Магнитные поля

Содержание

Электромагнитное  поле и его влияние  на здоровье человека

Введение

В процессе эволюции и жизнедеятельности человек  испытывает на себе влияние естественного  электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды. Результаты современных исследований свидетельствуют, что живые организмы, от одноклеточных до высших животных и человека, обнаруживают высокую чувствительность к магнитным полям, параметры которого близки к естественным параметрам полей биосферы.

Магнитные поля (МП) естественных источников (геомагнитное поле) существенно влияют на формирование биологических ритмов. Выявлены достаточно достоверные взаимосвязи между  солнечной и геомагнитной активностью и возрастанием проявлений гипертонических кризисов, инфарктов миокарда, психопатологических расстройств.

Искусственные источники создают МП значительно  больших интенсивностей, нежели естественные. Клинико-физиологическими и эпидемиологическими исследованиями установлено, что МП искусственного происхождения играют определенную роль в развитии сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических заболеваний, болезней крови, а также могут оказывать влияние на генетические структуры, при систематическом воздействии МП вызывают выраженные изменения в состоянии здоровья населения, в том числе у лиц, профессионально не связанных с источниками МП, причем эффекты воздействия слабоинтенсивных полей могут носить отдаленный характер.

Отмечена высокая чувствительность и поражаемость нервной системы, хрусталика глаз, семенных желез у мужчин, выявлены нарушения функциональной регуляции всех звеньев эндокринного аппарата, нарушение липидного обмена и ряд других отклонений. Значительное число работ свидетельствуют об отрицательном воздействии МП на генетические структуры, клеточные мембраны, иммунную систему, гормональный статус. В публикациях последних лет активно обсуждается вопрос о канцерогенной опасности ЭМП промышленной частоты (50,60 Гц).

Исследование  влияния электромагнитного излучения  антропогенных источников представляет большую сложность. Это обусловлено  следующими основными причинами:

·  в большинстве  случаев неприемлемо ограничение  выброса загрязняющего фактора  в окружающую среду;

·  невозможна замена данного фактора на другой, менее токсичный;

·  невозможна очистка эфира от нежелательных  излучений;

·  неприемлем методический подход, состоящий в  ограничении ЭМП до природного фона;

·  вероятно долговременное воздействие ЭМП (круглосуточно и даже на протяжении ряда лет);

·  воздействие  на большие контингенты людей, включая  детей, стариков и больных;

·  трудности  статистического описания параметров излучений от многих источников, распределенных в пространстве и имеющих различные  режимы работы.

Признается, что  проблема электромагнитной безопасности приобретает в последнее время  социальное значение. Ситуация осложняется  тем, что органы чувств человека не воспринимают ЭМП до частот видимого диапазона, в связи с чем определить степень опасности облучения без соответствующей аппаратуры практически невозможно [2]. Но воздействие МП может оказаться и полезным. Более 100 лет назад естествоиспытатель Трандо сделал открытие, что в магнитном поле все химические реакции, в том числе и в живых организмах, протекают быстрее. Под влиянием магнитного поля все процессы внутри организма резко активизируются.

Новейшими исследованиями установлено, что магнитное поле Земли воздействует на живой организм на клеточном уровне, регулируя механизмы  тканевого дыхания, упорядочивает структуру клеточных жидкостей .

1. ЭМП, его виды и классификация.

 На практике  при характеристике электромагнитной  обстановки используют термины  "электрическое поле", "магнитное  поле", "электромагнитное поле".

Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.

 Магнитное  поле создается при движении  электрических зарядов по проводнику.

 Для характеристики  величины электрического поля  используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой  осуществляется воздействие между  электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. 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, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

 Электромагнитные  волны характеризуются длиной  волны, обозначение - l (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по  сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой, обозначение - f.

 Важная особенность  ЭМП - это деление его на  так называемую "ближнюю" и  "дальнюю" зоны. В "ближней"  зоне, или зоне индукции, на расстоянии  от источника r < l ЭМП можно  считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r -2 или кубу r -3 расстояния. В "ближней" зоне излучения электромагнитная волне еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3l . В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r .

