Что является источником вч и свч излучения

3.7. Электромагнитные поля и излучения

Электромагнитные поля (ЭМП) – это особый вид материи, характеризующийся непрерывным распространением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, способностью силового воздействия на заряженные частицы и токи, в результате которого энергия поля преобразуется в другие виды энергии.

Источники электромагнитного излучения: естественные (электрическое и магнитное поле земли, атмосферное электричество, радиоизлучение солнца и космоса) и искусственные (ЛЭП, промышленные магниты, радиопередатчики, бытовые и медицинские приборы и т.д.).

В зависимости от диапазона длины волны различают: космические лучи (10 -7 -10 -3 км); -лучи (10 -4 –10 -1 км); ультрафиолетовое (УФ)-излучение с видимой областью (7,5 . 10 -7 – 4 . 10 -4 м); инфракрасное (ИК)-излучения (более 10 -4 – 7,5 . 0 -7 м); радиоволны (10 -4 – 10 7 м); излучение от линий электропередачи (ЛЭП) (10 6 — 10 8 ).

Электромагнитные поля (ЭМП) радиочастот находят применение при термической обработке металлов (напайка, плавка), нагреве диэлектриков, изготовлении волновых генераторов, стерилизации пищевых продуктов, физиотерапии. Они используются для целей радиолокации, радионавигации, радиосвязи, радиоастрономии, радиоспектроскопии др.

Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого — по действию на человека.

Электромагнитные волны диапазона радиочастот делят на радиоволны высокой частоты (ВЧ) с длиной волны большей 3000 м (длинные), 3000-100 м (средние) и 100-10 м (короткие), радиоволны ультравысокой частоты (УВЧ) с длиной волны 10-1 м и радиоволны сверхвысокой частоты.

Электромагнитные волны в диапазоне радиочастот создаются специальными генераторами. Источниками излучения колебаний ВЧ и УВЧ на рабочих местах могут быть неэкранированные элементы колебательного контура, высокочастотный трансформатор, батарея конденсатора, линии передачи энергии, рабочий конденсатор.

Основными источниками излучения энергии СВЧ являются антенные устройства, неэкранированные СВЧ-блоки, а также неплотности в волноводах и узлах генератора.

Воздействия ЭМП, с уровнями, превышающими допустимые, могут приводить к изменениям функционального состояния центральной нервной системы (выражается в виде головной боли, сонливости, быстрой утомляемости, повышенной раздражительности, общей слабости), сердечно-сосудистой системы, нарушению обменных процессов и усилению активности ткани щитовидной железы. Поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракта) является одним из наиболее характерных специфических последствий воздействия ЭМП в условиях производства.

Нередко отмечаются изменения в составе периферической крови. Начальные изменения в организме обратимы, При хроническом воздействии ЭМП изменения в организме могут прогрессировать и приводить к выраженной патологии.

Все средства и методы защиты от ЭМП разделяются на 3 группы: организационные, инженерно-технические и лечебно-профилактические. Организационные мероприятия предусматривают предотвращение попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений. Инженерно-технические методы защиты: электрогерметизация элементов схем, блоков с целью снижения электромагнитного излучения; удаление рабочего места на безопасное расстояние от источника излучения, использование различных типов экранов (отражающие, поглощающие). В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется специальная одежда, выполненная из металлизированной ткани и защитные очки.

Лечебно-профилактические мероприятия: предварительные и периодические медицинские осмотры лиц, работающих в условиях воздействия СВЧ – 1 раз в 12 месяцев, УВЧ и ВЧ – диапазона – 1 раз в 24 месяца.

В настоящее время в производственных условиях все больше возрастает роль ультрафиолетовой радиации в связи с широким применением дуговой, плазменной резки и напыления, использованием газорязрядных ламп, дефектоскопии и т.д. Ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) обладают способностью выдавать фотоэлектрический эффект, проявлять фотохимическую активность, вызывать люминесценцию и обладают значительной биологической активностью.

УФ-лучи имеют спектр электромагнитных колебаний с длиной волны 200-400 нм. По биологическому эффекту выделяют три области ультрафиолетового излучения: УФ-волны типа А — с длиной волны 400-280 нм, отличается сравнительно слабым биологическим действием; область УФ-лучей типа Б с длиной волны 315-280 нм, обладает выраженным загарным и антирахитическим действием; УФ-лучи типа С – с длиной волны 280-200 нм, активно действует на тканевые белки и липиды, обладая выраженным бактерицидным действием.

Биологическое действие УФ-лучей солнечного света проявляется, прежде всего, в их положительном влиянии на организм человека. Ультрафиолетовое облучение может понижать чувствительность организма к некоторым вредным воздействиям вследствие усиления окислительных процессов в организме. При длительном недостатке солнечного света возникают нарушения физиологического равновесия организма, развивается своеобразный симптомокомплекс “световое голодание”, которое может привести к авитаминозу D, ослаблению защитных функций организма, обострению хронических заболеваний.

