьбы с терроризмом, контрабандой, наркобизнесом придало дополнительный импульс его разработке.

Под понятием "несмертельное оружие" сегодня подразумеваются средства воздействия на людей и технику, созданные на основе химических, биологических, физических и иных принципов, которые делают противника небоеспособным в течение некоторого времени. Предварительные исследования в этой области относятся к 80-м годам, однако в тот период они носили достаточно случайный характер. В начале 90-х годов страны НАТО (США, а затем Великобритания, Германия, Франция и ряд других) приступили к работам, проводившимся на базе отдельных военно-прикладных исследований. Позднее для их координации была сформирована специальная рабочая группа. По утверждению иностранных источников, уже созданы отдельные опытные образцы. В приведенной в приложении 3 таблице собраны данные по некоторым видам такого оружия.

В процессе дальнейшего совершенствования несмертельного оружия предусматривается уменьшить его массогабаритные показатели, повысить эффективность, расширить возможное число поражаемых объектов, создать комбинированные образцы. Как считают западные военные специалисты, это позволит увеличить его мобильность и дальность действия, расширить зоны поражения. психотронный оружие лазерный инфразвуковой ультразвуковой

Некоторые образцы несмертельного оружия были опробованы в вооружённых конфликтах в Сомали, на Гаити, в Ираке. Например, во время операции "Буря в пустыне" использовалось электромагнитное оружие.

Вследствие этого возникали короткие замыкания в электроцепях электростанций и ЛЭП, что в конечном счете привело к нарушению энергоснабжения систем управления и ПВО Ирака в решающий период операции.

Так как же оцениваются перспективы развития различных видов несмертельного оружия? Некоторые западные эксперты делают весьма оптимистичные прогнозы. Далеко не полный перечень возможных вариантов применения данного оружия включает поражение личного состава на поле боя лазерным оружием, постановку заграждений с помощью пенообразующих составов и распыление газов-ингибиторов над колоннами бронетехники наступающего противника, массовое воздействие электромагнитным и акустическим оружием на обороняющиеся, находящиеся в укрытиях части и подразделения. При этом достигается существенное снижение эффективности и даже, возможно, прекращение боевых действий противостоящей стороной на некоторое время, так как личный состав и техника делаются небоеспособными. Теряется также управление оружием и войсками, но что самое ценное -- удается избежать разрушения населенных пунктов и сохранить жизнь многим мирным жителям.

В качестве преимуществ данного оружия западные специалисты называют скрытность и быстроту развертывания, бесшумность и внезапность применения. Все это сильно затрудняет его обнаружение и противодействие со стороны противника. Кроме того, даже в предвидении применения такого оружия отмечается его сильное психологическое воздействие на поведение людей, в результате чего появляются эмоциональная неуравновешенность и беспокойство, неуверенность в себе и безотчетный страх, стремление быстрее выйти из опасной зоны и спрятаться. Это неизбежно ведет к резкому увеличению стрессовых нагрузок и, возможно, панике.

Наряду со сторонниками развития всех вышеописанных образцов несмертельного оружия на Западе есть также некоторые военные теоретики, которые считают, что только такие его виды, как лазерное, электромагнитное и информационное, могут быть приняты на вооружение. Возможность же широкомасштабного оснащения регулярных армий химическими веществами (пенообразующие составы, ингибиторы, активаторы и т. п.) вызывает у них большое сомнение.

По мнению зарубежных экспертов, в локальных конфликтах и миротворческих операциях несмертельное оружие следует использовать самостоятельно, а в крупных войсковых операциях оно может служить средством воздействия как на наступающего, так и на обороняющегося противника для усиления эффекта применения традиционных средств огневого поражения. Кроме того, при проведении специальных операций его рекомендуется применять для вывода из строя тыловых объектов и коммуникаций противника.

Однако некоторые военные эксперты не разделяют этого мнения, полагая, что не все прогнозы основаны на реальном положении дел и говорить о практической реализации замыслов разработчиков несмертельного оружия еще рано. По мнению скептиков, оно, возможно, и будет эффективным, но пока не прошло испытаний и практической проверки. Кроме того, еще трудно оценить размеры затрат, связанных с производством и применением. Да и сам термин "несмертельное оружие" не совсем точно отражает характер его воздействия и последствия использования, поскольку некоторые его виды вызывают массовые заболевания людей и животных (нередко со смертельным исходом), необратимые повреждения глаз и внутренних органов, ведущие к инвалидности, заражение растительности и местности, которое может иметь отдаленные последствия. Особое опасение работающих в данной области ученых вызывает возможность того, что производство и использование несмертельного оружия могут выйти из-под контроля правительства.

Специалисты также серьезно озабочены вопросом о международно-правовых аспектах использования химических рецептур, биологических агентов и лазеров. Это вытекает из необходимости соблюдения Международной конвенции о запрещении применения химического и биологического оружия 1972 г. Выход из создавшегося положения они видят в том, чтобы свести к минимуму пагубные последствия воздействия этого оружия на экологию и принять строгие нормативные акты, регламентирующие его применение. Возникает ряд вопросов, касающихся способов ведения боевых действий с использованием несмертельного оружия, особенно в неблагоприятных климатических и метеорологических условиях и при малой концентрации компонентов, а также реагирования на контрмеры, предпринимаемые противником.

Для обеспечения защиты личного состава от воздействия лазерного и электромагнитного оружия высоких энергий и других излучений, от которых не спасают ни броня ни укрытия, создаются, в частности, аэрозольные завесы, приборы, позволяющие определять момент начала облучения и полученную дозу, специальные очки, одежда. Кроме того, возникла необходимость в формировании специальных подразделений, которые должны быть оснащены контрольно-измерительной аппаратурой, а также комплектами средств индивидуальной и коллективной защиты.

В Великобритании создается устройство, взрыв которого лишь временно выводит из строя людей, но губителен для электроники. Вместо ударной волны из точки взрыва такой бомбы распространяется радиоволна высокой частоты и гигантской мощности. Взрываться микроволновая бомба будет в воздухе, над целью. После этого сгорят или по крайней мере прекратят работу все окрестные компьютеры, будут нарушены теле- и радиолинии, ЛЭП и другие контуры энергоснабжения в данном районе. На людей мощный импульс электромагнитной энергии будет действовать практически так же, как и на приборы, -- прерывать на короткое время коммуникации организма, выводить из строя нервные клетки (в том числе и мозга). В результате чего пострадавшие, естественно, отключатся: на некоторое время будут лишены сознания. Но поскольку живые организмы спроектированы природой с куда большим запасом прочности, полагают эксперты, то в большинстве своем люди очнутся, не ощущая особых последствий.

Основным элементом бомбы служит цилиндрический резонатор, обложенный обыкновенной взрывчаткой. При взрыве стоячая электромагнитная волна из резонатора в доли секунды становится бегущей, а значит -- мощным энергоносителем. В разные модификации этих бомб, кроме того, могут входить также химикаты, скажем, „съедающие'' покрышки авиационных шасси или своеобразное биологическое оружие--споры микробов, превращающих жидкое горючее в желе. Разработка такой бомбы представляет собой лишь часть программы по созданию „гуманного оружия". Правда, не все его виды будут столь уж безобидны для людей. Например, на британских военных кораблях уже установлены лазерные излучатели, луч которых способен ослепить летчика или штурмана заходящего в атаку летательного аппарата -- самолета или вертолета. Полностью зрение потом никогда не восстановится, а при определенной мощности луча есть вероятность, что человек ослепнет полностью и окончательно.

Международный Красный Крест и ему подобные организации настаивают на решительном запрете таких излучателей, нарушающих, как утверждают представители этих организаций, Женевскую конвенцию. Однако бомба не подпадает под существующие положения конвенции. Поэтому нет ничего удивительного в том, что, согласно последним данным, подобное же оружие активно разрабатывается в секретных лабораториях США и России (52, с.191-192).

Наблюдающаяся в наше время тенденция расширения применения при ведении боевых действий оптико-электронных средств, позволяющих облегчить поиск и обнаружение противника в сложных метеорологических и ночных условиях, а также при использовании им разных способов маскировки, определила одно из важных направлений исследований в общем комплексе проводимых за рубежом работ по созданию новых образцов оружия. Этим направлением является разработка лазерного оружия тактического назначения, которое позволит выводить из строя оптикоэлектронные приборы и поражать незащищенные органы зрения личного состава, являющиеся для него практически идеальной целью.

Согласно проведенным американскими военными специалистами исследованиям, лазерные приборы (например, дальномеры, целеуказатели, имитаторы и тренажеры) при определенных условиях представляют собой весьма серьезную опасность для органов зрения человека в процессе учебно-боевой подготовки. Чтобы обеспечить безопасность при работе с приборами, генерирующими когерентное лазерное излучение, разработаны специальные инструкции и наставления, применяются защитные средства, исключающие поражение органов зрения. Кроме того, в ходе программ переоснащения вооруженных сип новыми видами оптикоэлектронной аппаратуры предполагается использовать менее опасные для личного состава генераторы лазерного излучения.

