Класифікація електромагнітних полів і випромінювань

   Класифікація  електромагнітних полів і випромінювань 

   Біосфера  впродовж усієї еволюції знаходилась  під впливом електромагнітних полів, так званого фонового випромінювання, викликаного природними причинами. У процесі індустріалізації людство  додало до цього цілий ряд факторів, посиливши фонове випромінювання. В  зв'язку з цим ЕМП антропогенного походження почали значно перевищувати природний фон і дотепер перетворились  у небезпечний екологічний фактор.

   Класифікація  ЕМП наведена на рис.1

   Усі електромагнітні  поля та випромінювання діляться на природні та антропогенні.

Електромагнітні поля та випромінювання

ЕМП природного походження. Навколо Землі існує  електричне поле напруженістю у середньому 130 В/м, яке зменшується від середніх широт до полюсів та до екватора, а також за експоненціальним законом  з віддаленням від земної поверхні. Спостерігаються річні, добові та інші варіації цього поля, а також 

Природні

Антропогенні

Радіохвилі  ВЧ та УВЧ діапазону

Електричне  поле Землі

Магнітне поле Землі

НВЧ випромінювання

Електромагнітне

 поле  Землі

ІЧ випромінювання

Світлові промені

Лазерне випромінювання

   Рис.1 Класифікація ЕМП та випромінювань випадкові його зміни під впливом грозових розрядів, опадів, завірюх, пилових бур, вітрів. 

   Наша  планета також має магнітне поле з напруженістю 47,3 А/м< на північному, 39,8 А/м — на південному полюсах, 19,9 А/м — на магнітному екваторі. Це магнітне поле коливається з 80-річним та 11-річним циклами змін.

   Земля постійно знаходиться під впливом  ЕМП, які випромінює Сонце, у діапазоні  в основному 10 МГц... 10 ГГц. Спектр сонячного; випромінювання досягає і більш короткохвильової області, яка включає в себе інфрачервоне (ІЧ), видиме, ультрафіолетове (УФ), рентгенівське ‘ та гамма-випромінювання. Інтенсивність випромінювання змінюється; періодично, а також швидко та різко збільшується при хромосферних ‘ спалахах

   Розглянуті  ЕМП впливали на біологічні об'єкти та зокрема на людину під час усього її існування Це дало змогу у процесі  еволюції пристосуватися до впливу таких  полів та виробити захисні механізми, які захищають людину від можливих ушкоджень за рахунок природних  факторів. Однак все ж спостерігається  кореляція між змінами сонячної активності (викликаними ними змінами  електромагнітного випромінювання) і нервовими, психічними, серцево-судинними  захворюваннями людей, а також порушенням умовно-рефлекторної діяльності тварин.

   Антропогенні  випромінювання фактично охоплюють  усі діапазони. Розглянемо вплив  радіохвильового випромінювання, зокрема  випромінювання ВЧ та УВЧ діапазонів (діапазони ЗО МГц—500 кГц). Можливості прямого опромінення радіохвилями визначаються умовами їх розповсюдження, які залежать від довжини хвилі.

   На  довгих хвилях (10—1 км) ЕМП створюється  хвилею, яка огинає земну поверхню та перешкоди, які на ній знаходяться (будинки, рослинність, нерівності місцевості), і йде між земною поверхнею  та нижньою межею іонізаційного  шару атмосфери. Вони майже не поглинаються ґрунтом. Сигнали потужних радіомовних  станцій в цьому діапазоні  фактично у будь-який час доби вільно розповсюджуються на далекі відстані.

   Середні хвилі (1000—100 м) також достатньо добре  огинають земну поверхню, хоча при  цьому відхиляються перешкодами, які  мають розмір, більший від довжини  хвилі, та значно поглинаються ґрунтом. В зв'язку з цим віддаль розповсюдження середніх хвиль становить близько 500 км, а для обслуговування великих  територій встановлюється мережа ретрансляційних  станцій. В цьому діапазоні працюють радіостанції на суднах та аеродромна радіослужба. Та головну екологічну небезпеку створюють потужні  радіомовні станції.

   У діапазоні  коротких хвиль (100—10 м) радіохвилі дуже сильно поглинаються ґрунтом, але для  розповсюдження на велику відстань використовується к віддзеркалення від земної поверхні та від іоносфери. В цьому діапазоні  працюють радіомовні станції та станції  зв'язку.

