Лабораторная работа №14

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧ ДИАПАЗОНА

Цель работы

Изучение способов защиты человека от электромагнитного излучения диапазона сверхвысоких частот (СВЧ).

Содержание работы

1 Измерение интенсивности СВЧ излучения при различном расстоянии от источников излучения.

2 Определение минимального расстояния до источника излучения, на котором возможно безопасное пребывание человека.

3. Измерение эффективности ослабления СВЧ излучения экранами из различных материалов.

Действие СВЧ излучения на окружающую среду и организм человека

Взаимодействие электромагнитного излучения (ЭМИ) с биологическим объектом, в том числе и с человеком, приводит к частичному поглощению энергии. При этом любой определяемый эффект, возникновение которого приписывается ЭМИ, является следствием присвоения этой части энергии излучения. Согласно принципу Гроттгауса только присвоенная энергия может вызвать названный эффект.

СВЧ излучение, попадая на человека, частично отражается от его поверхности, остальное проникает вглубь тела и поглощается его тканями. Коэффициент отражения зависит от частоты поля и составляет 0,6 - 0,65 на частотах 0,3 - 1,0 ГГц и 0,40 - О,45 на частотах 30 - 50 ГГц. Глубина проникновения поля в биологической ткани зависит от частоты поля и характера ткани. В тканях с большим содержанием воды (мышцы, печень, кожа) поглощение поля сильнее и глубина проникновения меньше, чем в тканях с относительно небольшим содержанием воды (жир, кость, костный мозг). Излучение миллиметрового диапазона поглощается в основном поверхностными слоями кожи; сантиметрового - кожей и подкожной клетчаткой; дециметрового - внутренними органами, где глубина проникновения составляет 10 - 15 см.

При нормировании действия на организм человека электромагнитного излучения различают поля промышленной частоты, высокочастотные и сверхвысокочастотные (СВЧ).

СВЧ излучение не является ионизирующим и воздействует только на уже имеющиеся в составе человека свободные заряды или диполи.

Диапазон сверхвысоких частот простирается от 300 МГц до 300 ГГц¹, включая в себя дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Для этого диапазона характерно то, что электромагнитное поле формируется достаточно близко к излучателю и в пространстве, где находится человек, существует уже сформированный поток мощности, характеризуемый плотностью потока энергии² Вт/м².

Электромагнитное поле имеет свои особенности в пространстве излучателя, которое различают как ближнюю, среднюю и дальние зоны. Поток электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга), характеризующийся плотностью потока энергии (Вт/м²),формируется на расстоянии L  /2 ( - длина волны СВЧ излучения). Для СВЧ излучения L = 0,17м  0,17мм. Практически для СВЧ диапазона человек всегда находится в дальней зоне формирования электромагнитного поля излучателя и поэтому нормирование потока энергии осуществляется в Вт/м². Для определенной частоты источника излучения f (в МГц) граничное значение L (в метрах) определяется следующим соотношением:

.

Различают тепловое и информационное биологическое действие СВЧ излучения на человека

Тепловое действие проявляется в нагреве тканей. Пороговый уровень тепловой чувствительности человеческого тела составляет около 10 мВт/см² (100 Вт/м²). При превышении этого уровня системы терморегуляции человеческого организма не полностью выполняют свои функции и происходит перегрев клеток тканей тела. При локальном нагреве отдельных частей тела за счет кровотока тепло отводится от нагреваемого места и распределяется по всему телу, тем самым несколько нейтрализуя вредное действие СВЧ излучения.

Некоторые органы имеют очень мало кровеносных сосудов (хрусталик глаза, семенники) и их повреждение (например, катаракта глаза) может произойти при плотности потока энергии, близкой к пороговой.

В общем виде поглощенную мощность СВЧ облучения P_п можно оценить по формуле:

P_п = П_о S,

где  - диэлектрическая проницаемость ткани, П_о - плотность потока энергии у поверхности ткани (Вт/м²), S - площадь облучаемой поверхности (м²).

Поглощенная мощность убывает с глубиной проникновения r (м) по экспоненциальному закону.

Информационное действие СВЧ излучения наблюдается при плотности потока энергии ниже теплового порога. Здесь механизм определяется действием СВЧ излучения на электрическую по своей природе нервную сигнальную систему человека.

В нижней области СВЧ излучения важную роль в информационном воздействии играет низкочастотная модуляция сигнала, а в верхней части СВЧ диапазона (мм диапазон) – основное, так называемое, информационное действие оказывает высокочастотная составляющая на уровне биологической клетки, где она играет роль объемного резонатора.

Электромагнитное поле действует как стрессор, вызывая повышенную утомляемость, чувство разбитости, головную боль. Наблюдается уменьшение частоты сердечных сокращений, повышение кровяного давления. Проявляется синергетическое действие СВЧ излучения, т.е. человек хуже переносит другие неблагоприятные факторы: шум, вибрацию, повышенную температуру и т.д. Информационное действие СВЧ излучения на человека проявляется начиная с плотности потока энергии 10 мкВт/см² (0,1 Вт/м²).

При импульсном или прерывистом действии электромагнитных волн наблюдается их кумулятивное действие, то есть суммарный биологический эффект оказывается приблизительно пропорциональным общей поглощенной энергии за все время облучения.

^{Предельно допустимые уровни}

электромагнитных полей диапазона частот 30 кГц-300 ГГц

Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 ,,Электромагнитные поля в производственных условиях”, оценка и нормирование ЭМП диапазона частот > 30 кГц-
300 ГГц осуществляются по величине энергетической экспозиции (ЭЭ).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот  30 кГц -
300 МГц рассчитывается по формулам

ЭЭ_Е = Е²Т, (В/м)²ч,

ЭЭ_Н = Н²Т, (А/м)²ч,

где: Е - напряженность электрического поля (В/м);

Н- напряженность магнитного поля (А/м),

Т - время воздействия за смену (ч).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот  300 МГц -300 ГГц рассчитывается по формуле

ЭЭ_ППЭ = , , ,

где: ППЭ - плотность потока энергии (Вт/м², мк Вт/см²).

Предельно допустимые уровни (ПДУ) энергетических экспозиций (ЭЭ_пду) на рабочих местах за смену представлены в табл. 1.

_{Таблица 1}

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. 2.

Таблица 2

Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот > 30 кГЦ - 300 ГГц

* Для условия локального облучения кистей рук.

Для случаев облучения от устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающиеся и сканирующие антенны с ча­стотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 20) и локального облучения рук при работах с микрополосковыми устройствами предельно допустимый уровень плотности по­тока энергии для соответствующего времени облучения (ППЭ ) рассчитывается по формуле

^ППЭ_пду ^{= К ЭЭ}_ПДУ ^/Т

где К - коэффициент снижения биологической активности воз­действий;

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).

В любом случае, даже при кратковременном действии ППЭ не должна превышать 1 мВт/см² (10 Вт/м²). В противном случае необходимо пользоваться индивидуальными средствами защиты.

Меры защиты от СВЧ излучения

Меры защиты от СВЧ излучения делят на организационные, технические и индивидуальные. Организационные меры применяют при организации производства, рабочего места и режима труда работы. Существуют "защита расстоянием" от источника излучения до рабочего места и "защита временем" пребывания человека в электромагнитном поле. "Защита расстоянием" основана на том, что ППЭ точечного источника излучения в дальней зоне убывает обратно пропорционально квадрату расстояния r (м), то есть:

ППЭ=Р4r²,

где Р - излучаемая мощность, Вт.

Из условия, что облучение будет допустимым ППЭ = ППЭ_ПДУ, находится расстояние r_доп от источников излучения до рабочего места: