Исследование соленоида как источника однородного магнитного поля в магнитобиологических опытах
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-47-53Ключевые слова:
соленоид, неоднородность магнитного поля, магнитобиологический опытАннотация
Магнитобиологические опыты требуют генераторов постоянных магнитных полей. Требования к генераторам зависят от плана эксперимента и вида биообъекта: микроорганизмы (вирусы, бактерии, поры грибов), насекомые (муравьи, пчелы), млекопитающие (крысы, мыши, птицы). Рабочий объем, в котором размещаются последние, может быть представлен различными формами: чашки Петри, пробирки, боксы (инкубаторы, ульи, камеры и т. п.).
Форма и величина рабочего объема совместно с планом эксперимента и видом биообъекта накладывают условия на параметры генераторов магнитных полей, которые при взаимодействии с полем Земли создают в рабочем объеме гипогеомагнитное поле. Требования к техническим характеристикам генераторов гипогеомагнитного поля варьируются в широких пределах. Так, в экспериментах, в основе которых лежат резонансные эффекты, необходимо тщательно калибровать магнитное поле в рабочем объеме по однородности. Особой однородностью должно быть поле при исследовании ядерного магнитного резонанса (ЯМР). С увеличением массы биочастиц резонансные частоты падают, уменьшается добротность колеблющихся частиц биосистемы, а требования в однородности поля становятся не такими жесткими. Недопустимое отклонение поля от номинального значения приводит к потере чистоты опыта, затрудняет трактовку результатов, а часто делает их неверными.
Предпочтение среди магнитобиологов получили генераторы в виде разнообразных катушек с током: виток Ампера, прямоугольная рамка с током, катушки Гельмгольца, соленоид. В данной работе исследуется соленоид, как источник поля с заданной однородностью в рабочем объеме магнитобиологического опыта. Рассчитано поле с использованием известных формул и программной среды Wolfram Mathmatica 12.1.
Определен рабочий объем внутри соленоида, в котором поле имеет заданную степень неоднородности. Построены графики зависимостей неоднородности поля в зависимости от отношения длины к радиусу: «длинный» – отношение более 20, «короткий» (катушка) – 20 и одновитковая катушка (виток Ампера). Приведены примеры расчета размеров соленоида конкретных магнитобиологических опытов.Библиографические ссылки
Binhi V.N., Prato F.S. Rotations of macromole-cules affect nonspecific biological responses to magnetic fields // Scientific reports. 2018. T.8. No.1. Pp. 1-11. DOI: 10.1038/s41598-018-31847-y.
Ломаев Г. В., Емельянова М. С. Влияние вариаций магнитного поля земли на эмбриональное развитие G.gallus// Интеллектуальные системы в производстве. 2014. № 1 (23). С. 127–131.
Влияние слабого комбинированного магнитного поля на скорость регенерации планарий Dugesia tigrina / Х. П. Тирас, Л. К. Сребницкая, Е. Н. Ильясова, А. А. Климов, В. В. Леднев // Биофизика. 1996. Т. 41, № 4. С. 826–831.
Белкин А. Д. Содержание белков регуляторов апоптоза bcl-2 и bad в регионарных лимфатических узлах при воздействии магнитного поля 50 Гц // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94, № 1. С. 112–114.
Повышение стабильности магнитного поля короткозамкнутого сверхпроводникового соленоида / Д. В. Варюхин, Н. В. Таряник, Д. О. Федюк, В. В. Сухой // Физика и техника высоких давлений. 2018. Т. 28, № 2. С. 121–130.
Федюк Д. О., Варюхин Д. В., Таряник Н. В. Сверхпроводниковая магнитная система с однородным магнитным полем // Физика и техника высоких давлений. 2018. Т. 28, № 3. С. 113–118.
Таряник Н. В., Варюхин Д. В., Федюк Д. О. Коррекция однородного магнитного поля сверхпро-водникового соленоида // Физика и техника высоких давлений. 2019. Т. 29, №3. С. 131–139.
Мубаракшин И. Р. Электромагнитное поле соленоида //Физическое образование в вузах. 2017. Т. 23, № 3. С. 46–53.
Caciagli A., Baars R. J., Philipse A. P., Kuipers Bonny W.M. Exact expression for the magnetic field of a finite cylinder with arbitrary uniform magnetization// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018. Vol. 45. Pp. 423–432. DOI:10.1016/j.jmmm.2018.02.003.
Bayazitoglu Y., Sathuvalli U. B. Field Gradient Analysis of a Conical Helix// IEEE Transactions on magnetics. 1993. Vol. 29, №. 1. Pp. 88-97.
Schill R.A. General relation for the vector magnetic field of a circular current loop: a closer look// IEEE Transactions on Magnetics. 2003, Vol. 39. No. 2, Pp. 961-967.
Влияние слабого комбинированного магнитного поля на скорость регенерации планарий Dugesia tigrina / Х. П. Тирас, Л. К. Сребницкая, Е. Н. Ильясова, А. А. Климов, В. В. Леднев // Биофизика. 1996. Т. 41, № 4. С. 826–831.
