Применение электромагнитных полей и излучений

Основными источниками электромагнитных полей радио­частот являются радиотехнические объекты, телевизионные и радиолокационные станции, термические цехи и участ­ки (в зонах, примыкающих к предприятиям). Электромаг­нитные поля промышленной частоты чаще всего связаны с высоковольтными линиями электропередач, источниками магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях.

Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками кото­рых могут быть РТО и РЛС, имеют размеры до 100—150 м. При этом внутри зданий, расположенных в этих зонах, плот­ность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.

Значительную опасность представляют магнитные поля, возникающие в зонах, прилегающих к электрифицирован­ным железным дорогам. Магнитные поля высокой интен­сивности обнаруживаются даже в зданиях, расположенных в непосредственной близости от этих зон.

В быту источниками ЭМП и излучений являются теле­визоры, дисплеи, печи СВЧ и другие устройства. Электро­статические поля в условиях пониженной влажности (менее 70%) создают паласы, накидки, занавески и т.д. Микровол­новые печи в промышленном исполнении не представляют опасности, однако неисправность их защитных экранов может существенно повысить утечки электромагнитного излучения. Экраны телевизоров и дисплеев как источники электромаг­нитного излучения в быту не опасны даже при длительном воздействии на человека, если расстояние от экрана превы­шают 30 см.

Электростатическое поле полностью характеризуется напряженностью электрического поля Е (В/м).

Постоянное магнитное поле характеризуется напряжен­ностью магнитного поля Н (А/м), при этом в воздухе 1 А/м ≈1,25 мкТл (Тл — тесла — единица магнитной индукции).

Электромагнитное поле характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распростра­няться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи. Оно является совокупностью двух взаимо­связанных переменных полей — электрического и магнит­ного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Н (А/м).

В зависимости от взаимного расположения источника электромагнитного излучения и места пребывания человека необходимо различать ближнюю зону (зону индукции), про­межуточную зону и дальнюю зону (волновую зону) или зону излучения. При излучении от источников (рис. 5.11) ближняя зона простирается на расстояние λ /2π, т. е. приблизительно на 1/6 длины волны. Дальняя зона начинается с расстояний λ · 2π, т.е. с расстояний, равных приблизительно шести длинам волны. Между этими двумя зонами располагается про­межуточная зона.

В зоне индукции, в которой еще не сформировалась бегу­щая электромагнитная волна, электрическое и магнитное поля следует считать независимыми друг от друга, поэтому эту зону можно характеризовать электрической и магнитной состав­ляющими электромагнитного поля. Соотношение между ними в этой зоне может быть самым различным. Для промежуточ­ной зоны характерно наличие как поля индукции, так и рас­пространяющейся электромагнитной волны. Для волновой зоны (зоны излучения) характерно наличие сформированного ЭМП, распространяющегося в виде бегущей электромагнит­ной волны. В этой зоне электрическая и магнитная составляю­щие изменяются синфазно и между их средними значениями за период существует постоянное соотношение Е= р^вH, где р_в — волновое сопротивление, Ом (р_в = здесь — электрическая постоянная; - магнитная проницаемость среды).

Колебания векторов Е и Н происходят во взаимно пер­пендикулярных плоскостях. В волновой зоне воздействие ЭМП на человека определяется плотностью потока энергии, переносимой электромагнитной волной. При распространении электромагнитной волны в проводящей среде векторы ЕиНсвязаны соотношением:

где — круговая частота электромагнитных колебаний, Гц; v — удельная электропроводность вещества экрана; z — глубина проникновения электромагнитного поля в экран; - коэффициент затухания.

При распространении ЭМП в вакууме или в воздухе, где р_в = 377 Ом, Е=377 Я, электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью потока энергии I= ЕН (Вт/м²), которая показывает, какое количество энергии протекает за 1 с сквозь площадку в 1 м², расположенную перпендику­лярно движению волны.