   На  ультракоротких хвилях (10—1 м), які дуже поглинаються ґрунтом та майже не віддзеркалюються іоносферою, розповсюдження сигналів відбувається практично лише в межах прямої видимості. Для  збільшення цієї зони використовують високо розміщені антени та ретранслятори, причому ЕМП утворюється внаслідок  інтерференції прямого та віддзеркаленого  променів. В цьому діапазоні працюють зв'язкові, радіомовні та телевізійні  станції, розташовані, як правило, у  місцях великої концентрації населення.

   Випромінювання  НВЧ діапазону. Активність впливу ЕМП  різних діапазонів частот різна: вона значно зростає з ростом частоти  та дуже серйозно впливає у НВЧ  діапазоні. У даний діапазон входять  дециметрові (100—10 см), сантиметрові (10—1 см) та міліметрові (10—1 мм) хвилі. Ці діапазони  об'єднуються терміном мікрохвильові".

   Як  і УВЧ, НВЧ випромінювання дуже поглинається ґрунтом та нд віддзеркалюється іоносферою. Тому розповсюдження НВЧ відбувається в межах прямої видимості.

   На  дециметрових хвилях працюють радіомовні та телевізійні станції, які забезпечують в зв'язку із зниженням рівня перешкод вищу якість передачі інформації, ніж  в УВЧ діапазоні.

   Усі ділянки  НВЧ діапазону використовуються для радіозв'язку в тому числі  радіорелейного та супутникового. В  цьому діапазон працюють практично  усі радіолокатори.

   Оскільки  випромінювання НВЧ, поглинаючись погано провідник середовищем, викликає їх нагрівання, цей діапазон широке використовується у промислових установках, які базуються н< використанні й інших ефектів, пов'язаних з НВЧ випромінюваннями Подібні установки використовуються і в побуті Вплив HBS випромінювання на живі тканини дав підставу для розробку терапевтичної медичної апаратури. Завдяки особливостям розповсюдження НВЧ саме цей діапазон використовується для передач енергії променем на великі відстані. 

   Вплив електромагнітних полів  та випромінювань  на живі організми 

   Під впливом  ЕМП та випромінювань спостерігаються  загальні слабкість, підвищена втома, пітливість, сонливість, а також  головний біль, біль в ділянці серця. З'являється роздратування, втраті, зростає тривалість мовно рухової та зорево-моторної реакцій, підвищується межа нюхової чутливості. Виникає ряд симптомів, які є свідченням порушення роботи окремих органів — шлунку, печінки, селезінки, підшлункової та Інших залоз. Пригнічуються харчовий та статевий рефлекси.

   Реєструються  зміни артеріального тиску, частота  серцевого ритму, форма електрокардіограми. Це свідчить про порушення діяльності серцево-судинної системи. Фіксуються зміни показників білкового та вуглеводного обміну, збільшується вміст азоту в крові та сечі, знижується концентрація альбуміну та зростає вміст глобуліну, збільшується кількість лейкоцитів, тромбоцитів, виникають й інші зміни складу крові.

   Кількість скарг на здоров'я в місцевості поблизу радіостанції значно (майже  вдвічі) вища, ніж поза її межами. Загальна захворюваність в селищі з радіоцентром, в основному зумовлена порушенням діяльності нервової та серцево-судинної систем.

   У досліджених  дітей відзначено порушення розумової  працездатності внаслідок зниження уваги через розвиток послідовного гальмування та пригнічення нервової системи. Фіксувалися прискорений  пульс та дихання, підвищення артеріального  тиску при фізичному навантаженні та сповільнене повернення до норми  цих показників при його знятті. Фіксувався також вплив ЕМП на інші процеси, в тому числі імунно-біологічні.

   Дослідження показали, що опромінення ЕМП малої  інтенсивності впливає на тварин практично так само, як і на людей.

   В перший період опромінення спостерігаються  зміни поведінки тварин: у них  з'являються неспокій, збудження, рухова активність, прагнення втекти із зони випромінювання. Тривалий вплив ЕМП  призводив до зниження збудження, зростання  процесів гальмування.

   Вплив ЕМП на тварин у період вагітності призводив до зростання кількості  мертвонароджених, викиднів, каліцтв. Спостерігалися аналогічні наслідки, які проявлялись у наступних  поколіннях.

