Воздействие ЭМИ на здоровье человека
Лабораторная работа № ____
Защита от сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения
Цель лабораторной работы –
Краткое описание работы
Целевая установка
Ознакомиться с характеристиками электромагнитного излучения (ЭМИ), воздействием ЭМИ на здоровье человека, нормативными требованиями к уровням ЭМИ; провести измерения ЭМИ СВЧ диапазона, установить зависимость интенсивности ЭМИ СВЧ диапазона от расстояния до источника ЭМИ, оценить эффективность защиты от СВЧ излучения при помощи экранирования.
Материальное обеспечение
Бытовая СВЧ-печь, мультиметр, датчик СВЧ-поля, защитные экраны
Теоретическая часть
Характеристика и источники ЭМИ
Электромагнитное излучение – процесс испускания электромагнитных волн, а также само переменное электромагнитное поле этих волн. Согласно представлениям классической физики, ЭМИ осуществляется ускоренно движущимися заряженными электрическими частицами (в частности, переменными токами).
Электромагнитное поле характеризуется двумя векторными функциями координат – напряженностью электрического поля Е (В/м) и магнитной индукцией В (Тл) (часто пользуются и другой векторной величиной – напряженностью магнитного поля Н (А/м)). Разделение ЭМП на электрическое и магнитное условно. В частных случаях можно говорить об электрическом поле (создается неподвижными электрическими зарядами) или магнитном поле (создается неподвижными проводниками с постоянным током или постоянными магнитами). Но в инерциальных системах отсчета, движущихся относительно той, в которой рассматриваются неподвижные электрические заряды или постоянные магниты, электрическое и магнитное поля неразрывно взаимосвязаны.
|
|
|
Электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью (скоростью света). Электромагнитная волна – поперечная волна. В каждой точке поля векторы напряженностей электрического и магнитного полей Е и Н колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны. Кроме того, векторы Е и Н в каждой точке взаимно перпендикулярны и колеблются в одной фазе.
Классифицируют электромагнитные волны в первую очередь в зависимости от их частоты (или длины волны).
Спектр электромагнитных колебаний по частоте достигает 1021 Гц. В зависимости от энергии фотонов его подразделяют на область ионизирующих и неионизирующих излучений.
Шкала электромагнитного излучения приведена в таблице 1.
Т а б л и ц а 1.
| Неионизирующее излучение | Ионизирующее излучение | |||||
| Диапазон частот, Гц | 1-104 | 104-1012 | 1012-1014 | 3,8*1014-7,5*1014 | 1014-1017 | 1017-1021 |
| Диапазон длин волн | более 10 км | 10 км-0,1 мм | 0,78 мкм-1 мм | 0,78 мкм-0,38 мкм | 400 нм-10 нм | 10 нм-0,1 пм |
| Низкочастотные колебания (в т.ч. ЭМИ токов промышленной частоты) | Радио-волны | Инфракрас-ное излучение | Видимый свет | Ультрафио-летовое излучение | Рентгеновское и гамма- излучение | |
Примечание. Длина волны 
и частота f связаны соотношением 
, где с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе 3*108 м/с
|
|
|
В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях человеческой деятельности находит электромагнитная энергия неионизирующей части спектра. Это касается в первую очередь электромагнитных полей радиочастотного диапазона, составляющих бóльшую часть спектра неионизирующих ЭМИ.
Радиоволны в свою очередь подразделяются по длине волны (частоте) на ряд диапазонов. В зависимости от частоты электромагнитного излучения осуществляется его нормирование. Диапазоны радиочастот приведены в таблице 2.
Т а б л и ц а 2. Диапазоны радиочастот
| Номер диа-пазона | Границы | Название | ||
| по частоте | по длине волны | |||
| 4 | 3-30 кГц | 100-10 км | очень низкие частоты (ОНЧ) | мириаметровые волны |
| 5 | 30-300 кГц | 10-1 км | низкие частоты (НЧ) | километровые волны |
| 6 | 300 кГц - 3 МГц | 1 км – 100 м | средние частоты (СЧ) | гектометровые волны |
| 7 | 3-30 МГц | 100-10 м | высокие частоты (ВЧ) | декаметровые волны |
| 8 | 30-300 МГц | 10-1 м | очень высокие частоты (ОВЧ) | метровые волны |
| 9 | 300 МГц-3 ГГц | 1 м – 10 см | ультравысокие частоты (УВЧ) | дециметровые волны |
| 10 | 3-30 ГГц | 10-1 см | сверхвысокие частоты (СВЧ) | сантиметровые волны |
| 11 | 30-300 ГГц | 1 см- 1 мм | крайне высокие частоты (КВЧ) | миллиметровые волны |
| 12 | 300 ГГц-3 ТГц | 1 мм- 0,1 мм | гипервысокие частоты (ГВЧ) | децимиллиметровые волны |
П р и м е ч а н и е. В таблице указаны названия диапазонов по международному регламенту. В России часто используются другие названия диапазонов. Например, диапазон длинных волн (ДВ) соответствует 5-му в международном регламенте, диапазон ультракоротких волн (УКВ) - 8-му.
