3.6.1 Электромагнитные поля радиочастот

Источниками ЭМП этого вида являются приборы, применяемые в промышленности для индукционного нагрева металлов и полупроводников, а также приборы диэлектрического нагрева, применяемые для сварки синтетических материалов, прессовки синтетических порошков. В пищевой промышленности ряд технологических процессов (сушка, термообработка, варка, экстракция, выпечка и др.) осуществляются в установках с применением сверхвысоких частот (СВЧ), позволяющим сократить длительность термической обработки. Свойства электромагнитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используются в таких областях, как радиосвязь, телевидение, радиолокация, дефектоскопия. Поэтому телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот. В быту источниками ЭМП являются все работающие электроприборы: печи СВЧ, телевизоры, холодильники, компьютеры и др.

ЭМП характеризуются следующими величинами: частотой f (Гц), длиной волны  (м), напряжённостью электрического поля Е (В/м), напряжённостью магнитного поля Н (А/м), плотностью потока энергии (интенсивностью излучения) I (Вт/м²).

Плотность потока энергии определяют вектором Умнова-Пойтинга:

(56)

При распространении в воздухе или вакууме Е = 377 Н. В зависимости от величин длин волн и частоты электромагнитные излучения делят на ряд диапазонов (табл. 11)

Таблица 11 Спектр электромагнитного излучения радиодиапазона

В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

Зона индукции имеет радиус, равный R =  / 2, где  - длина волны электромагнитного излучения.

В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряжённость электрического и магнитного полей.

Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле:

(57)

В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряжённость электрического, магнитного поля, а также плотность потока энергии.

Дальняя зона характеризуется тем, что эта зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействует только энергетическая составляющая ЭМП – плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создаёт вокруг себя зону энергетического воздействия – дальнюю зону, имеющую радиус .

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических параметров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения – непрерывный или прерывистый, а также от продолжительности воздействия на организм человека и комбинированного действия с другими производственными факторами (повышенная температура, наличие рентгеновского излучения, шума и др.), которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭМП.

Организм человека, находящегося в электромагнитном поле, поглощает его энергию, и в тканях возникают высокочастотные токи с образованием теплового эффекта. Под тепловым эффектом подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных его частей при общем или локальном облучении. Тепловой эффект тем выше, чем выше напряжённость электромагнитного поля и время его воздействия. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность всегда возрастает. Биологическая опасность облучения (СВЧ-полей) оценивается величиной поглощенной телом энергии W, Вт:

W = I  S_ЭФ , (58)

где S_ЭФ – эффективная поглощающая поверхность тела человека, м².

Последствиями таких воздействий могут быть повышенная утомляемость, появление сердечных болей, нарушение функционирования иммунной, репродуктивной, центральной нервной и эндокринной систем, риск развития злокачественных опухолей (особенно головного мозга и молочной железы), лейкозов, катаракты, ломкости ногтей и выпадения волос.

Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот. Санитарные правила СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» устанавливают гигиенические критерии (ПДУ) воздействия на человека электромагнитных полей в диапазоне радиочастот 10 кГц – 300 ГГц (от 10 кГц до 30 кГц и от 30 кГц до 300 ГГц). Оценка и нормирование ЭМП в диапазоне частот от 10 до 30 кГц осуществляется раздельно по напряженности электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, А/м) полей в зависимости от времени воздействия. ПДУ напряженности электрического и магнитного поля при воздействии на человека в течение всей смены не должен превышать 500 В/м и 50 А/м соответственно, а при продолжительности их воздействия до 2-х часов за смену – 1000 В/м и 100 А/м.

Оценка и нормирование ЭМП диапазона частот от 30 кГц до 300 ГГц осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ). Оценка по этому показателю применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ (кроме лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров по данному фактору и получения положительного заключения по результатам медицинского осмотра.

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц определяется по формулам:

ЭЭ_Е = Е² Т, (В/м)²  ч, (59)

ЭЭ_Н = Н²  Т, (А/м)²  ч, (60)

где Е – напряженность электрического поля, В/м; Н – напряженность магнитного поля, А/м, плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м², мкВт/см²); Т – время воздействия за смену (час).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц рассчитывается по формуле

ЭЭ_ППЭ = ППЭ  Т, (Вт/м²) ч, (мкВт/см²)  ч (61)

ПДУ энергетических экспозиций (ЭЭ_ПДУ) на рабочих местах за смену не должны превышать значений, указанных в табл. 12.