УФ-излучение от производственных источников может стать причиной острых и хронических поражений. Резко выраженное воздействие УФ-лучей на кожу может вызвать дерматиты, отечность, жжение и зуд, возможность развития злокачественных новообразований. УФ-лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, в результате чего появляются такие общетоксические симптомы, как головная боль, головокружение, нервное возбуждение, повышение температуры тела, ощущение разбитости, повышенная утомляемость и другие проявления. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 320 нм могут привести к заболеванию органов зрения в виде фотоофтальмии (световое воспаление глаз); через 5-6 часов после воздействия УФ-лучей глаз неясно различает предметы, появляются боли в глазах, слезотечение, светобоязнь; продолжительность заболевания обычно около 2 суток.

Защитные меры безопасности включают: средства отражения УФ-излучений, защитные экраны и средства индивидуальной защиты кожи и глаз. Защитные экраны могут быть физическими и химическими. Физические представляют собой разнообразные преграды, загораживающие или рассеивающие свет. Защитным действием обладают различные кремы, содержащие поглощающие ингредиенты. Глаза защищаются специальными очками со стеклами, содержащими оксид свинца (светофильтрами).

Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона

Источниками излучения электромагнитной энергии (ЭМЭ) являются различные установки, начиная от мощных радиовещательных станций, промышленных установок высокочастотной электротермии и кончая неограниченным количеством измерительных приборов различного назначения. Источниками излучения могут быть также любые элементы, включенные в высокочастотную сеть. В установках индукционного нагрева источниками излучения являются индукторы, ВЧ трансформаторы, конденсаторы, линии передачи, в установках диэлектрического нагрева – рабочие конденсаторы и фильтры, в радиоаппаратуре – блоки передатчиков, устройства сложения мощностей, антенные системы, фидеры и т.д. Диапазон ЭМЭ радиочастот очень широк. Различают высокочастотные радиоволны ВЧ частотой f =10 6 – 10 7 Гц с длиной волны l = 100 – 10 м; ультравысокочастотные УВЧ f =10 8 – 10 9 Гц и l = 100 – 10 см; сверхвысокочастотные СВЧ f =10 9 – 10 10 Гц и l = 100 – 1 см; сверхкрайневысокочастотные СКВЧ f =10 11 – 10 12 Гц, l = 1 – 0,1мм.

Человек может оказаться в опасной зоне индукции и излучения в зависимости от частоты электромагнитного излучения, параметров и типов излучающих систем и расстояния от источника излучения. При изотропном источнике излучения ближняя зона простирается на расстояние

l £ l/2p, а дальняя — l >> l. При направленных излучениях границы ближних зон , а дальних — , где Д- диаметр излучателя. В зоне индукции амплитуда электрической составляющей электромагнитного излучения убывает обратно пропорционально кубу расстояния от источника, а магнитной составляющей – обратно пропорционально квадрату расстояния. В зоне излучения амплитуда обеих составляющих электромагнитного излучения убывает обратно пропорционально первой степени расстояния от источника. На характер распределения ЭМЭ оказывает влияние оборудование, приборы и металлические конструкции зданий, которые создают электромагнитное вторичное излучение. Деформация поля происходит также за счет присутствия людей и наличия диэлектриков.

Различают термическое и морфологическое воздействие полей и излучений, а также функциональные изменения в организме. Первичным проявлением действия ЭМЭ на организм человека является нагрев тканей и органов, который приводит к изменениям и даже повреждением их. Этот нагрев является функцией интенсивности и частоты поля или излучения и длительности облучения, оценить опасность которой возможно, определив поглощенную телом энергию, Вт

где s — плотность потока мощности, Вт/м 2

S – эффективная поглощенная поверхность тела.

Тепловое воздействие характеризуется общим повышением температуры тела, подобным лихорадочному состоянию, либо локализованным нагревом тканей. При общем облучении повышение температуры тела более чем на 1°С не допустимо из-за возможных необратимых изменений. Нагрев особо опасен для органов со слабой терморегуляцией, которые имеют небольшое количество кровеносных сосудов или слабое кровообращение (мозг, глаза, почки, желудок, семенники и т.п.).

Нетепловое воздействие (морфологическое) заключается в поляризации макромолекул тканей, что может приводить к изменению их свойств.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей вызывает обратимые и необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, замедление сокращений сердца, изменение кровяного давления, изменение состава крови, помутнение хрусталика глаза.

Субъективные критерии отрицательного воздействия электромагнитных полей – головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, одышка, сонливость, повышение температуры тела, ухудшение зрения.

Для предупреждения заболеваний установлены предельно допустимые значения напряженности и плотности потока энергии на рабочем месте персонала и для населения. Известно, что поле распространяясь в пространстве, переносит определенное количество энергии, характеризуемое ее объемной плотностью, Дж/м 2 : где Е и Н напряженности электрического и магнитного полей, В/м и А/м соответственно; g — диэлектрическая постоянная среды, Ф/м; m — магнитная проницаемость среды, Гн/м.