   Мікроскопічні дослідження внутрішніх органів  тварин виявили дистрофічні зміни  тканин головного мозку, печінки, нирок, легенів, міокарду. Було зафіксовано  порушення на клітинному рівні. На підставі клінічних та експериментальних  матеріалів виявлені основні симптоми уражень, які виникають при впливі ЕМП їх можна класифікувати як радіохвильову хворобу. Ступінь  патологій прямо залежить від  напруженості ЕМП, тривалості впливу, фізичних особливостей, діапазонів частот, умов зовнішнього середовища, а також  від функціонального стану організму, його стійкості до впливу різних факторів, можливостей адаптації

   Поряд з радіохвильовою хворобою як специфічним  результатом дц ЕМП спостерігається, завдяки його впливу, загальне зростання  захворюваності, а також захворювання окремими хворобами органів дихання, травлення та ін. Це відмічається також  і при дуже малій інтенсивності  ЕМП, яка незначно перевищує гігієнічні нормативи

   Є відомості  про клінічні прояви дії НВЧ - опромінення залежно від інтенсивності опромінення. При інтенсивності близько 20 мкВт/см2 спостерігається зменшення частоти пульсу, зниження артеріального тиску, тобто реакція на опромінення. Із зростанням інтенсивності проявляються єлектро-кардіологічні зміни, при хронічному впливі — тенденція до гіпотонії, до змін з боку нервової системи Потім починається прискорення пульсу, коливання об'єму крові

   За  інтенсивності 6 мВт/см2 помічено зміни  у статевих залозах, у складі крові, каламутність кришталика Далі — зміни  у згортанні крові, умовно-рефлекторній діяльності, вплив на клітини печінки, зміни у корі головного мозку. Потім — підвищення кров'яного  тиску, розриви капілярів та крововиливи  у легені та печінку.

   За  інтенсивності до 100 мВт/см2 — стійка гіпотонія, стійкі зміни серцево-судинної системи, двостороння катаракта. Подальше опромінення помітно впливає  на тканини, викликає больові відчуття, якщо інтенсивність перевищує 1 Вт/см2, то це викликає дуже швидку втрату зору

   Одним із серйозних ефектів, зумовлених НВЧ  опроміненням, є ушкодження органів  зору. На нижчих частотах такі ефекти не спостерігаються і тому їх треба  вважати специфічними для НВЧ  діапазону.

   Ступінь ушкодження залежить в основному  від інтенсивності та тривалості опромінення. Із зростанням частоти, напруженості ЕМП, яка викликає ушкодження зору, — зменшується.

   Гостре  НВЧ опромінення викликає сльозотечу, подразнення, звуження зіниць. Потім  після короткого (1—2 доби), періоду  спостерігається погіршення зору, яке  зростає під час повторного опромінення, що свідчить про кумулятивний характер ушкоджень

   При впливі випромінювання на око спостерігається  ушкодження роговиці. Але серед усіх тканин ока найбільшу чутливість має у діапазоні 1—10 ГГц кришталик. Сильне ушкодження кришталика зумовлене  тепловим впливом НВЧ (при щільності  понад 100 мВт/см2).

   Люди, опромінені імпульсом НВЧ коливань, чують звук. Залежно від тривалості та частоти повторень імпульсів  цей звук сприймається як щебетання, цвірінькання чи дзюрчання у якійсь точці (всередині чи ззаду) голови. Частота  відчуття звуку не залежить від частоти  НВЧ сигналу.

   Існує наступне пояснення слухового ефекту: під впливом імпульсів НВЧ  енергії збуджуються термопружні  хвилі тиску в тканинах мозку, які діють за рахунок кісткової  провідності на рецептори внутрішнього вуха.

   У тварин слуховий ефект викликає неспокій, вони намагаються уникнути опромінення. Питання, наскільки слуховий ефект  неприємний чи шкідливий для людини, перебуває у стадії дослідження, як і питання про можливі неслухові  ефекти імпульсного НВЧ опромінення.

   При дослідженні  впливу НВЧ випромінювання невеликої (нетеплової) інтенсивності на комах  спостерігалися тератогенні ефекти (вроджені каліцтва), які іноді мали мутагенний характер, тобто успадковувалися.

   Виявлено  значний вплив НВЧ на зміну  фізико-хімічних властивостей та співвідношення клітинних структур. Особливо це призводить до затримки та припинення процесів розмноження бактерій та вірусів і знижує їх інфекційну активність. 

