Воздействие на человека электромагнитных полей

К электромагнитным полям и излучениям относят: постоянные магнитные поля (ПМП), постоянные электростатические поля (ПЭСП), электрические поля (ЭП) токов промышленной частоты, электромагнитные поля (ЭМП) радиочастот, видимый свет, лазерное, УФ и ИК излучения, ионизирующие электромагнитные излучения.

ЭМП (электромагнитное поле) создаваемое источниками, характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля преобразуется в другие виды энергии.

Основными параметрами электромагнитных колебаний являются: длина волны, частота колебаний, скорость распространения. Переменное ЭМП является совокупностью 2-х взаимосвязанных переменных полей – электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами электрической напряженности Е (В/м) и магнитной напряженности Н (А/м).

При распространении электромагнитной волны в проводящей среде векторы Е и Н связаны соотношением:

Е =

где w - круговая частота электромагнитных колебаний; m - магнитная проницаемость того вещества; n - удельная электропроводимость вещества экрана; k = - коэффициент затухания; z – глубина проникновения ЭМП в экран.

Длина волны l(м) связана с частотой f(Гц) соотношением волн: l f = u, где u - скорость распространения ЭМ волн. u = с /

где с – скорость света, m и x - магнитная и диэлектрическая проницаемость среды. Для воздуха u = с.

ЭМП несет энергию, определяемую плотностью (Вт/м²) потока мощности (энергии) I=`Е`Н, которая показывает, какое количество энергии протекает за 1с сквозь площадку в 1м², расположенную перпендикулярно движению волны.

При излучении сферических волн плотность потока энергии может быть выражена через мощность, подводимую к излучателю Рист:

I = Рист / (4pr²) =`Е`Н = Е² / 377,

откуда Е = / r, где r – расстояние до источника излучения.

Область распространения ЭМ волн от источника излучения условно разделяют на три зоны:

- ближнюю (зону индукции) – имеет радиус, равный 1/6 длины волны, от излучателя (R £ l / 6), бегущая волна не сформировалась, электрические и магнитные поля следует считать независимыми друг от друга, поэтому эту зону можно характеризовать и Е и Н напряженностями;

- промежуточную (зону интерференции);

- дальнюю (волновую), дальняя зона начинается с расстояния от излучателя, равного примерно 6 длинам волн (R>l / 2p» l / 6), характеризуется бегущей эм. волной;

Образующиеся в производстве ЭМП различают по длине волны (миллиметровые, сантиметровые, дециметровые, метровые), по частоте колебаний (герцы, килогерцы, мегагерцы); чем короче длина волны, тем больше частота колебаний и наоборот.

Средние и длинные волны ВЧ – для индукционной термообработки металла, в радиосвязи, радиовещании;

Источники ЭМП (ВЧ и УВЧ) – индукторы, ВЧ – трансформаторы, конденсаторы, антенные коммутаторы

Короткие волны ВЧ и УВЧ – в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине;

СВЧ – радиолокации, радиоастрономия, радиоспектроскопии, физиотерапии, обработке пищевых продуктов.

Источники СВЧ – антенные системы, линии передач энергии, генераторы, отдельные СВЧ-блоки.

Технологические процессы (сушка, термообработка, варка, экстракция, выпечка и др.) осуществляются в СВЧ – установках. Это позволяет сократить продолжительность процесса, стимулирует создание безотходных или малоотходных процессов, улучшает качество и сохранность продуктов. Существенно улучшаются условия труда. Но это выдвинуло и проблемы, в частности, по защите работающих от электромагнитных излучений, создаваемых установками высокой и сверхвысокой частот.

Интенсивность ЭМП на рабочих местах оценивается напряженностью составляющих: в вольтах на метр для электрической составляющей и в амперах на метр для магнитной составляющей.

Предельно допустимая напряженность ЭМП в диапазоне 60 кГц – 300 МГц не должна превышать на рабочих местах в течение рабочего дня по электрической составляющей Е (В/м):

50 – для частот 60 кГц - 3МГц;

20 – для частот 3 – 30 МГц;

10 - 30 – 50 МГц;

5 - 50 – 300 МГц;

по магнитной составляющей Н (А/м):

5 – для частот 60кГц – 1,5МГц;

0,3 – для частот 30 – 50МГц.