|
|
|
В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 106 ГЦ, в том числе электрические установки, работающие на токе промышленной частоты 50 Гц; приборы автоматики; установки высокочастотного нагрева; дефектоскопы; радиопередающее оборудование. Источниками электромагнитного излучения является также электротранспорт, линии электропередач, ПЭВМ, мобильные телефоны, бытовые приборы.
|
|
|
Воздействие ЭМИ на здоровье человека
Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Причина биологического воздействия ЭМИ на организм – поглощение тканями энергии электромагнитной волны.
В целом поглощение энергии ЭМИ зависит от частоты колебаний и электрических и магнитных свойств среды. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем большую энергию несет в себе квант электромагнитного излучения. Связь между энергией Y и частотой колебаний f (длиной волны λ) определяется как
, (1, 2)
где с – скорость электромагнитных волн, м/с (в воздухе с = 3*108),
h – постоянная Планка, равная 6,6*1034 Вт/см2.
При равных характеристиках ЭМИ коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием.
Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции. Начиная с определенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов, и температура их может повышаться. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте). Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы.
Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового воздействия ЭМП на организм животного уменьшаются с ростом частоты ЭМИ. Например, пороговая плотность потока энергии для УВЧ-диапазона составляет 40 мкВт/см2, а для СВЧ-диапазона – 10 мкВт/см2. ЭМП с интенсивностью меньше пороговой не обладает тепловым действием на организм, но согласно ряду теорий обладает специфическим нетепловым воздействием. Данные, относящиеся к нетепловому воздействию электромагнитного излучения на человека, на данный момент не являются полными. Это связано с отсутствием четких критериев этого воздействия, доступных непосредственному инструментальному контролю.
Степень и характер воздействия ЭМИ на организм человека определяется частотой излучения, продолжительностью облучения, интенсивностью ЭМП, размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями человека.
Для длительного воздействия ЭМИ различных диапазонов частот при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженными сдвигами в эндокринно-обменных процессах и составе крови. В связи с этим могут появиться головные боли, понижение или повышение артериального давления, нервно-психические расстройства, быстрое развитие утомления. Возможно выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости зрительного, вестибулярного, обонятельного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии ЭМИ происходит стойкое снижение работоспособности.
При аварийных ситуациях и крайне высоких уровнях ЭМИ возникают острые нарушения, сопровождающиеся сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления.
Электромагнитные излучения, уровни которых не превышают ПДУ, но превосходят фоновые, можно рассматривать как стрессирующий фактор. При воздействии таких ЭМИ отмечаются значимые функциональные изменения состояния сердечно-сосудистой и нервной систем. Субъективно человеком отмечаются повышенная раздражительность, утомляемость, головные боли, расстройства сна, памяти. В связи с этим в последнее время особое беспокойство у специалистов в области электромагнитной безопасности вызывают сотовые телефоны и компьютеры, а также различные бытовые радиоэлектронные и электрические приборы.
В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая активность СВЧ-поля по сравнению с ВЧ и УВЧ.
Нормирование ЭМИ
Нормирование ЭМИ в зависимости от источника излучения, места и условий воздействия производится по различным документам.
Для работающих, подвергающихся в процессе трудовой деятельности профессиональному воздействию электромагнитных полей, нормирование осуществляется Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.1191-03 "Электромагнитные поля в производственных условиях".
Перечень действующих документов, касающихся нормирования ЭМИ, приведен в Приложении.
В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающий энергетическую нагрузку на организм человека.
Для гигиенического нормирования в диапазоне частот до 300 МГц интенсивность ЭМП выражают напряженностью электрического поля Е (В/м) и напряженностью магнитного поля Н (А/м). В диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц интенсивность ЭМИ характеризуется плотностью потока энергии ППЭ (Вт/м2), т.е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности.
