Диапазоны электромагнитного излучения

Особенностью ЭМП является его деление на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны. В «ближней зоне» на расстоянии от источника меньше длины вол­ны электромагнитная волна еще не сформирована, поэтому в этой зоне измерение интенсивности электрического и магнитного полей производится раздельно.

В «дальней зоне» волна сформирована, поэтому на основании соотношения меж­ду напряженностью электрического поля Е и магнитного поля Н {Е = 377Н) измеряется в данной зоне только напряженность электрического поля.

Дозовые критерии ЭМП определяют характер его воздействия на человека.

Источники электромагнитного поля

Классификация источников ЭМП. Источники электромагнитного поля делятся на природные и техногенные

А) Природные источники электромагнитного поля

Природные источники ЭМП делятся на две группы:

1. поле Земли, состоящее из постоянного электрического поля и основного (пос­тоянного) магнитного поля;

2. радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактика и Т.Д.).

Электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на ее поверхности. Его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазо­не от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков-сотен кВ/м.

Магнитное (геомагнитное) поле Земли состоит из основного (постоянного) поля (около 99%) и переменного (около 1%). Существование постоянного магнитного поля Земли объясняется процессами, происходящими в жидком металлическом ядре Зем­ли. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов планеты. В средних широ­тах напряженность магнитного поля примерно 40 А/м. Основное геомагнитное поле испытывает лишь медленные вековые изменения.

Переменное геомагнитное поле, порождаемое токами в магнитосфере и ионосфе­ре, более неустойчиво и может колебаться в диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Наиболее сильные изменения в переменном геомагнитном поле происходят при возникновении «магнитных бурь». Магнитные бури образуются при вспышках на Сол­нце, когда так называемый солнечный ветер, представляющий собой плазму с очень сильным магнитным полем, достигает магнитосферы Земли.

Вторая группа природных ЭМП характеризуется наличием широкого диапазона частот. В силу относительно низкого уровня излучения от космических источников и случайного, нерегулярного характера воздействия на атмосферу Земли, их суммар­ный эффект воздействия на биообъекты незначителен

Человеческое тело также излучает электромагнитные поля с частотой выше 300 ГГц.

Б) Техногенные источники электромагнитного доля.

Техногенные источники ЭМП по их предназначению можно разделить на источ­ники технологического характера, используемые в различных сферах экономики и побочно создающие негативный фактор воздействия ЭМП на население, и источники военного характера, специально генерирующие ЭМП как для вывода из строя элект­ронных объектов инфраструктуры, так и для нанесения поражения населению.

Технологические источники ЭМП подразделяются на группы по критерию частоты излучения: 1 группа - источники, генерирующие излучения в диапазоне от 0 Гц до 3 кГц; II группа - источники, генерирующие излучения в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц.

К первой группе технологических источников относятся:

1. системы производства, передачи и распределения электроэнергии (электро­станции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередач);

2. офисная и домашняя электро- и электронная техника, электросети жилых и ад­ министративных зданий;

1. транспорт на электроприводе и его инфраструктура.

Ко второй группе технологических источников относятся: 1) функциональные передающие источники ЭМП, используемые в целях передачи и получения информации (теле- и радиопередающие центры, системы сотовой и спут­никовой связи, релейные станции), навигационные системы, РЛС различных видов и назначений:

2) технологическое оборудование предприятий, использующих СВЧ-излучение;

3. СВЧ-печи;

4. медицинские терапевтические и диагностические установки;

5. видеодисплейные терминалы (ВДТ) ЭВМ.

К источникам ЭМИ военного характера относятся различные виды «электро­магнитного оружия»: радиочастотное, микроволновое и лазерное оружие.

Краткая характеристика некоторых техногенных источников электромагнит­ного поля

Технологические источники ЭМП I группы

1. Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП). Источниками излучения элект­ромагнитной энергии являются провода ЛЭП (промышленная частота 50 Гц). Напря­женность ЭМП, создаваемого ЛЭП, зависит от величины напряжения ЛЭП (в России от 330 до 1150 кВ), нагрузки, высоты подвески проводов, расстояния между ними. Напряженность ЭМП непосредственно под проводами и в определенной зоне вдоль трассы ЛЭП может значительно превышать ПДУ электромагнитной безопасности на­ селения, особенно по магнитной составляющей ЭМП ЛЭП.

2. Бытовал и офисная электро- и электронная техника, электросети жилых и ад­министративных зданий. К таким источникам относятся утюги, холодильники, элект­рические стиральные машины, дрели, пылесосы, миксеры, ксероксы, факсы, а также системы электропроводки помещений.

