2) тепловой эффект от 100 МГц выше, чем от 200 МГц
3) тепловой эффект от 300 МГц выше, чем от 200 МГц (+)
4) тепловой эффект от 300 МГц равен тепловому эффекту от 200 МГц
Правильным является вариант 3: при прочих равных условиях в диапазоне радиочастот 300 МГц тепловой эффект выше, чем при 200 МГц. Электромагнитная энергия поглощается тканями за счёт движения свободных ионов и переориентации полярных молекул, прежде всего воды. Часть поглощённой энергии преобразуется во внутреннюю энергию тканей, что приводит к повышению температуры.
Количественной характеристикой нагрева служит удельная скорость поглощения энергии — SAR (specific absorption rate), выражаемая в Вт/кг: SAR = σE²/ρ, где σ — электропроводность ткани, E — напряжённость электрического поля, а ρ — плотность ткани. При одинаковых напряжённости поля, длительности воздействия и геометрии облучения увеличение частоты в рассматриваемом диапазоне усиливает вклад диэлектрических потерь и повышает поглощение энергии, поэтому частота 300 МГц соответствует большему тепловому эффекту.
Рост частоты одновременно уменьшает глубину проникновения электромагнитной волны: нагрев становится более поверхностным и сильнее зависит от свойств кожи, подкожной клетчатки и мышц. Поэтому в реальных условиях итоговая температура определяется не только частотой, но и мощностью, режимом модуляции, площадью воздействия, кровотоком и терморегуляцией. В учебной задаче используется принцип прямой зависимости выраженности теплового эффекта от частоты при прочих неизменных параметрах.
| Параметр | 100 МГц | 200 МГц | 300 МГц | Практическое значение |
|---|---|---|---|---|
| Относительная частота колебаний | Низкая в рассматриваемом диапазоне | Промежуточная | Наиболее высокая | При одинаковом поле способствует большему вкладу частотно-зависимых потерь |
| Основной механизм поглощения | Ионная проводимость и поляризация | Ионная проводимость с возрастающим вкладом дипольной поляризации | Более выраженные диэлектрические потери и вращение диполей | Электромагнитная энергия преобразуется в тепло |
| Ожидаемый тепловой эффект при равных условиях | Наименьший из сравниваемых | Выше, чем при 100 МГц | Выше, чем при 200 МГц | Соответствует правильности варианта 3 |
| Глубина проникновения | Относительно большая | Средняя | Меньшая | С повышением частоты нагрев смещается к поверхностным слоям |
| Дозиметрический критерий | SAR, локальная и усреднённая напряжённость поля, удельная поглощённая мощность | Одна только частота не заменяет оценку дозы воздействия | ||
| Факторы, изменяющие фактический нагрев | Электропроводность и диэлектрическая проницаемость тканей, кровоток, длительность воздействия, мощность источника | Определяют реальное повышение температуры в организме | ||
| Тип биологического воздействия | Неионизирующее радиочастотное воздействие | Основной доказуемый эффект при достаточной интенсивности — тепловой | ||
Для оценки безопасности необходимо контролировать не только частоту, но и SAR, мощность источника и максимальную локальную температуру. Поверхностный нагрев при 300 МГц может быть выражен сильнее, однако распределение температуры остаётся неоднородным. При превышении допустимой экспозиции возможны локальная гипертермия и термическое повреждение тканей. Поэтому медицинская физика использует стандартизированные методы измерения поля, расчёта SAR и контроля температурных режимов.