Mikrovlnné záření ve stavebnictví

Aplikace mikrovlnného záření ve stavebnictví pracují obvykle s frekvencí 2, 45 GHz, stejně jako je tomu u běžné mikrovlnné trouby v kuchyni. Využívá se i stejného účinku záření, tj. ohřevu vody a látek, které vodu obsahují. Na semináři o dřevostavbách ve Volyni [1] byly prezentovány příklady použití tohoto záření při vysoušení konstrukčního dřeva nebo k jeho dezinsekci, popř. dezinfekci. Spolu s touto technikou ohřevu je stále otevírán její vliv na zdraví člověka.

Co se týče zdravotního vlivu záření o frekvenci 2,45 GHz, je již z běžné »kuchyňské« zkušenosti obecně známo, že způsobuje ohřev živočišných tkání až k bodu varu vody, tj. vysoko nad životu bezpečnou úroveň. Výrobci výkonových mikrovlnných zařízení aplikují řadu bezpečnostních opatření a předepisují bezpečné návody k užívání, takže při správném postupu je nebezpečí úrazu vyloučeno. Dohady však vyvolává nápadně blízká frekvence 1,8 GHz v jiné, masově užívané aplikaci mikrovlnného záření - v telekomunikační technice, kde se ho využívá jako nosné elektromagnetické vlny mobilních telefonů. Podstatné jsou dvě skutečnosti, jednak že telefony pracují s malými výkony do 2 W a že vysílané záření s délkou vlny 16,67 cm z principu neinteraguje s látkou na molekulární úrovni. Nelze tedy doložit přímý vliv této frekvence na zhoubné mutace tkání, což je děj iniciovaný v organismech změnou na úrovni nukleových kyselin.

Jak účinkuje záření 2,45 GHz
Toto mikrovlnné záření má délku vlny 12,25 cm a jeho ekvivalentní teplota tj. teplota černého tělesa, které by toto záření dominantně vyzařovalo, je pouhých 0,024 K, viz Wienův posunovací zákon, např. v [2]. To naznačuje, že se ohřev tímto zářením neděje přímým rozkmitáním ani roztočením molekul nebo molekulárních řetězců. K přímému rozkmitání, techničtěji řečeno k přechodům molekul do vyšších vibračních stavů, dochází při vlnových délkách v řádu mikronů (pro srovnání: záření o vlnové délce 5 mm má ekvivalentní teplotu 580 K, tj. 307 °C). K přechodům do vyšších rotačních stavů molekul pak při délce vlny v řádu milimetrů (záření o vlnové délce 1 mm má ekvivalentní teplotu 2,8 K). Mikrovlnné záření 2,45 GHz, o kterém je řeč, má délku vlny ještě řádově stokrát větší.
Důvod, proč toto záření dokáže rychle ohřát vodu až k bodu varu, připomíná s výhradami ohřev odporového drátu při průchodu elektrického proudu: elektrické napětí urychluje v drátu elektrony, které narážejí na atomy kovu vázané v krystalové mříži, předávají jí impuls, rozkmitávají ji a tedy drát - jakoby zevnitř - ohřívají. Jde o mnohačásticový (zde mnohaelektronový jev). Výhrady spočívají v tom, že ohřívané prostředí není kov, ale např. voda, a že místo napětí působí elektrická i magnetická složka záření, která usměrňuje pohyb nejen volných elektronů, ale i jiných nabitých částic (např. iontů) a zejména polarizuje a orientuje polární molekuly. Princip zůstává stejný; do pohybu je uveden velký počet částic, který opakovanými srážkami a třením (frikcí) vybudí vlastní tepelné kmity molekul. Fyzikálně se tento jev nazývá relaxace ve ztrátovém dielektriku, neboť všechny nabité a polární částice, vázané i volné, se v každém okamžiku snaží dostat do rovnováhy s vnějším polem (= relaxovat). Protože obě složky pole, elektrická a magnetická, oscilují s frekvencí 2,45 GHz (za sekundu změní polaritu 2,45 miliardkrát), nestačí se během ozařování rovnováha ustavit a látka je tak cyklickým pohybem částic stále více zahřívána.
Aby byl ohřívací vůbec efekt zřetelný, musí se použit záření o vysokém výkonu; aplikace při vysušování nebo dezinsekci dřevěných konstrukcí, ale třeba i mikrovlnné trouby, pracují s výkony od 0,5 kW. Vůbec nejpodstatnější je, že voda, dřevo a další materiály se ve vztahu k mikrovlnnému záření opticky chovají podobně jako čiré či tónované (kouřové) sklo ve vztahu k viditelnému světlu. Čirým sklem takřka beze zbytku prostupuje, ale např. kouřovým sklem prochází jen částečně; část, která neprojde, se ve skle pohltí a promění v teplo. Stejně tak pro mikrovlnné záření 2,45 GHz je řada látek průhledných (např. polyethylen, sklo, aj.). Ale jiné, např. voda a látky vodu obsahující jsou však pro toto záření propustné jen částečně, část záření je pak pohlcována a přeměněna v teplo. Přeměna v teplo ale v obou případech probíhá v celém objemu; jde o ohřev tak zvaně »zevnitř«.

Poznámka o vlivu záření 2,45 GHz na lidské zdraví
V [1] je uvedena poznámka, že v odborné není publikován poznatek, že by mikrovlnné záření mělo na živý organismus jiný účinek, než tepelný. Toto stanovisko je v souladu i s míněním autora tohoto článku. Je nutné jen nezapomínat, že i mikrovlnné záření, podobně jako ostatní přírodní síly, může být i nebezpečné. O záření ostatně nemá smysl říkat, že je škodlivé; bez slunečního záření by na Zemi nikdy nevznikl život v současné podobě. I když je třeba dodat, že ve srovnání z celkovým tokem slunečního záření cca 640 W/m2 je intenzita mikrovlnné složky slunečního záření o vlnových délkách od 0,1 mm do 1 m velice nízká, max. 1,6 mW/m2, takže živé organismy s ní vlastně nemají zkušenost. Na druhé straně - vzhledem k velmi nízké agresivitě tohoto záření, které přímo nedokáže aktivovat žádnou chemickou reakci - se ho není nutné obávat, známe-li míru, s jakou se mu vystavit. Ani o vodě neřekneme, že je škodlivá, i když víme, že nelze strkat ruce do vroucí vody nebo takovou vodu pít. Ani o teple neřekneme, že škodí, i když víme, že se nelze ohřát posedem na rozpálených kamnech. A stejné je to s mikrovlnným zářením, hlavu nelze strkat do mikrovlnky.