Такие источники в зависимости от конструкции, технологии изготовления и харак­тера эксплуатации могут создавать ЭМП, по своим критериям превышающие ПДУ электромагнитной безопасности населения

Негативное влияние электрических сетей в жилых и административных зданиях обусловлено тем, что человек постоянно находится в помещении вблизи электропро­водки, в том числе и проложенной не экранирование. Кроме этого, наличие желе­зосодержащих конструкций и коммуникаций в большинстве жилых зданий создает эффект «экранированной комнаты», что усиливает электромагнитный эффект при расположении в них большого количества различных источников излучения, в том числе и сетей электропроводки.

3. Электротранспорт является мощным источником электромагнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Например, среднее значение магнитной составляю­ щей ЭМП электропоездов может достигать до 200 мкТл (ПДУ = 0,2 мкТл).

Технологические источники ЭМП 11 группы.

1. Функциональные источники ЭМП для получения и передачи информации Фундаментальные передатчики. На территории России размещается значитель­ное количество передающих теле- и радиоцентров НЧ, СЧ и ВЧ-диапазонов различ­ной принадлежности, ЭМП которых в определенных зонах могут оказывать небла­гоприятное воздействие на население. Наиболее высокий уровень облучения людей наблюдается в районах размещения радиопередающих центров старой постройки с высотой антенны не более 180 м. Телевизионные передающие центры могут созда­вать достаточно сильные ЭМП на расстоянии от десяти метров до нескольких кило­ метров от места своего расположения.

Системы сотовой связи. В работе этих систем применяется принцип деления оп­ределенной территории на зоны (так называемые «соты») радиусом 0,5 - 2 км, в цен­тре которых располагаются базовые станции (БС), обслуживающие мобильные (на автомобилях) и ручные радиотелефоны. Антенны БС могут создавать опасные уровни напряженности в радиусе 50 м. Уровни ЭМП автомобильных антенн также могут быть повышенными.

Мобильные радиотелефоны, как элемент системы сотовой связи, представляют определенную опасность для пользователей, так как создают при работе сильные ЭМП и тепловой поток, воздействующие на голову человека. Этот вид излучения пре­вышает ПДУ, установленный в РФ.

Системы спутниковой связи состоят из приемопередающих станций на Земле и спутников, находящихся на орбите. Антенны систем спутниковой связи могут созда­вать ЭМП, по своим показателям значительно превышающие ПДУ электромагнитной безопасности на большом удалении.

Вводимая в настоящее время в эксплуатацию система глобальной спутниковой персональной связи ведет к дальнейшему увеличению числа наземных систем этого вида источников ЭМП.

Радиолокационные станции (РЛС). РЛС оснащены, как правило, антеннами зер­кального типа, имеющими узконаправленную диаграмму излучения в виде луча. Ра­бота РЛС носит пространственно-временной характер, создавая ЭМП высокой напря­женности, превышающей на определенном расстоянии от РЛС ПДУ электромагнитной безопасности населения. РЛС, используемые для управления воздушным движением в аэропортах, имеющие остронаправленные антенны кругового обзора, работают круглосуточно и создают ЭМП значительной интенсивности, что неблагоприятно ска­зывается на населении, проживающем в районах, прилегающих к аэропортам.

2. СВЧ-печи. Излучение данным источником электромагнитной энергии в окру­жающее пространство обусловливается, главным образом, технологическими неис­правностями и нарушениями в эксплуатации (неплотно закрыты дверцы и т. п.), что может привести к значительному превышению ПДУ электромагнитной безопасности пользователя .

3. Видеодисплейные терминалы и персональные ЭВМ. ВДТ на основе элект­ронно-лучевых трубок являются источниками ЭМИ весьма широкого диапазона час­ тот. Порождаемое ВДТ рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, низкочастотное, средних частот и высокочастотное излучение создает ЭМИ доста­точно высокой интенсивности, оказывающее негативные последствия для пользова­теля.

