3.4. Электромагнитные поля и излучения

Общие сведения. Негативное воздействие на человека и биологические объекты оказывают электромагнитные излучения (ЭМИ). Спектр электромагнитных колебаний по частоте охватывает широкий диапазон частот от 3·10^-3 до 10²¹ Гц и длин волн 10⁷ – 10^-9 м и меньше. Он включает в себя электромагнитные излучения радиочастот, видимую область, инфракрасное, ультрафиолетовое а также ионизирующие, рентгеновское излучение, γ-излучение, космические лучи. Диапазон частот от низких (НЧ) до сверхвысоких (СВЧ).

Естественные источники ЭМИ – атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца, а искусственные – линии электропередач, радиолокационные, радио- и телевизионные станции, различные генераторы, трансформаторы, индукторы, нагревательные приборы, электрические щиты, лифты, электрическая бытовая техника, компьютеры и др.

Электромагнитная волна от источника, распространяясь в неограниченном пространстве со скоростью света, создает переменное электромагнитное поле (ЭМП), которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии.

Электромагнитное поле представляет совокупность как переменного электрического, так и неразрывно с ним связанного магнитного поля. Количественной характеристикой электрического поля служит напряженность электрического поля Е, В/м, (вольт на метр), а магнитного – напряженность магнитного поля Н, А/м (ампер на метр) и магнитная индукция В, Тл (тесла). Величины Е и Н – векторные, их колебания происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.

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

Ближняя зона – зона индукции, в которой еще не сформировалась бегущая электромагнитная волна, поэтому электрическое и магнитное поля следуют считать независимыми друг от друга, а на человека действует напряженность электрического и магнитного полей.

Дальняя зона – зона излучения, которая характеризуется бегущей электромагнитной волной. В этой зоне на человека воздействует энергетическая составляющая ЭМП – плотность потока энергии J, Вт/м².

Промежуточная зона – зона интерференции, в которой на человека действует напряженность электрического, магнитного полей и плотность потока энергии.

Электрическое и магнитное поля в зоне индукции имеет место при работе с источниками низко-, высоко-, ультравысокочастотных излучений.

Работающие с высокочастотной аппаратурой находятся в волновой зоне – дальняя зона.

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений составляют радиоволны частотой от 3 Гц до 3000 ГГц. Радиоволны имеют уникальную способность распространяться на далекие расстояния. По этой же причине неприемлемо и экранирование излучений и замена токсичного фактора на другой, менее токсичный.

Неизбежность воздействия ЭМИ на население и окружающую живую природу стала данью современному техническому прогрессу и все более широкому применению телевидения и радиовещания, радиосвязи и радиолокации, использованию СВЧ-излучающих приборов и технологий и т.п. По данным Госсанэпиднадзора РФ, фоновая интенсивность ЭМИ радиочастотного диапазона возросла на 5 порядков и продолжает возрастать с каждым годом. Поэтому проблема электромагнитной безопасности становится одной из самых насущных экологических проблем в мире.

Большинство населения фактически живет в весьма сложном электромагнитном поле, интенсивность которого в миллионы раз превосходит уровень естественного магнитного поля и резко отличается по своим характеристикам от полей естественного происхождения. В последние годы появились термины: «магнитная паутина», «электромагнитный смог», а Всемирной организацией здравоохранения введен термин «электромагнитное загрязнение среды».

Действие электромагнитных полей на организм человека. С учетом радиофизических характеристик условно выделяют пять диапазонов частот: от единиц до нескольких тысяч Гц, от нескольких тысяч до 30 МГц, от 30 МГц до 10 ГГц, от 10 до 200 ГГц и от 200 до 3 000 ГГц.

Действующим началом колебаний диапазона от единиц до нескольких тысяч Гц являются протекающие через тело как хороший проводник токи соответствующей частоты. Для диапазона от нескольких тысяч до 30 МГц характерно быстрое убывание с уменьшением частоты поглощения энергии, а следовательно, и поглощенной мощности. Особенность диапазона от 30 МГц до 10ГГц – «резонансное» поглощение. У человека такой характер поглощения возникает при действии ЭМИ с частотой, близкой к 70 МГц. Для диапазонов от 10 до 200 ГГц и от 200

до 3 000 ГГц характерно максимальное поглощение энергии поверхностными тканями, преимущественно кожей.

В целом по всему спектру поглощение энергии ЭМИ телом человека зависит от частоты колебаний, электрических и масштабных свойств среды. В зависимости от частоты ЭМИ ткани организма человека проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводник или как диэлектрик. При одинаковых значениях напряженности поля коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения электромагнитных волн возрастает, а различие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникновению макро- и микротепловых эффектов со значительным перепадом температур.

