Неионизирующие излучения. Электромагнитное загрязнение биосферы: опасность, оценка, технические средства защиты (стр. 1 из 2)
Неионизирующие излучения. Электромагнитное загрязнение биосферы: опасность, оценка, технические средства защиты
Введение
С развитием электроэнергетики, радио- и телевизионной техники, средств связи, электронной офисной техники, специального промышленного оборудования и др. появилось большое количество искусственных источников электромагнитных полей, что обусловило интенсивное «электромагнитное загрязнение» среды обитания человека.
Длительное воздействие этих полей на организм человека вызывает нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем, что выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, сильных болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса.
1. Источники ЭМП
Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра электромагнитных волн - ЭМВ. Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, как и многие другие, использующие электрическую энергию, излучают так называемые антропогенные ЭМП, которые вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку.
По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле И, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле. Обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга.
Векторы Е и Н бегущей ЭМВ в зоне распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении в проводящей среде они связаны соотношением
где со - частота электромагнитных колебаний; у - удельная проводимость вещества экрана; \i- магнитная проницаемость этого вещества; к - коэффициент затухания; R- расстояние от входной плоскости экрана до рассматриваемой точки.
ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн. Например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне.
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны к. Источник, генерирующий излучение, то есть создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой f. Международная классификация электромагнитных волн по частотам приведена в табл. 1.
Таблица 1. Международная классификация электромагнитных волн по частотам
| № диапазона | Диапазон радиочастот | Границы диапазона | Диапазон радиоволн | Границы диапазона |
| 1 | Крайне низкие, КНЧ | 3-30 Гц | Декамегаметровые | 100-10 мм |
| 2 | Сверхнизкие, СНЧ | 30-300 Гц | Мегаметровые | 10-1 мм |
| 3 | Инфракрасные, ИНЧ | 0,3-3 кГц | Гектокилометровые | 1000-100 км |
| 4 | Очень низкие, ОНЧ | 3-30 кГц | Мириаметровые | 100-10 км |
| 5 | Низкие частоты, НЧ | 30-300 кГц | Километровые | 10-1 км |
| 6 | Средние, СЧ | 0,3-3 МГц | Гектометровые | 1-0,1 км |
| 7 | Высокие частоты, ВЧ | 3-30 МГц | Декаметровые | 100-10 м |
| 8 | Очень высокие, ОВЧ | 30-300 МГц | Метровые | 10-1 м |
| 9 | Ультравысокие, УВЧ | 0,3-3 ГГц | Дециметровые | 1-0,1 м |
| 10 | Сверхвысокие, СВЧ | 3-30 ГГц | Сантиметровые | 10-1 см |
| 11 | Крайне высокие, КВЧ | 30-300 ГГц | Миллиметровые | 10-1 мм |
| 12 | Гипервысокие, ГВЧ | 300-3000 ГГц | Децимиллиметровые | 1-0,1 мм |
Особенностью ЭМП является его деление на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. На практике в «ближней» зоне - зоне индукции на расстоянии от источника г < К ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату г2 или кубу г3 расстояния. Поле в зоне индукции служит для формирования электромагнитной волны. «Дальняя» зона - зона сформировавшейся электромагнитной волны, в которой интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника г'1. Граница «ближней» и «дальней» зоны представлена на рис. 3.
Согласно теории ЭМП «ближняя» находится на расстоянии
, где 
- длина волны и определяется из соотношения 
, где с - скорость распространения волны, f - частота электромагнитных колебаний. «Дальняя» зона, или зона распространения находится на расстоянии 
.В зоне индукции еще не сформировалась бегущая волна, вследствие чего Е и Н не зависят друг от друга, поэтому нормирование в этой зоне ведется как по электрической, так и по магнитной составляющей поля. Это характерно для ВЧ-диапазона. В зоне излучения ЭМП характеризуется электромагнитной волной, наиболее важным параметром которой является плотность потока мощности.