   Нормування  електромагнітних випромінювань  радіочастотного  діапазону

   Джерелами електромагнітних випромінювань в  радіотехнічних пристроях є генератор, тракти передачі енергії від генератора до антени, антенні пристрої, електромагніти в установках для термічної обробки  матеріалів, конденсатори, високочастотні трансформатори, фідерні лінії. При  їх роботі в навколишнє середовище поширюються ЕМП.

   Встановлені правилами гранично допустимі рівні (ГДР) ЕМП поширюються на діапазон частот ЗО кГц— 300 ГТц (табл. 1).

   Електромагнітне поле ВЧ і НВЧ, що несе з собою  енергію, може самостійно поширюватися в просторі без провідника електроструму  зі швидкістю, близькою до швидкості  світла. Воно змінюється з цією частотою, що і струм, який його створив. Електромагнітне  поле в 5—н діапазонах частот оцінюється напруженістю поля. Одиницею вимір  напруженості поля для електричної  складової є вольт на метр (В/м  Поле у 9—11 діапазонах частот оцінюється поверхневою густино. потоку енергії, (ГПЕ). Одиницею виміру ГПЕ є Ват на квадратний метр — (1 Вт/м2 = 0,1 мВт/см2 = 100 мкВт/см2). 

   Таблиця 1. Номенклатура діапазонів частот

   Коли  дози електромагнітних випромінювань  електромагнітах 
установок радіочастот перевищують допустимі значення, виникають 
професійні захворювання.  

   Гранично  допустимі рівні напруженості електричного поля (електрична складова ЕМП) виражаються середньоквадратичним (ефективним) значенням, і рівень ГПЕ, який виражається середні значенням, визначається в залежності від частоти (довжини) хвиль і режиму випромінювання за табл. 2.

   ГДР, наведені в даній таблиці, не поширюються  на радіо-засоби телебачення, які нормуються окремо.

   Гранично  допустимі рівні ЕМП, які створюють  телевізійні радіостанції в діапазоні  частот від 48 до 1000 МГц, визначаються за формулою:

Е_ГДР =21ƒ^-0.37

Де  – Е_ГДР – ГДР напруженості ІМП (електричні складові ЕМП), В/м,

ƒ – несуча чистота оцінюваного конала (конала зображення або супроводу), МГц.

   Таблиця 2.

   “Примітка. Я - довжина хвилі  в метрах або ГДР = 7,43-3/д/,де/- чистота в МГц. 

   Контроль  інтенсивності опромінення повинен  проводитись не рідше 1 разу на рік, а також при введенні в дію  нових чи реконструйованих старих генераторних установок і при зміні умов праці. 

   Захист  від електромагнітних випромінювань 

   Для зменшення  впливу ЕМП на персонал та населення, яке знаходиться у зоні дії  радіоелектронних засобів, потрібно вжити  ряд захисних заходів. До їх числа  можуть входити організаційні, інженерно-технічні та лікарсько-профілактичні.

   Здійснення  організаційних та інженерно-технічних  заходів покладено передусім  на органи санітарного нагляду. Разом  з санітарними лабораторіями  підприємств та установ, які використовують джерелі електромагнітного випромінювання, вони повинні вживати заходи з  гігієнічної оцінки нового будівництва  та реконструкції об'єктів, котрі виробляють та використовують радіо засоби, а також нові; технологічних процесів та обладнання з використанням ЕМП, проводить поточний санітарний нагляд за об'єктами, які використовують джерелі випромінювання, здійснювати організаційно-методичну роботі з підготовки спеціалістів та інженерно-технічний нагляд.

   Ще  на стадії проектування повинне бути забезпечене таке взаємні розташування опромінюючих та опромінюваних об'єктів, яке б зводилися до мінімуму інтенсивність опромінення. Оскільки повністю уникнути опромінення неможливо, потрібно зменшити ймовірність проникненні людей у зони з високою інтенсивністю ЕМП, скоротити час перебуванні під опроміненням. Потужність джерел випромінювання мусить буті мінімально потрібною.

