Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона

Источниками излучения электромагнитной энергии (ЭМЭ) являются различные установки, начиная от мощных радиовещательных станций, промышленных установок высокочастотной электротермии и кончая неограниченным количеством измерительных приборов различного назначения. Источниками излучения могут быть также любые элементы, включенные в высокочастотную сеть. В установках индукционного нагрева источниками излучения являются индукторы, ВЧ трансформаторы, конденсаторы, линии передачи, в установках диэлектрического нагрева – рабочие конденсаторы и фильтры, в радиоаппаратуре – блоки передатчиков, устройства сложения мощностей, антенные системы, фидеры и т.д. Диапазон ЭМЭ радиочастот очень широк. Различают высокочастотные радиоволны ВЧ частотой f =10⁶ – 10⁷ Гц с длиной волны l = 100 – 10 м; ультравысокочастотные УВЧ f =10⁸ – 10⁹ Гц и l = 100 – 10 см; сверхвысокочастотные СВЧ f =10⁹ – 10¹⁰ Гц и l = 100 – 1 см; сверхкрайневысокочастотные СКВЧ f =10¹¹ – 10¹² Гц, l = 1 – 0,1мм.

Человек может оказаться в опасной зоне индукции и излучения в зависимости от частоты электромагнитного излучения, параметров и типов излучающих систем и расстояния от источника излучения. При изотропном источнике излучения ближняя зона простирается на расстояние

l £ l/2p, а дальняя - l >> l. При направленных излучениях границы ближних зон , а дальних - , где Д- диаметр излучателя. В зоне индукции амплитуда электрической составляющей электромагнитного излучения убывает обратно пропорционально кубу расстояния от источника, а магнитной составляющей – обратно пропорционально квадрату расстояния. В зоне излучения амплитуда обеих составляющих электромагнитного излучения убывает обратно пропорционально первой степени расстояния от источника. На характер распределения ЭМЭ оказывает влияние оборудование, приборы и металлические конструкции зданий, которые создают электромагнитное вторичное излучение. Деформация поля происходит также за счет присутствия людей и наличия диэлектриков.

Различают термическое и морфологическое воздействие полей и излучений, а также функциональные изменения в организме. Первичным проявлением действия ЭМЭ на организм человека является нагрев тканей и органов, который приводит к изменениям и даже повреждением их. Этот нагрев является функцией интенсивности и частоты поля или излучения и длительности облучения, оценить опасность которой возможно, определив поглощенную телом энергию, Вт

W=s*S,

где s - плотность потока мощности, Вт/м²

S – эффективная поглощенная поверхность тела.

Тепловое воздействие характеризуется общим повышением температуры тела, подобным лихорадочному состоянию, либо локализованным нагревом тканей. При общем облучении повышение температуры тела более чем на 1°С не допустимо из-за возможных необратимых изменений. Нагрев особо опасен для органов со слабой терморегуляцией, которые имеют небольшое количество кровеносных сосудов или слабое кровообращение (мозг, глаза, почки, желудок, семенники и т.п.).

Нетепловое воздействие (морфологическое) заключается в поляризации макромолекул тканей, что может приводить к изменению их свойств.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей вызывает обратимые и необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, замедление сокращений сердца, изменение кровяного давления, изменение состава крови, помутнение хрусталика глаза.

Субъективные критерии отрицательного воздействия электромагнитных полей – головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, одышка, сонливость, повышение температуры тела, ухудшение зрения.

Для предупреждения заболеваний установлены предельно допустимые значения напряженности и плотности потока энергии на рабочем месте персонала и для населения. Известно, что поле распространяясь в пространстве, переносит определенное количество энергии, характеризуемое ее объемной плотностью, Дж/м²: где Е и Н напряженности электрического и магнитного полей, В/м и А/м соответственно; g - диэлектрическая постоянная среды, Ф/м; m - магнитная проницаемость среды, Гн/м.