Таким образом, ЭМИ источников различной частоты характеризуется различными параметрами. Это связано с тем, что ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 2 зоны: ближнюю - зону индукции и дальнюю – волновую зону. В ближней зоне электромагнитная волна еще не сформирована, и интенсивность ЭМП оценивается двумя параметрами – напряженностью электрического и напряженностью магнитного полей. В дальней (волновой) зоне – зоне сформировавшейся электромагнитной волны, интенсивность ЭМП оценивается величиной плотности потока энергии. Размеры зон зависят от длины волны. Чем больше частота ЭМИ, тем меньше радиус ближней зоны. Работающие с источниками ЭМИ 4-8 диапазонов, с частотой до 300 МГц (см. таблицу 1) обычно находятся в ближней зоне. При эксплуатации генераторов УВЧ, СВЧ и КВЧ диапазонов (9-11 диапазоны, частота 300 МГц и выше) работающие часто находятся в дальней волновой зоне за счет малого радиуса ближней зоны.
Существуют исследования, доказывающие различное биологическое воздействие ближней и дальней зон ЭМИ.
Нормирование электромагнитных полей диапазона 30 кГц – 300 ГГц согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 осуществляется по величине энергетической экспозиции ЭЭ.
Энергетическую экспозицию в диапазоне частот 30 кГц-300 МГц рассчитывают по формулам
(3)
где Е - напряженность электрического поля (В/м),
Н - напряженность магнитного поля (А/м),
Т - время воздействия за смену (час).
Энергетическую экспозицию в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц рассчитывают по формуле:
, (4)
где ППЭ - плотность потока энергии (Вт/м2),
Т - время воздействия за смену (час).
Предельно допустимые значения энергетических экспозиций для диапазона частот 30кГц-300ГГц в соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 приведены в таблице 3.
Т а б л и ц а 3. Предельно допустимые значения энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот 30кГц-300ГГц
| Параметр | ЭЭ в диапазонах частот (МГц) | ||||
| 0,03-3 | 3-30 | 30-50 | 50-300 | 300-300000 | |
| ЭЭЕ (В/м)2ч | 20000 | 7000 | 800 | 800 | |
| ЭЭН (А/м)2ч | 200 | - | 0,72 | - | |
| ЭЭППЭ (мкВт/см2)*ч | 200 | ||||
При этом значения напряженностей электрического и магнитного полей и плотность потока энергии не должны превышать максимальных значений, приведенных в таблице 4.
Т а б л и ц а 4. Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц
| Параметр | Максимально допустимые значения в диапазонах частот (МГц) | ||||
| 0,03-3 | 3-30 | 30-50 | 50-300 | 300-300000 | |
| Е (В/м) | 500 | 300 | 80 | 80 | |
| Н (А/м) | 50 | - | 3 | - | |
| ППЭ (мкВт/см2) | 1000 (5000 при локальном облучении кистей рук) | ||||
Защита от ЭМИ
Далее перечислены принципы защиты от электромагнитного излучения.
1. Защита временем. Данный вид защиты предполагает ограничение времени пребывания в электромагнитном поле и нормирование интервалов времени, в течение которых человек покидает опасную зону. При этом обеспечивается как непревышение допустимой дозы, так и вовлечение естественных ресурсов организма, которые в отсутствии излучения восстанавливают функции организма. Однако индивидуальная чувствительность данного организма к ЭМП не учитывается, и, следовательно, не уменьшается индивидуальный риск. Такой метод защиты можно считать традиционным.
2. Защита расстоянием. В данном случае предусматривается удаление источника ЭМИ на некоторое расстояние, которое определяется исходя из нормативов на напряженность поля или плотность потока энергии. Этот метод защиты применяется и на стационарных объектах (радио, телевидение, стационарные передатчики), и на мобильных. Применение выносной антенны или выносной микротелефонной гарнитуры увеличивает расстояние между пользователем и антенной сотового телефона. Благодаря этому снижается поглощенная телом энергия. Кроме того, к защите расстоянием относится выделение санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки возле линий электропередачи и мощных радиостанций.
3. Защита экранированием. Когда недостаточно защиты временем и расстоянием, или когда невозможно применить эти виды защиты, приходится экранировать источники излучения, используя способности проводников изменять конфигурацию электромагнитного поля, ограничивая его распространение или меняя направление распространения. Данный способ защиты следует считать универсальным, поскольку его применение позволяет снизить уровни ЭМИ до любых заранее заданных значений.
4. Защита блокированием. В данном случае речь идет о применении медикаментозных препаратов, которые блокируют последствия воздействия ЭМИ. Применение препаратов-радиопротекторов допустимо лишь тогда, когда последствия применения этих препаратов окажутся менее опасными, чем собственно воздействие ЭМИ.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 397; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!