По результатам исследований воздействия электромагнитных полей установлена количественная связь взаимодействия напряженности или плотности потока мощности с длительностью облучения.

Для ВЧ установок с частотой до 3*10 7 Гц рабочие места оказываются, как правило, в зоне индукции, поэтому допустимые уровни облучения нормированы величинами напряженности электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля.

Напряженность электрического поля в местах нахождения людей не должна превышать 20 В/м, а магнитного – 5 А/м.

Для диапазона частот до 3*10 12 Гц нормируются предельно допустимые величины плотности потока энергии (ППЭ). Если обслуживающий персонал подвергается воздействию ЭМЭ и рентгеновского излучения или высокой температуры воздуха в рабочей зоне, то предельно допустимая ППЭ не должна превышать: 0,1 Вт/м 2 в течении рабочего дня, 1 Вт/м 2 в течении 2ч за рабочий день, в остальное рабочее время предельно допустимая ППЭ не должна превышать 0,1 Вт/м 2 . При эксплуатации бытовых печей, используемых СВЧ энергию, ППЭ не должна превышать 0,1 Вт/м 2 при трех разовом ежедневном облучении на 40 мин и общей длительностью облучения не более 2ч в сутки.

Измерение интенсивности полей радиочастот осуществляют прибором ИЭМП-1, который служит для измерения напряженностей электрического и магнитного полей. С помощью прибора можно установить зону, в пределах которой напряженность поля выше допустимой.

Плотность потока мощности в диапазоне УВЧ – СВЧ измеряют преимущественно прибором ПО-1, дающим среднее значение во времени в зависимости от условий эксплуатации установок, рабочего диапазона частот, месторасположения оператора, эффективности защиты от электрических и магнитных полей и излучений и их комбинацию. Применяют следующие виды защиты: временем и расстоянием, уменьшением излучения непосредственно в самом источнике, выделением зон излучения, экранированием источника полей или излучения, а также рабочих мест, средства индивидуальной защиты, средства предупреждающей сигнализации.

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы, установленные при условии облучения в течение смены.

Защита расстоянием применяется в том случае, если невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том чисел и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этом случае увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом.

Плотность потока мощности излучения на рабочих местах определяется прямым и отраженным потоками, поэтому не рекомендуется размещать вблизи источников излучения отражающие поверхности. Вентиляционные устройства во избежание высокочастотного нагрева выполняют из неметалла(асбоцемент, гетинакс, текстолит).

Экранирование источников излучения используют для снижения интенсивности электромагнитного поля на рабочем месте или устранения опасных зон излучения, применяя различные виды экранов и поглотителей мощности. Основной характеристикой каждого экрана является степень ослабления электромагнитного поля, называемая эффективностью экранирования Э=Н/Нэ, где Н – максимальное значение напряженности магнитного поля на расстоянии Х от источника без экрана; Нэ – то же при наличии экрана.

Толщина экрана, изготовленного из сплошного металла, м и обеспечивающего заданное ослабление интенсивности поля:

где f – частота поля, Гц;

m — магнитная проницаемость материала, Гн/м;

r — удельная проводимость материала, См/м.

Экраны изготавливают из листового металла и заземляют. Защита от сверхвысоких излучений, кроме экранирования самих источников, может быть обеспечена поглощающими нагрузками, экранированием рабочих мест и применением индивидуальных защитных средств.

Экранирование рабочего места применяется, когда невозможно осуществить экранировку аппаратуры. Она достигается или за счет сооружения небольших кабин или ширм с покрытием из поглощающих материалов (каучук, пенополистирол, полиуретан и т.п.).

Средства индивидуальной защиты применяют в тех случаях, когда другие способы предотвращения воздействия ЭМП невозможны. К ним относятся: халат, комбинезон, капюшон, защитные очки и др. В качестве материала используется специальная радиотехническая ткань, в структуре которой тонкие металлические нити.

19 Лекция. Производственные излучения как профессиональный фактор.

Воздействие лучистой энергии подвергаются не только рабочие, но и население, проживающее рядом. Лучистая энергия представляет собой волновую и корпускулярную природу – поток частиц. Их относят к разным к классам, которые имеют определенные различия с гигиенической точки зрения.

Различают следующие классы лучистой энергии:

электромагнитные, электрические, магнитные поля;
световые и пограничные с ними лучи (инфракрасные и ультрафиолетовые);
лазерное излучение;
ионизирующее излучение.

Электромагнитные колебания подразделяются на следующие виды:

электромагнитные поля диапазона радиочастот или их начальные радиоволны;
импульсные электромагнитные поля низкой частоты;
электромагнитные поля промышленной частоты;
интенсивное статическое электричество.