По результатам исследований воздействия электромагнитных полей установлена количественная связь взаимодействия напряженности или плотности потока мощности с длительностью облучения.

Для ВЧ установок с частотой до 3*10⁷ Гц рабочие места оказываются, как правило, в зоне индукции, поэтому допустимые уровни облучения нормированы величинами напряженности электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля.

Напряженность электрического поля в местах нахождения людей не должна превышать 20 В/м, а магнитного – 5 А/м.

Для диапазона частот до 3*10¹² Гц нормируются предельно допустимые величины плотности потока энергии (ППЭ). Если обслуживающий персонал подвергается воздействию ЭМЭ и рентгеновского излучения или высокой температуры воздуха в рабочей зоне, то предельно допустимая ППЭ не должна превышать: 0,1 Вт/м² в течении рабочего дня, 1 Вт/м² в течении 2ч за рабочий день, в остальное рабочее время предельно допустимая ППЭ не должна превышать 0,1 Вт/м². При эксплуатации бытовых печей, используемых СВЧ энергию, ППЭ не должна превышать 0,1 Вт/м² при трех разовом ежедневном облучении на 40 мин и общей длительностью облучения не более 2ч в сутки.

Измерение интенсивности полей радиочастот осуществляют прибором ИЭМП-1, который служит для измерения напряженностей электрического и магнитного полей. С помощью прибора можно установить зону, в пределах которой напряженность поля выше допустимой.

Плотность потока мощности в диапазоне УВЧ – СВЧ измеряют преимущественно прибором ПО-1, дающим среднее значение во времени в зависимости от условий эксплуатации установок, рабочего диапазона частот, месторасположения оператора, эффективности защиты от электрических и магнитных полей и излучений и их комбинацию. Применяют следующие виды защиты: временем и расстоянием, уменьшением излучения непосредственно в самом источнике, выделением зон излучения, экранированием источника полей или излучения, а также рабочих мест, средства индивидуальной защиты, средства предупреждающей сигнализации.

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы, установленные при условии облучения в течение смены.

Защита расстоянием применяется в том случае, если невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том чисел и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этом случае увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом.

Плотность потока мощности излучения на рабочих местах определяется прямым и отраженным потоками, поэтому не рекомендуется размещать вблизи источников излучения отражающие поверхности. Вентиляционные устройства во избежание высокочастотного нагрева выполняют из неметалла(асбоцемент, гетинакс, текстолит).

Экранирование источников излучения используют для снижения интенсивности электромагнитного поля на рабочем месте или устранения опасных зон излучения, применяя различные виды экранов и поглотителей мощности. Основной характеристикой каждого экрана является степень ослабления электромагнитного поля, называемая эффективностью экранирования Э=Н/Нэ, где Н – максимальное значение напряженности магнитного поля на расстоянии Х от источника без экрана; Нэ – то же при наличии экрана.

Толщина экрана, изготовленного из сплошного металла, м и обеспечивающего заданное ослабление интенсивности поля:

,

где f – частота поля, Гц;

m - магнитная проницаемость материала, Гн/м;

r - удельная проводимость материала, См/м.

Экраны изготавливают из листового металла и заземляют. Защита от сверхвысоких излучений, кроме экранирования самих источников, может быть обеспечена поглощающими нагрузками, экранированием рабочих мест и применением индивидуальных защитных средств.

Экранирование рабочего места применяется, когда невозможно осуществить экранировку аппаратуры. Она достигается или за счет сооружения небольших кабин или ширм с покрытием из поглощающих материалов (каучук, пенополистирол, полиуретан и т.п.).

Средства индивидуальной защиты применяют в тех случаях, когда другие способы предотвращения воздействия ЭМП невозможны. К ним относятся: халат, комбинезон, капюшон, защитные очки и др. В качестве материала используется специальная радиотехническая ткань, в структуре которой тонкие металлические нити.