マイクロ波による生体の加温 １

マイクロ波による生体の加温　１


生体物理刺激と生体反応

大森 豊明　ＯＨＴ技術士事務所 所長
(株)フジ・テクノシステム

URL　：　http://yaplog.jp/sibahara/archive/380


第３編　応用

　第１０章　マイクロ波の医療への応用

　P515　より


　　第１節　マイクロ波による生体の加温

　　１．加温原理


　　生体の70％前後は水である。水は誘電体（絶縁体）であるが、生体には電解質も存在するので導電性を有する。これに電磁波を照射すると加温することができるが、加温のメカニズムは電磁波の周波数によって異なり、周波数が低いときは電流のジュール熱による加温であり、周波数が100MHz程度を超えると誘電損失による加温となる。つまり、マイクロ波を生体に照射すると、主に水分が誘電体損失により加温される。

水分子は１個の酸素原子（O）に2個の水素原子（H）が結合したものであるが、図2（a）に示すように、水素原子は偏って結合しているため、電気的に＋と－に分極し、図2（b）に示すような電気双極子をなしている。


図2　水分子の構造と等価電気双極子














電場が存在しないときは、図3（a）に示すように、水の電気双極子はランダムな方向を向いている。これに電場をかけると、図3（b）のように、双極子は一定の方向に向き、逆方向の電場をかけると、図3（c）のように、双極子は逆向きになり、交番電場をかけると、双極子は交互に図3の（b）と（c）の方向を向く。
交番電場の周波数を高くすると、双極子は電場の変化に追従できなくなり、分子相互の摩擦によって熱が生じる。


図3　電場中の電気双極子






















これが誘電損失による加温である。

とくにマイクロ波を用いた誘電体の加温をマイクロ波加温という。