Предельно допустимая напряженность ЭМП в диапазоне 60 кГц – 300 МГц не должна превышать на рабочих местах в течение рабочего дня по электрической составляющей Е (В/м):

50 – для частот 60 кГц - 3МГц;

20 – для частот 3 – 30 МГц;

10 – для частот 30 – 50 МГц;

5 - для частот 50 – 300 МГц;

по магнитной составляющей Н (А/м):

5 – для частот 60кГц – 1,5МГц;

0,3 – для частот 30 – 50МГц.

Интенсивность облучения в СВЧ диапазоне оценивается по энергии (мощности), переносимой волной в направлении своего распространения. Эта энергия оценивается по величине плотности потока мощности и выражается в микроваттах, милливаттах, ваттах на квадратный сантиметр (или метр) т.е. Вт/м².

Действие ЭМП на человека связано с их тепловым и аритмическим эффектом. Влияние на организм человека ЭМП радиочастот большой интенсивности связано с частичным поглощением их энергии тканями тела, что вызывает тепловой эффект. Это может привести к повышению температуры телу и местному избирательному нагреву тканей, органов вследствие перехода электромагнитной энергии в тепловую.

Под воздействием высокочастотных ЭМП ионы тканей приходят в движение; в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся поглощением энергии полей. При этом усиливается кровоток в органах, что предохраняет их от чрезмерного местного перегрева тканей. Части тела с недостаточно развитой сетью кровоснабжения более чувствительны к такому локальному перегреву. Если механизм саморегуляции тела неспособен рассеять избыточное тепло, возможно повышение температуры тела. Некоторые органы и ткани человека более чувствительны к облучению(мозг, глаза, почки, кишечник).

Проводимость тканей пропорциональна содержанию в них тканевой жидкости; наибольшую проводимость имеют кровь и мышцы, а наименьшую – жировые ткани. Толщина жирового слоя в облучаемом участке оказывает влияние на степень отражения волн от поверхности тела человека.

Головной и спинной мозг имеют незначительный жировой слой,. А глаза совершенно его не имеют, поэтому эти органы подвергаются наибольшему воздействию.

Систематическое и длительное воздействие на работающих ЭМП различных частот с интенсивностью, превышающей ПДУ, может привести к некоторым функциональным изменениям в организме: помутнение хрусталика глаза, изменение состава крови, замедление сокращений сердца и т.д.

Степень воздействия на человека ЭМП зависит от интенсивности облучения, его длительности, частоты колебаний, расстояния от источника образования поля, размера облучаемой поверхности тела и от индивидуальной чувствительности организма человека.

Работа в условиях влияния ЭМП противопоказана лицам, страдающим гипертонической болезнью, стенокардией, гипотонией, органическими заболеваниями центральной нервной системы, катарактой.

Воздействие ЭМП вызывает ряд тормозных процессов центральной нервной системы (головные боли, вялость), изменение в функционировании сердечно-сосудистой системы (учащение пульса, повышение температуры, изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов и уменьшения эритроцитов).

Биологическая активность ЭМП увеличивается с увеличением частоты колебаний и является наибольшей в области СВЧ.

Функциональные нарушения, вызванные биологическим действием СВЧ полей, способны накапливаться в организме, но обратимы, если исключить влияние излучения.

Воздействие СВЧ полей на человека зависит от напряженности электрического и магнитного полей, потока энергии, частоты колебаний, размера облучаемой поверхности тела, длительности облучения и индивидуальных особенностей организма.

Степень воздействия СВЧ поля на человека зависит от содержания в облучаемых тканях кровеносных сосудов. Поглощаемая тканями энергия ЭМП превращается в теплоту, избытки которой первоначально отводятся механизмом терморегуляции организма человека. Но, начиная с величины при токе s ³ 10М Вт/см² тот механизм не справляется с отводом теплоты и температура тела в течение 15 – 20 мин может повыситься на 1-2°С. После этого она начинает падать за счет резкого увеличения потока крови, отводящего теплоту. Поэтому более уязвимыми к СВЧ облучению являются ткани, не содержащие кровеносных сосудов. В этом случае отвод теплоты отсутствует.