   Виключно  важливе значення мають інженерно-технічні методи та засоби захисту: колективний (група будинків, район, населений пункті локальний (окремі будівлі, приміщення) та індивідуальний. Колективний захист спирається На розрахунок поширення радіохвиль в умова) конкретного рельєфу місцевості. Економічно найдоцільніші використовувати природні екрани — складки місцевості лісонасадження, нежитлові будівлі. Встановивши антену на горі, може зменшити інтенсивність поля, яке опромінює населеного пункту багато разів. Аналогічний результат дає відповідна орієнтації діаграми направлення, особливо високо спрямованих анте» наприклад, шляхом збільшення висоти антени. Але висока антен складніша, дорожча, менш стійка. Крім того, ефективність також захисту зменшується з відстанню.

   При захисті  від випромінювання екрана повинне  враховувати затухання хвилі при проходженні через екран (наприклад, через лісові смугу). Для екранування можна використовувати рослинність. Спеціальні екрани у вигляді відбивальних і радіо поглинальних щитів доріг малоефективні і використовуються дуже рідко.

   Локальний захист дуже ефективний і використовується частіше Він базується на використанні радіозахисних матеріалів, які забезпечують високе поглинання енергії випромінювання у матеріалі та віддзеркалення від його поверхні. Для екранування шляхом віддзеркалення використовують металеві листи та сітки з доброю провідністю. Захист приміщень від зовнішніх випромінювань можна здійснити завдяки обклеюванню стін металізованими шпалерами, захисту вікон сітками, металізованими шторами. Опромінення у такому приміщенні зводиться до мінімуму, але віддзеркалене від екранів випромінювання пере-розповсюджується у просторі та потрапляє на інші об'єкти

   До  інженерно-технічних засобів захисту  також належать:

   — конструктивна  можливість працювати на зниженій потужності 
v процесі налагоджування, регулювання та профілактики;

   — робота на еквівалент налагоджування;

   — дистанційне  керування.

   Для персоналу, що обслуговує радіо засоби та знаходиться на невеликій відстані, потрібно забезпечити надійний захист шляхом екранування апаратури. Поряд із віддзеркалюючи ми широко розповсюджені екрани із матеріалів, що поглинають випромінювання.

   Існує велика кількість радіо поглинальних матеріалів як однорідного складу, так і композиційних, котрі складаються з різнорідних діелектричних та магнітних речовин. З метою підвищення ефективності поглинача поверхня екрана виготовляється шорсткою, ребристою або у вигляді шипів.

   Радіо поглинальні матеріали можуть використовуватися для захисту навколишнього середовища від ЕМП, яке генерується джерелом, що знаходиться в екранованому об'єкті. Крім того, радіо поглиначами для захисту від віддзеркалення личкуються стіни безлунких камер — приміщень, де випробовуються випромінювальні пристрої. Радіо поглинальні матеріали використовуються в кінцевих навантаженнях, еквівалентах системах.

   Засоби  індивідуального захисту використовують лише у тих випадках, коли інші захисні  заходи неможливо застосувати або  вони недостатньо ефективні: при  переході через зони збільшеної Інтенсивності випромінювання, при ремонтних та налагоджувальних роботах у аварійних ситуаціях, під час короткочасного контролю та при зміні інтенсивності опромінення. Такі засоби незручні в експлуатації обмежують можливість виконання робочих операцій, погіршують 
гігієнічні умови. 

   Для захисту  тіла використовується одяг із металізованих  тканин та радіо поглинаючих матеріалів. Металізована тканина складається Щ бавовняних чи капронових ниток, спіральне обвитих металевим дроту Таким чином, ця тканина, мов металева сітка (при віддалі між нитками цц 0,5 мм) послаблює випромінювання не менш, як на 20—ЗО дБ. При( зшиванні деталей захисного одягу потрібно забезпечити контакті ізольованих провідників. Тому електро-герметизація швів проводиться електропровідними розчинами чи клеями, які забезпечують гальванічний контакт або збільшують ємнісний зв'язок проводів, котрі не контактують.

   Очі захищають  спеціальними окулярами зі скла з  нанесеною на внутрішній бік провідною  плівкою двоокису олова. Гумова оправа окулярів має запресовану металеву сітку або обклеєна металізованою  тканиною; Цими окулярами випромінювання НВЧ послаблюється на 20—ЗО дБ.

   Раніше  використовувані рукавички зараз  вважають непотрібними, оскільки допустима  величина щільності потоку енергії  для рук та ніг у багато разів  вища, ніж для тіла.

   Колективні  та індивідуальні засоби захисту  можуть забезпечити тривалу безпечну роботу персоналу на радіо об’єктах.