В «дальней» зоне излучения принимается Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. В российской практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 Мгц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии или плотность потока мощности - S, Вт/м2. За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. ППЭ характеризует величину энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.
2. Природные источники ЭМП
Природные источники ЭМП делятся на 2 группы. Первая - поле Земли: постоянное магнитное поле. Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10"5 до 102 Гц, амплитуда может достигать сотых долей А/м. Вторая - радиоволны, генерируемые космическими источниками. В силу относительно низкого уровня излучения от космических радиоисточников и нерегулярного характера воздействия их суммарный эффект поражения биообъектов незначителен.
Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 0,003 Вт/м2. Если общая площадь поверхности среднего человеческого тела 1,8 м2, то общая излучаемая энергия составляет примерно 0,0054 Вт.
3. Антропогенные источники ЭМП
Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией также делятся на 2 группы. Первая - источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 Гц до 3 кГц. Вторая - источники, генерирующие от 3 кГц до 300 ГГц, включая микроволны в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.
К первой группе относятся в первую очередь все системы производства, передачи и распределения электроэнергии.
Источником электрических полей промышленной частоты являются, например, токоведущие части действующих электроустановок: линии электропередач, трансформаторные подстанции, электростанции, индукторы, конденсаторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, электро- и кабельная проводки, металлокерамические магниты, офисная электро- и электронная техника, транспорт на электроприводе и др. В различных технологиях электромагнитная энергия высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов в основном используется для процессов электротермии, то есть для нагрева материала в самом ЭМП. Данное направление является перспективным, так как оно обеспечивает большие скорости и качество обработки материалов, экологически и экономически эффективно. Это объясняется тем, что в ЭМП разогрев материала на атомном и молекулярном уровнях происходит во всем объеме сразу за счет электрических потерь, в то время как температура окружающей среды остается практически без изменения.
Вторую группу составляют функциональные передатчики, различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные и импульсные магнитные поля, медицинские терапевтические и диагностические установки, бытовое оборудование, средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках.
4. Нормирование ЭМП
Применение новых технологических процессов и радиоэлектронных систем и устройств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду, создает и ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием ЭМИ на организм человека. Установлено, что этот вид энергии воздействует на весь организм в целом, вызывая его перегрев под влиянием переменного поля, а также отрицательно влияет и на отдельные системы организма. Данные об условиях облучения на рабочих местах некоторых специальностей приведены в табл. 2.
Таблица 2. Интенсивность ЭМИ на рабочих местах ряда специальностей
| Производственный процесс | Основные источники излучения | Интенсивность облучения персонала, мкВт/см2 |
| Регулировка, настройка и испытание комплекса РЛС в выпускных цехах заводов и ремонтных мастерских | Антенные системы | 1000 и более |
| Регулировка, настройка и испытание комплекса РЛС в условиях полигона | Антенные системы | 500 и более |
| Регулировка, настройка и испытание отдельных СВЧ-узлов, блоков и приборов | Катодные выводы магнетрона, волноводо-коак-сиальные переходы и др. | до 1000 |
| Научно-исследовательские работы | Антенные устройства, генераторные блоки, СВЧ-приборы и др. | до 1000 |
| Эксплуатация РЛС на аэродромах гражданской авиации | Антенные системы | 100-1000 |
| Эксплуатация СВЧ-аппа-ратов в некоторых областях народного хозяйства, в том числе физиотерапевтические кабинеты | Разные антенные системы, генераторные блоки, излучатели и др. | 1-2000 |
| Контрольно-измерительные работы в экранированных помещениях | Генераторные блоки, разные антенные системы | 5-50 (сложные ЭМП) |
Нормирование ЭМИ проводится в соответствии с нормативными документами и справочными данными. В табл. 3 приведены значения допустимой напряженности Е и Н и энергетической нагрузки электромагнитного поля на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессиональное воздействием ЭМП. Указанные значения не должны превышаться в течение рабочего дня.