Таблица 12 ПДУ энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц

Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП не должны превышать значений, представленных в табл. 13.

Таблица 13 Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц

* для условий локального облучения кистей рук.

Предельно допустимый уровень плотности потока энергии (ППЭ_ПДУ) для случаев облучения от устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающиеся и сканирующие антенны с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц) и локального облучения рук при работах с микрополосковыми устройствами определяется по выражению

ППЭ_ПДУ = К  ЭЭ_ПДУ / Т, (62)

где К – коэффициент снижения биологической активности воздействия;

К = 10 – для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн;

К = 12,5 – для случаев локального облучения кистей рук (при этом уровни воздействия на другие части тела не должны превышать 10 мкВт/см²).

Измерения ЭМП при рабочей позе «стоя» проводят на высоте 0,5; 1,0; 1,7м и 0,5; 0,8 и 1,4 м при рабочей позе «сидя» от опорной поверхности с определением максимального значения Е и Н или ППЭ для каждого рабочего места. В случае локального облучения рук интенсивность ЭМП дополнительно оценивают на уровне кистей и середины предплечья. В диапазоне частот 30 кГц – 3МГц и 330 – 50 МГц учитываются ЭЭ, создаваемые как электрическим (ЭЭ_Е), так и магнитным полями (ЭЭ_Н)

ЭЭ_Е / ЭЭ_ЕПДУ + ЭЭ_Н / ЭЭ_НПДУ  1 (63)

При облучении работающего от нескольких источников ЭМП радиочастотного диапазона, для которых установлены единые ПДУ, ЭЭ за рабочий день определяется путем суммирования ЭЭ, создаваемых каждым источником. При облучении от нескольких источников ЭМП, работающих в частотных диапазонах, для которых установлены разные ПДУ должны соблюдаться условия

ЭЭ_Е1 / ЭЭ_ЕПДУ1 + ЭЭ_Е2 / ЭЭ_ЕПДУ2 + … + ЭЭ_Еn / ЭЭ_ЕПДУn  1 (64)

ЭЭ_Е1 / ЭЭ_ЕПДУ + ЭЭ_ППЭ / ЭЭ_ППЭПДУ  1 (65)

При одновременном или последовательном облучении персонала от источников, работающих в непрерывном режиме, и от антенн, излучающих в режиме кругового обзора и сканирования, суммарная ЭЭ рассчитывается по формуле

ЭЭ_{ППЭ сум.} = ЭЭ_ППЭи + ЭЭ_ППЭпр , (66)

Где ЭЭ_{ППЭ сум} – суммарная ЭЭ, которая не должна превышать 200 мкВт/см²  ч; ЭЭ_ППЭи – ЭЭ, создаваемая непрерывным излучением; ЭЭ_ППЭпр – ЭЭ, создаваемая прерывистым излучением вращающихся или сканирующих антенн, равная 0,1 ППЭ _пр  Т_пр.

Защита от ЭМИ осуществляется следующими способами и средствами: использованием согласованных нагрузок и поглотителей мощности, снижающих напряжённость и плотность потока энергии; экранированием рабочего места и источника излучения отражающими и поглощающими экранами или увеличением расстояния от рабочего места до источника излучения; подбором рациональных режимов работы оборудования и режима труда персонала; применением спецодежды.

Снижение напряжённости электромагнитного поля в рабочей зоне достигается также и за счёт правильного размещения рабочего места.

Интенсивность электромагнитных полей измеряют приборами типов ИЭМП (ИЭМП-50, ИЭМП-1, ИЭМП-2) и ПЗ (ПЗ-1М, ПЗ-15, ПЗ-16 и др.), а плотность потока энергии – приборами ПЗ-9, ПЗ-13, МЗ-1, МЗ-2, ГК-4-14, ГКЧ-3А. Превышение излучений над допустимым определяют с помощью индикатора СВЧ-колебаний П2-2.