Область их применения широка, электромагнитные поля используют при:

решении задач информационного характера (в радиосвязи, в телевидении, радиолокации, космической связи);
в металлургической и металлообрабатывающих областях промышленности, где она используется для индукционной плавки металла, нагрева, сварки и напыления металла;
в деревообрабатывающей и текстильной промышленности – для сушки древесины, текстиля, для обработки пластмассы;
в пищевой промышленности – для термообработки пищевых продуктов;
в строительстве – для сушки бетона;
в нефтедобывающей промышленности – для прогрева нефтеносных слоёв почвы;
в ядерной физике – для создания плазмы;
в современной вычислительной технике;
для лечебных и диагностических целей (физиотерапия – ОВЧ и СВЧ, электронаркоз, электросон, для нагрева охлажденной крови, для лечения обморожения и т.д., также на сегодняшний день перспективно использовать при лечении злокачественных новообразований и повышения иммунной резистентности).

Гипогеомагнитное поле – это ослабленное магнитное поле Земли. Является неблагоприятным фактором производственной среды при работе в экранированных помещениях, в частности это может быть авиационная, радиотехническая и радиоэлектронная промышленность. Причина формирования гипогеомагнитных условий – использование материала с высокой магнитной проницаемостью в ограждающих конструкциях зданий.

Его биологическое действие проявляется в следующем: изменение содержания ионов кальция в различных средах организма, влияют на изменение структурных особенностей жидкой воды, одним их важнейших звеньев реакции ответа организма на действие этих полей – система активного или пассивного транспорта кальция через плазматическую мембрану, нарушение которой приводит к перенасыщению гиалоплазмы его ионами.

Под влиянием этого поля происходит нарушение динамического равновесия между организмом и окружающей средой, в результате чего возникает ряд морфофункциональных изменений. Появляются жалобы на ухудшение самочувствия и ухудшения здоровья в целом.

Это поле оказывают дезадаптирующее влияние на функциональное состояние ведущих систем организма – ЦНС, ССС и иммунной системы.

Со стороны ЦНС выявляются признаки дисбаланса основных нервных процессов в виде преобладания торможения, дистонии мозговых сосудов, выявляется возрастание амплитуды нормального физиологического тремора, удлинение времени реакции на появляющийся объект, снижается критическая частота слияния световых мельканий.

Нарушение механизмов регуляции вегетативной нервной системы проявляется в развитии функциональных изменений со стороны ССС: лабильность пульса, артериального давления, развивается нейроциркуляторная дистония гипертензивного типа, нарушаются процессы реполяризации в миокарде.

Со стороны иммунной системы – отмечается снижение общего числа Т-лимфоцитов, уменьшение концентрации IgG и IgA, увеличивается концентрация IgE – что говорит об аллергизации организма. Нарушаются неспецифические факторы защиты и иммунологической реактивности с формированием количественного функционального иммунодефицита.

Рост заболеваний с временной утратой трудоспособности – выявлено увеличение биологического возраста по сравнению с календарным – 4 года и почти 2 возраста (преждевременное старение организма).

Гигиеническое нормирование. Нормативы разрабатываются на основании: гигиенических, клинико-физиологических, эпидемиологических и экпериментальных исследований.

Цель гигиенических исследований – определения интенсивностных, временных, частотных и других параметров электромагнитных полей в конкретных реальных производственных условиях.

Цель клинико-физиологических исследований – выявление нарушений в состоянии здоровья и физиологических функций у работников и населения.

Цель эпидемиологических исследований – выявление отдаленных последствий воздействия факторов.

Цель экспериментальных исследований – изучение особенностей и характера биологического действия электромагнитных полей.

3 категории облучаемого контингента:

персонал, профессионально связанный с эксплуатацией и обслуживанием источников электромагнитных полей;
персонал, профессионально несвязанный с эксплуатацией и обслуживанием источников электромагнитных полей;
население.

Электромагнитные поля диапазона радиочастот — в зависимости от длины волны делятся на: ВЧ, УВЧ, СВЧ.

Источниками ЭМП диапазона ВЧ и УВЧ являются: установки для геотермии, индуктотермии, аппараты для УВЧ-терапии.

Источниками СВЧ-излучения являются: ламповые генераторы, СВЧ-аппараты для микроволновой терапии.

Диапазон ВЧ- и УВЧ-излучений в связи с большой длиной волны напряженность полей можно раздельно измерить в рабочей зоне. При этом интенсивность электрического поля выражается – в В/м, магнитного – в А/м.

В диапазоне СВЧ-излучения – более короткие волны формируют единое электромагнитное поле, интенсивность которого оценивается по плотности (энергии излучения) и выражается в Вт/см 2 или мВт/см 2 .

Степень облучения работающих на установках, являющихся источником электромагнитных полей диапазона радиочастот, зависит от мощности установки, степени экранирования, расположения рабочего места относительно источника излучения.

При оценке условий труда учитывают уровень напряженности электромагнитного поля, время его воздействия, характер облучения. Существенное гигиеническое значение имеют сопутствующие факторы – физические и химические (шум, температура, особенности технологического процесса и характер самого труда).