 В "дальней"  зоне излучения есть связь  между Е и Н: Е = 377Н, где  377 - волновое сопротивление вакуума,  Ом. Поэтому измеряется, как правило,  только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Крайние низкие, КНЧ    3 - 30 Гц             Декамегаметровые 100 - 10 Мм

Сверхнизкие, СНЧ 30 – 300 Гц             Мегаметровые 10 - 1 Мм

Инфранизкие, ИНЧ 0,3 - 3 кГц             Гектокилометровые 1000 - 100 км

Очень низкие, ОНЧ 3 - 30 кГц             Мириаметровые 100 - 10 км

Низкие частоты, НЧ 30 - 300 кГц             Километровые  10 - 1 км

Средние, СЧ 0,3 - 3 МГц                          Гектометровые 1 - 0,1 км

Высокие частоты, ВЧ   3 - 30 МГц             Декаметровые 100 - 10 м

Очень высокие, ОВЧ  30 - 300 МГц Метровые 10 - 1 м

Ультравысокие,УВЧ  0,3 - 3 ГГц             Дециметровые      1 - 0,1 м

Сверхвысокие, СВЧ 3 - 30 ГГц             Сантиметровые 10 - 1 см

Крайне высокие, КВЧ 30 - 300 ГГц Миллиметровые 10 - 1 мм

Гипервысокие, ГВЧ 300 – 3000 ГГц Децимиллиметровые  1 - 0,1 мм

2. Основные источники ЭМП.

 Среди основных  источников ЭМИ можно перечислить: 

1. Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда)
2. Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные)
3. Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации)
4. Бытовые электроприборы
5. Теле- и радиостанции (транслирующие антенны)
6. Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны)
7. Радары
8. Персональные компьютеры

2.1 Электротранспорт

 Транспорт  на электрической тяге – электропоезда  (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п.  – является относительно мощным  источником магнитного поля в  диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл. Типичный результат долговременных измерений уровней магнитного поля, генерируемого железнодорожным транспортом на удалении 12 м от полотна, приведен на рисунке.

2.2 Линии электропередач

 Провода работающей  линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров. Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП - например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.  

 Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Биологическое действие.

Электрические и магнитные поля являются очень  сильными факторами влияния на состояние  всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в  районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.

 У растений  распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры  цветков, листьев, стеблей, появляются  лишние лепестки. Здоровый человек  страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.

2.3 Электропроводка

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

 Исследователи  из университета Карнеги в Питсбурге (США ) сформулировали подход к проблеме магнитного поля который они назвали “благоразумное предотвращение”. Они считают, что пока наше знание относительно связи между здоровьем и последствием облучения остаются неполными, но существуют сильные подозрения относительно последствий для здоровья, необходимо предпринимать шаги по обеспечению безопасности, которые не несут тяжелые расходы или другие неудобства.  

 Подобный  подход был использован, например, в начальной стадии работ по  проблеме биологического действия ионизирующего излучения: подозрение рисков ущерба для здоровья, основанное на твердых научных основаниях, должно само по себе составить достаточные основания для выполнения защитных мероприятий.

 В настоящее  время многие специалисты считают предельно допустимой величину магнитной индукции равной 0,2 - 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний - прежде всего лейкемии - очень вероятно при продолжительном облучении человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течении периода более года).

Рекомендации  по защите.

 Основная  мера защиты - предупредительная. 

1. необходимо исключить продолжительное пребывание (регулярно по несколько часов в день) в местах повышенного уровня магнитного поля промышленной частоты;
2. кровать для ночного отдыха максимально удалять от источников продолжительного облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5 – 3 метра;
3. если в помещении или в смежном есть какие-то неизвестные кабели, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции – удаление должно быть максимально возможным, оптимально – промерить уровень электромагнитных полей до того, как жить в таком помещении;
5. при необходимости установить полы с электроподогревом выбирать системы с пониженным уровнем магнитного поля.

2.4 Бытовая электротехника

 Все бытовые  приборы, работающие с использованием  электрического тока, являются источниками  электромагнитных полей. Наиболее  мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой “без инея”, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа (смотри рисунок 1). Все ниже приведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц.