В зависимости от места и условий воздействия ЭМИ различают четыре вида облучения: профессиональное и непрофессиональное, облучение в быту, а также облучение, осуществляемое в лечебных целях. По характеру облучения – воздействие бывает общим и местным.

В связи с этим значительно различаются и требования к нормированию различных диапазонов электромагнитного излучения.

Длительное воздействие электромагнитных полей промышленной частоты 50 Гц приводит к расстройствам в головном мозге и центральной нервной системе. В электрическом поле (ЭП) атомы и молекулы поляризуются. Полярные молекулы ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля, что изменяет ориентацию клеток или цепей молекул, ослабляя биохимическую активность белковых молекул. В результате у человека появляются: головная боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы (ССС), органов пищеварения и дыхания, повышенная раздражительность, функциональные нарушения в ЦНС, а также изменения в составе крови.

Воздействие магнитного поля (МП) частотой 50 Гц на человека проявляется в индуцировании в теле человека вихревых токов. Основной параметр МП – плотность вихревых потоков. Оценка воздействия МП на человека производится на основании интенсивности и времени воздействия. При длительном систематическом воздействии могут возникнуть изменения функционального состояния нервной, иммунной и сердечно-сосудистой систем. Длительное воздействие ЭМП промышленной частоты может спровоцировать онкологические заболевания.

Предельно допустимые значения напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты в зависимости от времени пребывания в нем устанавливаются ГОСТом12.1.002–84, СанПиН 2.2.4.723–98, ГН 5803–91. Согласно этим нормативным документам пребывание в ЭП промышленной частоты напряженностью до 5 кВ/м допускается в течение всего рабочего дня. Предельно допустимое значение напряженности ЭП устанавливается равным 25 кВ/м.

В качестве предельно допустимых значений напряженности ЭП, создаваемых воздушными линиями электропередач, в условиях населенных мест согласно СН 2971–84 установлены следующие значения:

– внутри жилых зданий 0,5 кВ/м;

– на территории жилой застройки 1 кВ/м;

– в населенной местности, вне жилой зоны (пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа и т.п.) 5 кВ/м;

– на участках пересечения воздушных линий с автомобильными дорогами I – IV категорий 10 кВ/м;

– вне населенной местности 15 кВ/м;

– в труднодоступной местности и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения 20 кВ/м.

Предельно допустимый уровень напряженности МП на рабочем месте в течение 8 часов при общем воздействии не должен превышать

80 А/м, а при локальном – 800 А/м. Напряженность МП линий электропередач напряжением до 750 кВ обычно не превышает 2025 А/м.

Воздействие электростатического поля (ЭСП) на человека связано с протеканием через него слабого тока и не вызывает электротравм. Однако вследствие рефлекторной реакции на раздражение рецепторов кожи человека может произойти отстранение от заряженного тела, приводящее к механической травме от удара о рядом расположенные элементы конструкций, падению с высоты и испугу с возможной потерей сознания.

К ЭСП наиболее чувствительны ЦНС, ССС, анализаторы, что проявляется жалобами на раздражительность, головную боль, нарушение сна. Длительное пребывание человека в условиях, когда напряженность ЭСП имеет величину более 1 кВ/м, вызывает нервно-эмоциональное напряжение, утомление, снижение работоспособности и адаптационных резервов организма, нарушение суточного биоритма. Такие условия возникают в помещениях, где напольное покрытие или сам пол заряжается положительным статическим электричеством (СЭ), где имеются активные источники ионизации (устройства ксерокопирования, старые телевизоры). Положительно заряженные поверхности в помещении притягивают к себе легкие отрицательные ионы (свежий воздух) и в комнате становится душно. Такими поверхностями в помещении могут быть экраны включенных дисплеев, телевизоров, мебель, ковровые изделия, занавеси и оконные шторы, электризуемые слабым движением воздуха при условии низкой до 30 % влажности. Повышенная (более 60 %) влажность и наличие пыли в помещении тоже нейтрализуют отрицательные ионы. Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются по ГОСТу 12.1.045–85 в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах.

Предельно допустимое значение напряженности ЭСП берется 60 кВ/м в течение 1 часа. При напряженности ЭСП менее 20 кВ/м время пребывания в поле не регламентируется.