Среди биологических эффектов различают: термическое и нетермическое действие. Сущность биологического действия электромагнитной энергии заключается в том, что поглощенная тканями электромагнитная энергия преобразуется в тепловую, что приводит к повышению температуры тела, локальному нагреву тканей и органов. Наиболее чувствительны к локальному перегреву те части тела, которые имеют недостаточно развитую систему кровоснабжения: хрусталик, стекловидное тело, семенники, желчных и мочевой пузыри.

Основным проявлением термического действия являются – развитие катаракты и ожогов разной степени, поражение семенников. При умеренных и относительно низких уровнях излучениях, но при длительном воздействии возникают нарушения на ССС, ЦНС – развивается радиоволновая болезнь.

Симптомы течения хронических форм радиоволновых поражений не имеют строго специфических проявлений, характерно астеническое состояние, вегетативные расстройства, больные жалуются на головную боль, утомляемость, нарушение сна, головокружение, психоэмоциональную лабильность, боли в области сердца, снижение аппетита, тошноту и потливость, снижение сексуальной потенции и расстройства менструального цикла.

Объективные признаки:

акроцианоз;
региональный гипергидроз;
покалывание кистей и стоп;
тремор пальцев рук;
лабильность пульса и артериального давления с наклонностью к брадикардии;
приглушение тонов сердца;
развитие гипертрофии щитовидной железы;
появление изменения в работе системы «гипофиз-кора надпочечников»;
неблагоприятное течение и исходы беременности;
рождение детей с врожденной патологией;
трофические расстройства;
со стороны системы крови: неустойчивое содержание лейкоцитов; умеренный ретикулоцитоз, тромбо-, эозинофилия, эритроцитоз и повышенный уровень гемоглобина.

Что касается клинически, различают 3 стадии изменений в организме:

начальная (обратимая);
умеренно выраженная;
выраженная.

Основные требования к защите персонала:

рациональное размещение в рабочем помещении оборудований, которое излучает электромагнитную энергию;
общее экранирование установки с выносом пульта управления;
экранирование ее отдельных элементов;
использование передвижных экранов для защиты рабочего места;
дистанционное управление;
удаление рабочих мест на безопасное расстояние;
при работе с генераторами СВЧ применяют специальные поглотители мощности и экранирование рабочего места;
рациональный режим труда и отдыха обслуживающего персонала,
использование предупреждающего сигнализации;
ограничение времени работы;
средства индивидуальной защиты.

Лечебно-профилактические мероприятия: предварительные и периодические медосмотры (приказ МЗ РФ № 302н). Противопоказания для работы: гипертоническая болезнь, гипотония, стенокардия, органические заболевания ЦНС, катаракта, начальные формы заболеваний (санаторно-курортное лечение с временным или постоянным исключением труда).

Импульсные электромагнитные поля низкой частоты (переменного и постоянного электрического поля).

Биологическое действие:

функциональные расстройства ЦНС, ЖКТ и ССС;
изменения иммуннобиологической реактивности организма;
изменения эндокринной системы;
сдвиги гематологических и биохимических показателей;
вегето-сенситивный полиневрит (зуд в кистях, трофические расстройства, мраморный цвет кожных покровов, пастозность, ломкость ногтей, участки с уплотнением суставов);
астеновегетативный синдром (изменения эмоционально-волевой сферы – раздражительность, вспыльчивость, нарушение памяти, внимания, снижение работоспособности, развиваются фобии и прохондрические реакции; в крови наблюдается эритропения, снижение гемоглобина, лейкоцитоз, лимфоцитоз).

Принципы защиты:

автоматизация технологических процессов;
дистанционное управление;
экранирование рабочих мест;
проф. осмотры (приказ 302н).

Электромагнитные поля промышленной частоты.

Биологическое действие (субъективные признаки):

— головная боль в височной и затылочной областях;

— давящие боли в области сердца;

Электромагнитные излучения радиочастот и сверхвысоких частот

В связи с наступлением двадцать первого века — века научно технического прогресса, появилась крайняя необходимость принятия обязательных мер для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и обеспечения электромагнитной совместимости оборудования, а также выделить в отдельную группу вопросы защиты от электромагнитного и ионизирующих излучений.

Об отрицательном влиянии на человека электромагнитных излучений ученые знали давно. Но их знания ограничивались только влиянием мощных полей, излучаемых линиями электропередач, электрическим транспортом, мощными радиоустановками и т.п.

Однако источники электромагнитных полей (ЭМП) получают все более широкое распространение, как в производственных, так и в бытовых условиях, создавая все большую опасность для здоровья населения. Это, главным образом, компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, СВЧ-печи и т.п.

Действие ЭМИ усугубляется долговременным воздействием: круглосуточно и на протяжении ряда лет, что, как правило, приводит к передозировке ЭМИ и трагическим последствиям. В последние годы внимание к уровню излучения бытовых и промышленных приборов существенно возросло, особенно — для образцов новой техники. Яркий пример — мониторы компьютеров (регламентируются излучения: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное, видимое, радиочастотное, сверх- и низкочастотное). Однако, в большинстве случаев это лишь способ увеличения продаж.