Основными источниками ЭМП ВДТ являются: экран монитора, питающие провода и системный блок (50 Гц) системами строчной и кадровой развертки. Наиболее силь­ные уровни излучения наблюдаются от верхней и боковых стенок монитора, причем зона превышения генерирующих стандартов (ПДУ) может достигать 2,5 м. В первую очередь ЭМП, распространяющееся от монитора, влияет на голову, грудь и руки, на­ходящиеся на оптимальном (60 - 70 см) расстоянии перед экраном пользователя. Ви­деодисплейные терминалы создают вокруг себя ЭМП как низкой, так и высокой час­тоты, что способствует появлению электростатического поля и ведет к деионизации воздуха вокруг монитора, негативно сказывающееся на здоровье человека. Ситуация усугубляется тем, что ЭВМ широко используются не только как средство труда, но и для учебы и досуга, в том числе детьми и подростками.

В целом все источники ЭМИ как природного, так и техногенного характера комп­лексно создают электромагнитный фон региона (района, города и т. д.).

Интенсивность электромагнитного фона зависит от следующих причин: состояния ионосферы; характера излучения Солнца и галактики; количества, характера и мес­тонахождения техногенных источников ЭМП в городе, районе и т. д.; графика работы радио-и телецентров; характера работы объектов энергоснабжения; близости к элек­троэнергетическим источникам.

Электромагнитный фон в городских условиях имеет, как правило, временной мак­симум примерно от 10 до 22 часов, причем в суточном динамическом распределении наибольший динамический диапазон изменения электромагнитного фона приходится на зимнее время, а наименьший - на лето.

Интенсивность электромагнитного фона на частоте 50 Гц (промышленная часто­та), например, в центре С.-Петербурга составляет =1,5 мкТл (ПДУ = 0,2 мкТл), на рас­стоянии 80 км от центра - = 0,5 мкТл.

Источники ЭМП военного характера

В войнах будущего наряду с ядерным оружием и другими средствами массового поражения, применение которых в силу ряда международных договоров маловероят­но, широкое применение будут иметь различные виды оружия на новых физических принципах (НФП), в том числе, радиочастотное, микроволновое и лазерное, основой которых является создание ЭМИ различной интенсивности, диапазона частот и ха­рактера в целях поражения элементов объектов так называемых «критических инф­раструктур». Данный вид оружия может использоваться также для поражения населе­ния без разрушения при этом объектов инфраструктуры.

Характер воздействия электромагнитного поля на население и элементы окружа­ющей среды

Воздействие ЭМП на человека. Организм человека реагирует как на изменения естественного геомагнитного поля, так и на воздействие электромагнитных излуче­ния от многочисленных и разнообразных техногенных источников. Реакция организма может варьироваться как по мере увеличения, так и снижения воздействия электро­магнитных излучений, в ряде случаев приводя к выраженным изменениям в состоя­нии здоровья и генетическим последствиям.

Эффект взаимодействия электромагнитного поля с биологической средой зави­сит от поглощенной за определенное время энергии поля, т. е. от дозы облучения. В его основе лежит преобразование энергии поля в тепло, которое осуществляется по двум классическим механизмам, определяемым диэлектрическими характеристика­ми биологического материала: индуцирование токов и вращение (перемещение) мо­лекул. Это приводит к возникновению различных негативных явлений в организме.

На характер воздействия ЭМП на население оказывают влияние: частоты и ин­тенсивность излучения; вид электромагнитного спектра поля; зоны воздействия (соответствующие размеры расчетной зоны и длины волны); вид воздействия - изо­лированное (от одного источника), сочетанное (от двух и более источников одного частотного диапазона), смешанное (от двух и более источников различных частотных диапазонов) и комбинированное; отношение облучаемого лица к источнику - профес­сиональное {связано с производством), непрофессиональное (население); облучае­мая часть тела - общее или локальное облучение; время облучения - постоянное, прерывистое.

Комплексное воздействие сказывается в основном на жизненно важных (крити­ческих) системах организма. Это, прежде всего, нервная, иммунная, эндокринная и репродуктивная системы, изменения функций которых предполагают неблагоприят­ные последствия для организма.

Воздействие ЭМП на нервную систему приводит к нарушению функций нервной системы, изменениям высшей нервной деятельности человека. У людей, как правило, нарушается память, появляется склонность к развитию стрессорных реакций.

Под влиянием ЭМП на иммунную систему может происходить изменение белко­вого обмена, наблюдаться определенное изменение состава крови. Возможно обра­зование в организме антител, направленных против собственных тканей. Это наруша­ет нормальное функционирование организма как единого целого.

При действии ЭМП на эндокринную систему, как правило, происходит стиму­ляция гипофизарноадреналиновой системы, что сопровождается увеличением содер­жания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови, потерей орга­низмом приобретенной устойчивости к некоторым физическим факторам (высоким температурам воздуха, гипоксии и т. д.).