Электромагнитные поля радиочастот большой интенсивности вызывают в организме человека тепловой эффект, который может выразиться в нагреве тела, либо отдельных его тканей или органов. Воздействие электромагнитного поля особенно вредно для органов и тканей, недостаточно хорошо снабженных кровеносными сосудами (глаза, мозг, почки, желудок, мочевой и желчный пузырь). Наиболее чувствительны к воздействию радиоволн ЦНС и ССС. У человека возникают головная боль, повышенная утомляемость, изменение артериального давления, нервно-психические расстройства; могут наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей, снижение веса. При воздействии СВЧ излучений возможно развитие катаракты, изменений в крови, костном мозге и эндокринной системе.

Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона проводится по ГОСТу 12.1.006–84 и СанПиН 2.2.4/2.1.8.055–96. В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающей энергетическую нагрузку.

В диапазоне частот от 60 кГц до 300 МГц интенсивность ЭМИ выражается предельно допустимой напряженностью электрического и магнитного полей и имеет соответственно значения 500 В/м и 50 А/м, а допустимая энергетическая нагрузка электрического и магнитного полей равна соответственно 20000 В²·ч/м² и 200 А²·ч/м².

В диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц интенсивность ЭМИ выражается предельно допустимой величиной плотности потока энергии, не превышающей максимального значения 10 Вт/м², а при локальном облучении кистей рук – 50 Вт/м². Предельно допустимая энергетическая нагрузка не должна превышать 2 В²  ч/м².

Инфракрасное излучение (ИК) – часть ЭМИ с длиной волны от 780 нм до 1000 мкм, энергия которого при поглощении веществом вызывает тепловой эффект. В зависимости от биологического действия ИК-излучения диапазон спектра подразделяют на три области: ИК-А (780 – 1400 нм), ИК–В (1400 – 3000 нм) и ИК–С (3000 нм – 1000 мкм). Коротковолновое ИК-излучение – обладает наибольшей энергией фотонов, способных проникать в ткани организма и интенсивно поглощаться водой тканей.

В результате воздействия ИК возможны ожоги, усиление пигментации кожи, а также помутнение роговицы и хрусталика. Коротко волновые ИК-излучения могут фокусироваться на сетчатке, вызывая ее повреждение. Возможны изменения в миокарде, водно-электролитном балансе в организме, верхних дыхательных путях.

Нормируется ИК-излучение по интенсивности допустимых суммарных потоков излучения в зависимости от длины волны, размера облучаемой площади, защитных свойств спецодежды и для продолжительности действия более 50 % смены в соответствии ГОСТом

12.1.005–88 и СанПиН 2.2.4.548–96.

Видимое (световое) излучение – диапазон электромагнитных колебаний от 780 до 400 нм. Этот вид излучения может представлять опасность для кожи и глаз при высоких уровнях энергии. Пульсация яркого света вызывает сужение полей зрения у человека, ухудшает зрение, оказывает влияние на ЦНС. Световой импульс большой энергии может привести к ожогам открытых участков тела.

Видимые и ИК-излучения могут приводить к истощению обменных процессов и развитию атеросклероза.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) – спектр ЭМИ с длиной волны от 200 до 400 нм. Выделяют три области УФИ: УФА – с длиной волны от 400 до 315 нм обладает сравнительно слабым биологическим действием; УФВ – с длиной волны от 315 до 280 нм способствует возникновению загара; УФС – с длиной волны от 280 до 200 нм действует на белки и жиры, обладает выраженным бактерицидным действием.

УФИ оказывает благотворное стимулирующее действие на организм, активизирует деятельность сердца, обмен веществ, улучшает кроветворение, усиливает окислительные процессы в организме, что способствует быстрому выведению ядов из организма.

УФИ от электросварочной дуги может вызывать элетроофтальмию – воспаление слизистых оболочек глаз. Длительное воздействие УФИ на кожу может привести к острому ее воспалению с покраснением, иногда отеком и образованием пузырей. Может подняться температура, появиться озноб и головная боль. Интенсивное воздействие УФИ приводит к старению кожи и может вызвать рак кожи.

Гигиеническое нормирование УФИ в производственных помещениях осуществляется по СН 4557–88, которые устанавливают допустимые плотности потока излучения в зависимости от длин волн при условии защиты органов зрения и кожи.

Допустимая интенсивность УФИ для рабочих при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м² (лицо, шея, кисти рук), общей продолжительностью воздействия 50% рабочей смены и длительностью однократного облучения свыше 5 минут и более не должно превышать 10 Вт/м² для области УФА и 0,01 Вт/м² для области УФВ. УФС при таких условиях не допускаются.

При использовании спецодежды и средств защиты лица и рук допустимая интенсивность суммарного облучения в области УФВ и УФС не должна превышать 1 Вт/м².