Общая характеристика электромагнитных полей

В современных условиях научно-технического прогресса в результате развития различных видов энергетики и промышленности электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды.

В целом общий электромагнитный фон состоит из источников естественного (электрические и магнитные поля Земли, атмосферики, радиоизлучения Солнца и галактик) и искусственного (антропогенного) происхождения (телевизионные и радиостанции, линии электропередачи, электробытовая техника и другие) излучений.

Уровень естественного электромагнитного фона в некоторых случаях бывает на несколько порядков ниже уровней электромагнитных излучений, создаваемых антропогенными источниками. Электромагнитные излучения космического, околоземного и биосферного пространств играют определенную роль в организации жизненных процессов на Земле, и в ряде случаев выявляется их биологическая значимость.

Электромагнитные излучения радиочастот и сверхвысоких частот

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Представляет собой взаимосвязанные переменные электрическое поле и магнитное поле. Взаимная связь электрического Е и магнитного Н полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появлению другого: переменное электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т. д. Таким образом, электромагнитное поле распространяется от точки к точке пространства в виде электромагнитных волн, бегущих от источника. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитное поле может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (например, радиоволны не исчезают с прекращением тока в излучившей их антенне).

Электромагнитное поле в вакууме описывается напряженностью электрического поля Е и магнитной индукцией В. Электромагнитное поле в среде характеризуется дополнительно двумя вспомогательными величинами: напряженностью магнитного поля Н и электрической индукцией D. Связь компонентов электромагнитного поля с зарядами и токами описывается уравнениями Максвелла.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды (рис. 1).

Рис. 1. Электромагнитные волны

Существование электромагнитных волн предсказано английским физиком М. Фарадеем в 1832 г. Другой английский ученый, Дж. Максвелл, в 1865 г. теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются во все стороны от источника. Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн, оптического излучения, рентгеновского излучения, гамма-излучения. Оказалось, что все эти виды излучения – электромагнитные волны с различной длиной волны λ, т. е. родственны по своей природе. Каждое из них имеет своё определённое место в единой шкале электромагнитных волн (рис. 2).

Рис. 2. Шкала электромагнитных волн

Распространяясь в средах, электромагнитные волны, как и всякие другие волны, могут испытывать преломление и отражение на границе раздела сред, дисперсию, поглощение, интерференцию; при распространении в неоднородных средах наблюдаются дифракция волн, рассеяние волн и другие явления.

Электромагнитные волны различных диапазонов длин волн характеризуются различными способами возбуждения и регистрации, по-разному взаимодействуют с веществом.

Электромагнитные волны широко используются в радиосвязи, радиолокации, телевидении, медицине, биологии, физике, астрономии и др. областях науки и техники.

Электрические поля

Электрическое поле представляет собой частную форму проявления электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на внесенный в него электрический заряд с силой, не зависящей от скорости заряда. Источниками электрического поля могут быть электрические заряды (движущиеся и неподвижные) и изменяющиеся во времени магнитные поля.

Основная количественная характеристика электрического поля – напряженность электрического поля Е.

Электрическое поле в среде наряду с напряженностью характеризуется вектором электрической индукции D. В общем случае электрическое поле описывается уравнениями Максвелла.

Магнитные поля

Магнитное поле представляет собой частную форму электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (в т.ч. на проводники с током), а также на магнитные тела независимо от состояния их движения. Источниками магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды (проводники с током), намагниченные тела и изменяющиеся во времени электрические поля. Основная количественная характеристика магнитного поля – магнитная индукция В, которая определяет силу, действующую в данной точке поля в вакууме на движущийся электрический заряд и на тела, имеющие магнитный момент.

В материальных средах для магнитного поля вводится дополнительная характеристика – напряженность магнитного поля Н, которая связана с магнитной индукцией соотношением: Н = В/m, где m — магнитная проницаемость среды.

Рис. 3. Магнитное поле создается при движении
электрических зарядов по проводнику

2. Источники электромагнитных излучений

2.1. Радиочастоты и сверхвысокие частоты

Источниками электромагнитных излучений радиочастот (ЭМИ РЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ) являются технические средства и изделия, которые предназначены для применения в различных сферах человеческой деятельности и в основе которых используются физические свойства этих излучений: распространение в пространстве и отражение, нагрев материалов, взаимодействие с веществами и т. п., а также устройства, предназначенные не для излучения электромагнитной энергии в пространство, а для выполнения какой-то иной задачи, но при работе которых протекает электрический ток, создающий паразитное электромагнитное излучение. Свойства ЭМИ РЧ и СВЧ распространяться в пространстве и отражаться от границы двух сред используются в связи (радио- и телестанции, ретрансляторы, радио- и сотовые телефоны), радиолокации (радиолокационные комплексы различного функционального назначения, навигационное оборудование).