ЭМП отрицательно влияет на репродуктивную функцию человека, особенно на развитие эмбриона. Чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувс­твительность материнского организма. ЭМП низкой интенсивности, оказывающие негативное воздействие на организм беременных женщин, могут быть причиной пре­ждевременных родов, а также патологии у детей. Это, в первую очередь, касается женщин, работающих с ВДТ с нарушением норм электромагнитной безопасности.

Специфическое воздействие на различные системы и органы человека мо­гут дополнительно оказывать ЭМП таких источников, как системы сотовой связи, ВДТ ЭВМ, геомагнитные возмущения в природной среде, электростатические поля раз­личных приборов, радиочастотное оружие.

В связи с широким внедрением во все сферы жизни сотовой связи серьезно стоит проблема воздействия на человека ЭМП, создаваемых мобильными радиотелефона­ми по критериям электромагнитного, а также теплового воздействия. Воздействию ЭМИ при длительном пользовании сотовым телефоном могут подвергаться такие системы и органы человека, как центральная нервная система (головной мозг вместе с гематоэнцефалическим барьером), зрительный анализатор (особенно хрусталики глаз), внутреннее и среднее ухо, щитовидная железа, кожа лица и ушной раковины.

При работе с ВДТ ЭВМ возможны различные заболевания кожи лица, а также заболевания зрительных органов -так называемой «компьютерный зрительный син­дром». При длительной систематической работе с ВДТ возможно появление близору­кости, катаракты, влияние на развитие клеток организма.

Резкое повышение интенсивности ЭМИ при геомагнитных возмущениях природ­ного характера («магнитные бури») влияет, как правило, на субъективное самочувс­твие, сердечно-сосудистую, пищеварительную систему человека и ряд других орга­нов, особенно у пожилых, больных и так называемых «метеочувствительных» людей.

Воздействие на население ЭМП, создаваемого радиочастотным оружием, может выражаться в разрушении живых клеток, нарушении биологических и физиологичес­ких процессов в организме.

Опасность воздействия ЭМП на организм человека может увеличиваться в слу­чаях использования сложных режимов генерации ЭМП; воздействия ЭМП на больной организм; облучения организма в условиях развития эмбриона; сочетания воздейс­твия ЭМП и других неблагоприятных факторов внешней среды на человека.

При сравнении опасности облучения населения ионизирующими и неионизиру­ющими источниками излучения можно полагать, что воздействие ЭМП на организм человека в определенной степени является более опасным, чем воздействие иони­зирующего излучения, по причинам: недостаточной изученности механизма биологи­ческого воздействия ЭМП; постоянного воздействия ЭМП на большую часть населе­ния, особенно в городах; непрерывного роста уровня электромагнитного загрязнения в крупных населенных пунктах; недостаточной разработки мер по защите населения от ЭМП; отсутствия у населения достаточной информации об этом опасном явлении и бытовых приборов для систематического контроля электромагнитной обстановки в жилых и офисных помещениях.

Воздействие ЭМП на элементы окружающей среды. При рассмотрении воздейс­твия ЭМП на объекты окружающей среды речь может идти в основном о воздействии природных источников и источников военного характера.

ЭМИ природных источников при солнечных вспышках с выбросом «солнечного ветра» и магнитные бури в ионосфере в наибольшей степени воздействуют на объек­ты телекоммуникационной инфраструктуры. В частности, возможны перебои в спут­никовой связи, в различных видах радиосвязи, в работе сотовых телефонов. Магнит­ные поля, образующиеся при этом в атмосфере, создают на поверхности Земли токи, усиливаемые протяженными высоковольтными линиями электропроводов, которые могут выводить из строя трансформаторные подстанции и тем самым нарушать элек­троснабжение определенных районов (регионов).

ЭМИ источников военного характера, таких как микроволновое оружие, могут выводить из строя объекты «критических инфраструктур»: правительственную связь, телекоммуникации, системы энергоснабжения, водоснабжения, транспортные систе­мы, системы управления вооруженными силами и т. д. Большинство объектов этих систем хранят и передают информацию с использованием электромагнитных полей. При воздействии электромагнитного потока высокой интенсивности на технологичес­кие элементы этих объектов может произойти уничтожение такой информации на дан­ном объекте, либо нарушение системы связи между объектами. И в том, и в другом случае отдельные объекты и определенные «критические инфраструктуры» в целом не смогут нормально функционировать.

Из всех источников электромагнитного поля наибольшее постоянное негативное воздействие на население оказывают техногенные источники.