Наоборот, для создания эффективных систем лазерного оружия наилучшим вариантом является использование лазеров, генерирующих излучение в тех областях электромагнитного спектра, в которых работают разведывательно-обнаружительные оптикоэлектронные приборы и головки самонаведения управляемых ракет, а также в тех, где глаз человека обладает максимальной спектральной чувствительностью. Поражение органов зрения рассматривается специалистами как наиболее перспективное направление вывода личного состава из строя при ведении боевых действий. Это объясняется прежде всего тем, что человек является конечным и главным звеном в системе "машина (аппаратура) -- человек". Кроме того, в современном бою все еще используется большое количество биноклей, перископов, приборов ночного видения и других оптических и оптикоэлектронных приборов, с помощью которых ведется непосредственное наблюдение за противником. Такие приборы имеют в своем составе оптические элементы, фокусирующие падающее на них излучение (например, линзы), благодаря чему вероятность поражения органов зрения значительно повышается (52, с.205 -206).

Оптическая система глаза человека свободно пропускает и фокусирует на сетчатке излучение видимого (длина волны 390--780 нм) и инфракрасного (до 1,4 мкм) диапазонов спектра. Для того чтобы разрушить сетчатку, а тем более чтобы временно ослепить человека, требуются весьма незначительные плотности энергии лазерного излучения этих диапазонов спектра. Многие же из используемых в вооруженных силах разных стран лазерных дальномеров и целеуказателеи с активными элементами, выполненными на основе иттриево-алюминиевого граната или стекол, активированных ионами неодима, работают именно на длине волны 1,06 мкм, представляющей значительную опасность. Излучение с большей длиной волны считается менее опасным, так как оно поглощается стекловидным телом и роговицей глаза и для их поражения требуются уровни плотности энергии выше на несколько порядков.

Как полагают американские специалисты, даже при боковом (не по оптической оси) попадании в глаз лазерного излучения и точечном выжигании сетчатки поражение может распространяться на периферийные области за счет обширных кровоизлияний. Поражение области сетчатки, соответствующей углу поля зрения 5°, значительно затруднит вождение автомобиля, бронетанковой техники, а также распознавание на местности деталей объектов, что, в свою очередь, вызовет у личного состава серьезные трудности при ведении прицельный стрельбы из оружия различных видов. Чтобы нанести такое поражение органам зрения, достаточно, чтобы мощность излучения составляла в режиме непрерывной генерации всего несколько милливатт или в импульсе длительностью несколько наносекунд--несколько микроджоулей энергии.

Современный уровень развития науки и техники уже в настоящее время дает возможность создания портативных систем лазерного оружия тактического назначения. По предварительным оценкам, в различных видах современного боя оно будет способно вызывать временное (до 3 мин) ослепление личного состава в радиусе 1 км. Такая дальность предъявляет соответствующие требования при разработке данного оружия к его энергетическим и массогабаритным характеристикам. При этом существенным фактором является состояние атмосферы, определяемое, с одной стороны, погодными условиями в конкретный период ведения боевых действий, а с другой -- запыленностью и задымленностью отдельных участков местности (52, с.206). При моделировании процесса применения лазерного оружия обычно руководствуются тем, что отрицательное влияние атмосферы будет уменьшать дальность его действия, как минимум, на 1%. Однако уже имеющаяся технологическая база позволяет увеличить ее до 3 км при небольших массогабаритных характеристиках портативного лазерного оружия, не ограничивающих возможности ведения боевых действий.

Наличие в частях и подразделениях сухопутных войск лазерного оружия, специально предназначенного для ослепления личного состава, окажет прежде всего психологическое воздействие на противника, который будет постоянно осознавать возможность поражения органов зрения. Кроме того, лицам, ведущим разведку с помощью оптических и оптико-электронных приборов, необходимо преодолевать своеобразный психологический барьер, так как имеются реальные примеры применения противником лазерного оружия, повлекшие за собой тяжелые последствия для органов зрения. Внезапная вспышка, бьющая по глазам приводит человека к подобию эпилептического припадка. При этом можно разместить источник ослепляющей вспышки в 155-мм пушечном снаряде - на основе взрывного нагревания инертных газов. Смонтированные на бронемашинах пехоты лазерные "пушки" могут ослеплять прицелы врага и его солдат, причём отнюдь не только временно. Широкий диапазон лазерного излучения делает бесполезными защитные очки. Данный вид оружия очень удобен при совершении различных террористических актов. Заняв удобную позицию у взлётно-посадочной полосы аэродрома можно внезапно ослепить экипаж любого самолёта взлетающего или заходящего на посадку (особенно эффективно в ночное время). В результате потери управления самолёт неизбежно врежется в землю. Таким же эффективным способом можно ослепить и водителя любого транспортного средства, что неизбежно приведёт к тяжёлой аварии (60, с.369). Доказать применение указанного оружия будет довольно сложно.