Способность ЭМИ РЧ и СВЧ нагревать различные материалы используется в различных технологиях по обработке материалов, полупроводников, сварки синтетических материалов, в приготовлении пищевых продуктов (микроволновые печи), в медицине (физиотерапевтическая аппаратура).

Микроволновая печь (или СВЧ-печь) в своей работе использует для разогрева пищи электромагнитное излучение, называемое также микроволновым излучением или СВЧ-излучением. Рабочая частота СВЧ-излучения микроволновых печей составляет 2,45 ГГц. Именно этого излучения и боятся многие люди. Однако современные микроволновые печи оборудованы достаточно совершенной защитой, которая не дает электромагнитному излучению вырываться за пределы рабочего объема. Вместе с тем, нельзя говорить, что излучение совершенно не проникает вне микроволновой печи. По разным причинам часть электромагнитного излучения проникает наружу, особенно интенсивно, как правило, в районе правого нижнего угла дверцы.

Непосредственными источниками электромагнитного излучения являются те части технических изделий, которые способны создавать в пространстве электромагнитные волны. В радиоаппаратуре это антенные системы, генераторные лампы, катодные выводы магнетронов, места неплотного сочленения фидерных трактов, разэкранированные места генераторных шкафов, экраны электронных визуальных средств отображения информации; на установках по термообработке материалов — рабочие индукторы и конденсаторы, согласующие трансформаторы, батареи конденсаторов, места разэкранирования фидерных линий.

2.2. Системы спутниковой связи

Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженный узконаправленный основной луч – главный лепесток. ППЭ в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни излучения на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м2 Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.

Типичный расчетный график распределения ППЭ на высоте 2 м от поверхности земли в районе размещения антенны спутниковой связи приведен на рис. 4.

Существуют два основных опасных случая облучения:

• непосредственно в районе размещения антенны;

• при приближении к оси главного луча на всем его протяжении.

Рис. 4. График распределения плотности потока электромагнитного поля на высоте 2 м от поверхности земли в районе установки антенны спутниковой связи

2.3. Теле- и радиостанции

На территории России в настоящее время размещается значительное количество передающих радиоцентров различной принадлежности.

Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС).

Зону возможного неблагоприятного действия ЭМИ, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части.

Первая часть зоны – это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется, и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны – это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.

Расположение ПРЦ может быть различным, например в Самаре характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки.

На территориях размещения передающих радиоцентров, а нередко и за их пределами, наблюдаются высокие уровни ЭМИ низкой, средней и высокой частоты (ПРЦ НЧ, СЧ и ВЧ). Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует о ее крайней сложности, связанной с индивидуальным характером интенсивности и распределения ЭМИ для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.

Широко распространенными источниками ЭМИ в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.

Сравнительный анализ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трех- и шестиэтажные антенны ОВЧ ЧМ-вещания.

2.4. Сотовая связь

Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС), которые поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами (МРТ). Базовые станции БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ-диапазоне.

Некоторые технические характеристики действующих в настоящее время в России стандартов системы сотовой радиосвязи приведены в табл. 1.

Краткие технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи, действующих в России

Наименование стандарта	Диапазон рабочих частот БС	Диапазон рабочих частот МРТ	Максимальная излучаемая мощность БС	Максимальная излучаемая мощность МРТ	Радиус «соты»
NMT-450 аналоговый	463 – 467,5 МГц	453 – 457,5 МГц	100 Вт	1 Вт	1– 40 км
AMPS аналоговый	869 – 894 МГц	824 – 849 МГц	100 Вт	0,6 Вт	2– 20 км
D-AMPS (IS-136) цифровой	869 – 894 МГц	824 – 849 МГц	50 Вт	0,2 Вт	0,5–20 км
CDMA цифровой	869 – 894 МГц	824 – 849 МГц	100 Вт	0,6 Вт	2– 40 км
GSM-900 цифровой	925 – 965 МГц	890 – 915 МГц	40 Вт	0,25 Вт	0,5–35 км
GSM-1800 (DCS) цифровой	1805 – 1880 МГц	1710 – 1785 МГц	20 Вт	0,125 Вт	0,5–35 км

Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.

Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д.) или на специально сооруженных мачтах.

К выбору места размещения антенн БС с точки зрения санитарно-гигиенического надзора не предъявляется никаких иных требований, кроме соответствия интенсивности электромагнитного излучения значениям предельно допустимых уровней, установленных действующими Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)» в местах, определенных этими Санитарными правилами и нормами.

Среди установленных в одном месте антенн БС имеются как передающие (или приемопередающие), так и приемные антенны, которые не являются источниками ЭМИ.

Передающие (приемопередающие) антенны БС могут быть двух типов:

• с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости (тип «Omni») – рис. 5;

• направленные (секторные) – рис. 6.

Согласно Санитарным нормам и правилам, антенны БС размещаются на уже существующих постройках любого типа и на специально сооружаемых мачтах.

Рис. 5. Диаграмма направленности антенны типа «Omni»

Рис. 6. Диаграмма направленности секторной антенны

Диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости построена таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком «луче» (рис. 7).