При излучении сферических волн плотность потока энер­гии в волновой зоне может быть выражена через мощность Р_ист подводимую к излучателю,

откуда напряженность электрического поля (В/м) равна

где R — расстояние до источника излучения.

Воздействие электромагнитных полей на человека зави­сит от напряженностей электрического и магнитного полей, потока энергии, частоты колебаний, наличия сопутствующих факторов, режима облучения, размера облучаемой поверхно­сти тела и индивидуальных особенностей организма. Уста­новлено также, что относительная биологическая активность импульсных излучений выше непрерывных. Опасность воз­действия усугубляется тем, что оно не обнаруживается орга­нами чувств человека.

Воздействие ЭСП на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). При этом элек­тротравм никогда не наблюдается. Однако вследствие реф­лекторной реакции на электрический ток (резкое отстранение от заряженного тела) возможна механическая травма при ударе о рядом расположенные элементы конструкций, паде­нии с высоты и т.д. Исследование биологических эффектов показало, что наиболее чувствительны к электростатическому полю центральная нервная система, сердечнососудистая система, анализаторы. Люди, работающие в зоне воздейст­вия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна и др.

Воздействие МП может быть постоянным от искусствен­ных магнитных материалов и импульсными. Действие маг­нитных полей может быть непрерывным и прерывистым. Степень воздействия МП на работающих зависит от макси­мальной напряженности его в пространстве магнитного уст­ройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения по отноше­нию к МП и режима труда. При действии переменного магнит­ного поля наблюдаются характерные зрительные ощущения, которые исчезают в момент прекращения воздействия. При постоянной работе в условиях хронического воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, наблюдаются нарушения функций ЦНС, сердечнососудистой и дыхатель­ной систем, пищеварительного тракта, изменения в крови. Длительное действие приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височ­ной и затылочной областях, вялость, расстройство сна, сниже­ние памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца.

При постоянном воздействии ЭМП промышленной час­тоты наблюдаются нарушения ритма и замедление частоты сердечных сокращений. У работающих в зоне ЭМП промыш­ленной частоты могут происходить функциональные наруше­ния ЦНС и сердечнососудистой системы, а также изменения в составе крови.

При воздействие ЭМП радиочастотного диапазона атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризу­ются. Полярные молекулы (например, воды) ориентиру­ются по направлению распространения электромагнитного поля; в электролитах, которыми являются жидкие состав­ляющие тканей, крови и т.п., после воздействия внешнего поля появляются ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей человека как за счет перемен­ной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т.д.), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнит­ного поля. Чем больше напряженность поля и время его воз­действия, тем сильнее проявляются указанные эффекты. Избыточная теплота отводится до известного предела путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции. Однако, начиная с величины I= 10 мВт/см², называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты, и температура тела повышается, что приносит вред здоровью.

Наиболее интенсивно электромагнитные поля воздей­ствуют на органы с большим содержанием воды. При оди­наковых значениях напряженности поля коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким ее содержанием. С уве­личением длины волны глубина проникновения электромаг­нитных волн возрастает; различие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникно­вению макро- и микротепловых эффектов со значительным перепадом температур.

Перегрев особенно вреден для тканей со слаборазви­той сосудистой системой или с недостаточным кровообра­щением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), которое обнаруживается не сразу, а через несколько дней или недель после облучения. Разви­тие катаракты является одним из немногих специфических поражений, вызываемых электромагнитными излучениями радиочастот в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц при плотности потока энергии свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воздействии ЭМП возможны ожоги роговицы.

При длительном действии ЭМП различных диапазонов длин волн умеренной интенсивности (выше ПДУ) харак­терным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и изменениями состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повыситься или понизиться давление, снизиться частота пульса, измениться проводимость в сердечной мышце, произойти нервно-пси­хические расстройства, быстро развиться утомление. Воз­можны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обрати­мый характер, при продолжающемся воздействии ЭМП про­исходит стойкое снижение работоспособности. В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая биологи­ческая активность микроволнового (СВЧ) поля. Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечнососудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением арте­риального давления.