Министерство образования Российской Федерации
Томский политехнический университет
____________________________________________________________________
Утверждаю
Декан инженерно – экономичес-кого факультета
________________ Н.И. Гвоздев
« ___ » ___________ 2004 г.
ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов специальности 330200 «Экологический мониторинг»
Томск – 2004г.
УДК 537. 63
Защита от сверхвысокочастотного излучения: Метод. пособие по выполн. лабораторной работы для студентов спец. 330200 «Инженерная защита окружающей среды»/Сост. М.Э. Гусельников; М.Д. Кветко; Том. политехн. ун-т. – Томск, 2004. – 14 с.
Методическое пособие рассмотрено и рекомендовано к изданию методическим семинаром кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности «____»____________ 200_г.
Зав. кафедрой, профессор, доктор техн. наук _______________ В.Ф. Панин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
«ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»
Цель работы: определить интенсивность электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от различных параметров и оценить эффективность защиты от СВЧ излучения с помощью экранирования.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися по направлению во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны l от1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте ¦ от 3-102 до З-1020Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях хозяйства находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМ полей радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов (табл. 1).
Таблица 1
Классификация радиоволн
| Название диапазона | Длина волны | Диапазон частот | Частота | По международному регламенту | |
| Название диапазона частот | Номер | ||||
| Длинные (километро-вые) волны (ДВ) | 10-1 км | Высокие частоты (ВЧ) | от 3 до 300кГц | Низкие (НЧ) | 5 |
| ( Средние (гектомеровые) волны | 1км-100м | Тоже | от 0.3 до 3МГц | Средние (СЧ) | 6 |
| Короткие (декаметровые) волны СКВ) | 100-Юм | То же | от 3 до 30МГц | Высокие (ВЧ) | 7 |
| Ультракороткие 0 (метровые) волны (УКВ) | 10-1м | Ультравысокие частоты (УВЧ) | от 30 до 300 Мгц | Очень высокие (ОВЧ) | 8 |
| Микроволны: дециметровые (дм); сантиметровые(см); миллиметровые(мм) | 1м-10см 10-1см 1см-1мм | (СВЧ) То же То же | от 0,3 до 3ГГц от 3 до 30 ГГц от 30 до 300 ГГц | Ультравысокие (УВЧ) СВЧ Крайневысокие (КВЧ) | 9 10 |
ЭМ поле складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.
В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 106 Гц. К ним относят приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50-60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание диэлектриков, нагрев пластмасс и др.). Значения предельно допустимой напряженности ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06 – 300 МГц на рабочих местах приведены в табл.2.
Таблица 2
Предельно допустимая напряженность ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06-300 Гц на рабочих местах
| Составляющая поля, по которой оценивается его воздействие и диапазон частот. МГц | Предельно допустимая напряжен-ность в течение рабочего времени |
| Электрическая составляющая: 0,06-3 3-30 30-50 50-300 | 50 В/м 20 В/м 10 В/м 5,0 В/м |
| Магнитная составляющая: 0,06-1,5 30-50 | 5,0 А/м 0,3 А/м |
ЭМП характеризуется совокупностью переменных составляющих: электрической и магнитной. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а следовательно, - по действию на среду, в т.ч. и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант. Связь между энергией Y и частотой ¦ колебаний определяется как Y = h ¦ или Y =h c/l т. к. между длиной волны l и частотой ¦ существует соотношение
¦=с/l,
где: с- скорость распространения электромагнитной волны в воздухе (с=3.108 м/с), h – постоянная Планка, равная 6,6.1034 Вт/см2
Вокруг любого источника излучения ЭМП разделяют на три зоны:
· Ближнюю - зону индукции
· Промежуточную – зону интерференции
· Дальнюю – волновую зону
Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения l (т.е. имеет место точечный источник), границы зон определяются следующими расстояниями R:
· Ближняя зона (индукция) R< l/2p;
· Промежуточная ( интерференции) l/2p< R<2pl;
· Дальняя зона (волновая) R>2pl.
Работающие с источниками излучения НЧ, СЧ, в известной степени ВЧ и ОВЧ диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов работающие часто находятся в волновой зоне. В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т. е. количеством энергии, падающим на единицу поверхности. В этом случае ППЭ выражается в ваттах, на 1м2 , или в производных единицах: милливаттах и микроваттах на см2 (Вт/м2 , мВт/см2 , мкВт/см2). ЭМП по мере удаления от источника излучение быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радио спектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации, вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ аппараты используются для микроволновой терапии.
Наиболее опасными для человека являются ЭМП высоких и сверхвысоких частот. Критерием оценки степени воздействия на человека ЭМП может служить количество электромагнитной энергии поглощаемой им при пребывании в электрическом поле. Величина поглощаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей человека.
По законам физики изменения в веществе может вызывать только та часть энергии излучения, которая поглощается этим веществом, а отраженная или проходящая через него энергия действия не оказывает. Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастот: длины волны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа, или ткани.
Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границе раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими их особенностями. Колебание дипольных молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, приводят к преобразованию электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела, или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик глаза, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм животного составляют для диапазона средних частот- 8000 В/м2, высоких – 2250 В/м2, очень высоких – 150 В/м2, дециметровых – 40 мВт/см2, сантиметровых – 10 мВт/см2, миллиметровых – 7 мВт/см2.
ЭМП ниже указанных величин не обладает выраженным термическим действием на организм, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что согласно ряду теорий, считается специфическим нетепловым действием, т.е. переходом ЭМ энергии в объекте в какую-то форму нетепловой энергии. Нарушение гормонального равновесия при наличии СВЧ фона на производстве следует рассматривать, как противопоказания для профессиональной деятельности, связанной с нервной напряженностью труда и частыми стрессовыми ситуациями.
Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1 мВт/см2. Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракты)- последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступали немедленно, но быстро проходили, но при частоте 35 ГГц, они были стойкими, т.к. являлись результатом повреждения эпителия роговицы. При частоте около 400 кГц повреждений не наблюдалось.