Рис. 7. Диаграмма направленности антенн

Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы сотовой связи.

Антенны БС не излучают постоянную мощность 24 часа в сутки, а имеют переменный график излучения, определяемый загрузкой, то есть наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора (рис.8). Для станций, расположенных в различных районах города, график загрузки различный. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т. е. станции в основном «молчат».

Рис. 8. График загрузки БС в черте города в зависимости от времени суток

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция», т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

2.5. Персональный компьютер

Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) (рис. 9) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер и т. п.

Рис. 9. Основные излучающие элементы ПК

Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации, называемое по-разному – монитор, дисплей, главным компонентом которого часто является устройство на основе электронно-лучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа «Pilot»), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием.

Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя (таблица 2).

Кроме того, на рабочем месте пользователя источниками более мощными, чем компьютер, могут выступать объекты: ЛЭП, трансформаторные подстанции, распределительные щиты, электропроводка, бытовые и конторские электроприборы (у всех источников первая гармоника – 50 Гц), телевизоры (0–15,6 кГц), соседние ПК (0-1000 МГц) и т. д.

Частотные характеристики электромагнитного излучения ПК

Источник Диапазон частот (первая гармоника)

Монитор сетевой трансформатор блока питания 50 Гц

статический преобразователь напряжения в импульсном блоке питания 20 — 100 кГц

блок кадровой развертки и синхронизации 48 — 160 Гц

блок строчной развертки и синхронизации 15 — 110 кГц

ускоряющее анодное напряжение монитора (только для мониторов с ЭЛТ) 0 Гц (электростатика)

Системный блок (процессор) 50 Гц — 1000 МГц

Устройства ввода/вывода информации 0 Гц, 50 Гц

Источники бесперебойного питания 50 Гц, 20 — 100 кГц

Спектральная характеристика излучения ПК представлена на рис. 10.

Рис. 13. Спектральная характеристика ПК

Общая картина поля на рабочем месте может быть очень сложной (рис. 11).

Рис. 11. Пример типичного распределения магнитного поля в диапазоне от 5 Гц до 2 кГц в помещении, оснащенном компьютерами

Бытовые приборы

Основными источниками электромагнитных излучений промышленной частоты (50/60 Гц) являются элементы токопередающих систем различного напряжения (линии электропередачи, открытые распределительные устройства, их составные части), электроприборы и аппаратура промышленного и бытового назначения, потребляющая электроэнергию.

Из бытовых приборов наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, различного рода грили, холодильники с системой «без инея», кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры.

Реально создаваемое ЭМИ в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа (рис. 12).

Все нижеприведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц. Согласно современным представлениям, оно может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение (регулярно, не менее 8 часов в сутки, в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 мкТл.

Рис. 12. Уровни излучений магнитного поля бытовых приборов

на расстоянии 0,3 м

Средние уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м показаны на рис. 12, а изменение уровня в зависимости от расстояния на рис.13.

Рис. 13. Изменение уровня магнитного поля промышленной частоты
бытовых электроприборов в зависимости от расстояния

В табл. 3 представлены данные о расстоянии, на котором фиксируется магнитное поле промышленной частоты (50 Гц) величиной 0,2 мкТл при работе ряда бытовых приборов.

Распространение магнитного поля промышленной частоты от бытовых электрических приборов (выше уровня 0,2 мкТл)

Источник Расстояние, на котором фиксируется величина больше 0,2 мкТл

Холодильник, оснащенный системой «No frost» (во время работы компрессора) 1,2 м от дверцы; 1,4 м от задней стенки

Холодильник обычный (во время работы компрессора) 0,1 м от электродвигателя компрессора

Утюг (режим нагрева) 0,25 м от ручки

Телевизор 14″ 1,1 м от экрана; 1,2 м от боковой стенки

Электрорадиатор 0,3 м

Торшер с двумя лампами по 75 Вт 0,03 м (от провода)

Электродуховка 0,4 м от передней стенки

Электропроводка

Среди наиболее опасных источников, излучающих в жилые квартиры, но находящихся вне их, особое место занимают трансформаторные подстанции, домовые распределительные щиты электропитания, кабели электропитания. Наличие их можно в большинстве случаев определить визуально, однако безопасное расстояние можно определить только с помощью специальных приборов. Типичное безопасное расстояние – 1,5-5 метров.

Пример распределения магнитного поля промышленной частоты в комнате, в которую излучает внешний источник, приведен на рис. 14.

Рис. 14. Источник излучения — общий силовой кабель подъезда.

Зона для выбора спального места (безопасная зона) отмечена звездочкой.

Наибольшее влияние на электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц оказывает электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, и распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты. Уровень электрического поля промышленной частоты при этом обычно невысокий и не превышает ПДУ для населения 500 В/м.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Похожие публикации:

Mcp мотоэкипировка что за бренд

Как поставить свой звук уведомления на samsung

Почему в германии нет гугл панорам

Что является источником колебания волн