 Значения  магнитного поля тесно связаны  с мощностью прибора - чем она  выше, тем выше магнитное поле  при его работе. Значения электрического  поля промышленной частоты практически  всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м.

Возможные биологические эффекты.

 Человеческий  организм всегда реагирует на  электромагнитное поле. Однако, для  того чтобы эта реакция переросла  в паталогию и привела к заболеванию необходимо совпадение ряда условий – в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения. Поэтому, при использовании бытовой техники с малыми уровнями поля и/или кратковременно ЭМП бытовой техники не оказывает влияния на здоровье основной части населения. Потенциальная опасность может грозить лишь людям с повышенной чувствительностью к ЭМП и аллергикам, также зачастую обладающим повышенной чувствительностью к ЭМП.

 Кроме того, согласно современным представлениям, магнитное поле промышленной частоты 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 микротесла.

2.5 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). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

 Зону возможного  неблагоприятного действия ЭМП,  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  РНЦ может быть различным, например, в Москве и московском регионе  характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки.

 Высокие уровни  ЭМП наблюдаются на территориях,  а нередко и за пределами  размещения передающих радиоцентров  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 ЭМП для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.

 Широко распространенными  источниками ЭМП 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.

Радиостанции  ДВ (частоты 30 - 300 кГц). В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное - выше 1,2 А/м.

Радиостанции  СВ (частоты 300 кГц - 3 МГц). Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м - 25 В/м, на расстоянии 30 м - 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).

Радиостанции  КВ (частоты 3 - 30 МГц). Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10- 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.

Телевизионные передатчики. Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.

 Основной  принцип обеспечение безопасности - соблюдение установленных Санитарными нормами и правилами предельно допустимых уровней электромагнитного поля. Каждый радиопередающий объект имеет Санитарный паспорт, в котором определены границы санитарно-защитной зоны. Только при наличии этого документа территориальные органы Госсанэпиднадзора разрешают эксплуатировать радиопередающие объекты. Периодически они производят контроль электромагнитной обстановки на предмет её соответствия установленным ПДУ.

2.6 Спутниковая связь

 Системы спутниковой  связи состоят из приемопередающей  станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч - главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля 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.

2.7 Сотовая связь

 Сотовая радиотелефония  является сегодня одной из  наиболее интенсивно развивающихся  телекоммуникационных систем. В  настоящее время во всем мире насчитывается более 85 миллионов абонентов, пользующихся услугами этого вида подвижной (мобильной) связи (в России – более 600 тысяч). Предполагается, что к 2001 году их число увеличится до 200–210 миллионов (в России – около 1 миллиона).

 Основными  элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или "соты", радиусом обычно 0,5–10 километров.

Базовые станции.

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

Исходя из технологических  требований построения системы сотовой  связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия  излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком "луче". Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы.

Мобильные радиотелефоны.

 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. Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека "откликается" на наличие излучения сотового телефона. Поэтому владельцам МРТ рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности:

- не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;

- разговаривайте непрерывно не боле 3 – 4 минут;

- не допускайте, чтобы МРТ пользовались дети;

- при покупке выбирайте сотовый телефон с меньшей максимальной мощностью излучения;

- в автомобиле используйте МРТ совместно с системой громкоговорящей связи "hands-free" с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши.

 Для людей,  окружающих человека, разговаривающего  по мобильному радиотелефону,  электромагнитное поле, создаваемое МРТ не представляет никакой опасности.

 Исследования  возможного влияния биологического  действия электромагнитного поля  элементов систем сотовой связи  вызывают большой интерес у  общественности. Публикации в средствах  массовой информации достаточно точно отражают современные тенденции в этих исследованиях. Мобильные телефоны GSM: швейцарские тесты показали, что излучение, поглощенное головой человека, находится в допустимых европейскими стандартами пределах. Специалисты Центра электромагнитной безопасности провели медико-биологические эксперименты по исследованию влияния на физиологическое и гормональное состояние человека электромагнитного излучения мобильных телефонов существующих и перспективных стандартов сотовой связи.