Электромагнитные волны диапазона радиочастот и их влияние на организм работающих. Методы профилактики
Введение
Проблема охраны окружающей среды в условиях научно-технического прогресса с каждым годом приобретает все большее социально-экономическое значение. Сейчас, как никогда, перед гигиенической наукой возникли новые задачи, связанные с изучением биологического действия электромагнитного излучения, интенсивность которого возрастает по сравнению с радиофоном нашей планеты.
Первые сведения об электричестве и магнетизме появились много веков тому назад, но только к концу XIX в. учение об электромагнетизме получило широкое развитие, особенно после открытия Д. Максвеллом законов электродинамики.
Одним из основных понятий в теории электромагнетизма является понятие поля (магнитного, электрического, электромагнитного).
II. Физические основы и характеристика электромагнитного излучения
1. Электромагнитное поле
Электромагнитное поле (ЭМП) особая форма существования материи, создаваемая движущимися и неподвижными электрическими зарядами. ЭМП распространяется в воздушном пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью, близкой к скорости света. Основными параметрами электромагнитного поля являются: длина волны, частота колебаний и скорость распространения, которые связаны соотношением
где длина волны, м; с скорость распространения электромагнитной волны в вакууме и воздушном пространстве, равная скорости света (3108м/с); частота колебаний, Гц; соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость среды (в воздухе равны 1).
Электромагнитное поле может быть модулированным или немодулированным. В зависимости от вида модуляции (размерности, ритма) различают амплитудно-модулированные, частотно-модулированные и импульсно-модулированные ЭМП. Немодулированные ЭМП используются в промышленности и медицине, модулированные в радиосвязи и радиолокации.
ЭМП характеризуется совокупностью переменного электрического и неразрывно с ним связанного магнитного полей.
Магнитное поле (МП) это поле, создаваемое постоянными магнитами и электрическим током. Первой количественной характеристикой его является напряженность (Н), определяемая по силе, действующей в поле на проводник с током. Единицей напряженности магнитного поля в СИ является ампер на метр (А/м), а в СГСМ эрстед (Э). Соотношение между этими единицами следующее:
1 А/м = 1,256102 Э,
1 Э = 103/4 = 79,58 А/м.
Второй силовой характеристикой постоянного магнитного поля (ПМП) является магнитная индукция, зависящая от свойств среды, в которой существует поле. Магнитная индукция (В) и напряженность магнитного поля (Н) связаны соотношением
В = 0Н
где 0 магнитная постоянная, равная 410-7 Гн/м; абсолютная магнитная проницаемость вещества, Гн/м.
В процессе эволюции человек постоянно подвергался воздействию естественных и искусственных магнитных полей. Известно, что вокруг Земли существует магнитное поле, напряженность которого равна около 400 А/м и зависит от географической широты, времени суток и года, солнечной активности. По последним научным данным, оно играет значительную роль в функционировании организма в биосфере. Так, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонической болезнью, и т. д. В связи с развитием техники в настоящее время появились мощные искусственные магнитные поля, создаваемые постоянными токами большой силы.
Применение ПМП в технологических процессах основано на том, что МП взаимодействует практически со всеми веществами. Его источниками являются электролизные ванны (электролизеры), линии постоянного тока, электротехнические устройства, по которым поступает постоянный ток, различные магнитные устройства и установки, соленоиды, импульсные установки конденсаторного типа и т. д. В процессе трудовой деятельности человек может находиться под воздействием полей, интенсивность которых иногда превышает предельно допустимые уровни. Поэтому изучение характера магнитного поля и его воздействия на живые организмы представляет одно из новых и перспективных направлений в медицине и биологии.
Значительный интерес с точки зрения биологического эффекта представляет электрическое поле (ЭП), источником которого являются электрические заряды.
Количественной характеристикой электрического поля является напряженность (Е), ее единицей в СИ вольт на метр (В/м) напряженность однородного электрического поля, создаваемая разностью потенциала в 1 В между точками, находящимися на расстоянии 1 м на линии напряженности поля.
Все биологические объекты на Земле постоянно находятся в электрическом поле, которым окутана наша планета. В обычный день над пустынной равниной напряженность электрического поля составляет около 100 В/м. Эта величина колеблется в зависимости от широты и высоты над поверхностью Земли и изменяется во времени.
Напряженность электрического поля в атмосфере Земли на уровне поверхности почвы равна в среднем 130 В/м, на высоте 50 м 500, 6000 10, на высоте 12 000 м 2,5 В/м. Кроме того, напряженность поля на поверхности Земли в различных ее точках может заметно отличаться от средней величины. Данные показывают, что напряженность электрического поля больше в средних широтах и уменьшается к экватору и полюсам.
Любое изменение МП в пространстве вызывает появление в этом пространстве электрического поля и наоборот. Взаимосвязанные электрическое и магнитное поля создают электромагнитное поле, которое оказывает силовое воздействие на неподвижные и движущиеся заряды, что легло в основу определения его характеристик.
Напряженность электрического и магнитного полей является силовой характеристикой электромагнитного поля. Но существует еще энергетическая характеристика поверхностная плотность потока излучения (энергии) (ППЭ), единицей которой является ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Поверхностная плотность потока излучения и напряженность электрического поля связаны соотношением
ППЭ = Е2 /377
К ЭМП относится электростатическое, постоянное магнитное, низкочастотное, сверхнизкочастотное (50 Гц) поля, электромагнитное поле радиочастот, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, лазерное излучение. Спектр ЭМП приведен в табл. 1.
Одним из наиболее распространенных ЭМП является электростатическое поле (ЭСП), создаваемое неподвижными электрическими зарядами и характеризующееся взаимодействиями с ними. ЭСП зачастую встречается на производствах и в технологических процессах по изготовлению, обработке и транспортировке диэлектрических материалов (текстильная, деревообрабатывающая, химическая, целлюлозно-бумажная промышленность), где электростатические заряды и поля значительно увеличивают уровень естественного ЭП в рабочей зоне и могут оказывать неблагоприятное влияние на организм работающих. Образование ЭСП может происходить также вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств и линий электропередачи (ЛЭП) сверхвысокого постоянного тока.
Основными параметрами, характеризующими ЭСП, является напряженность поля и потенциал его отдельных точек, единицей напряженности ЭСП вольт на метр (В/м), а потенциал точки поля его энергетическая характеристика. Единица потенциала вольт (В). С гигиенической точки зрения наиболее объективным параметром оценки интенсивности ЭСП является величина напряженности поля.
Биологическое действие ЭСП высокой напряженности (50-250 кВ/м) проявляется нарушением функций психической (высшей нервной) деятельности и способности вызывать функциональные сдвиги обратимого характера со стороны вегетативной нервной системы.
Для измерения параметров ЭСП используются приборы ИЭСП-1, ИЭСП-9, ИНЭП-1 и его модифицированный вариант ВИНЭП-2. Так, прибор ИНЭП-1 способен непрерывно измерять напряженность поля от 0,4 • 103 до 2,5106 В/м в пяти диапазонах, а ВИНЭП-2 от 3103 до 2106 В/м в восьми диапазонах при погрешности измерения не более 6-7%.
Напряженность ЭСП при длительности воздействия до 1 ч не должна превышать 60 кВ/м, от 1 до 9 ч определяется по формуле
где Т время, ч; свыше 9 ч не более 20 кВ/м.
2. Защита от электростатического поля
Защита от ЭСП представляет меры, направленные на уменьшение генерации электрических зарядов или на их отведение с наэлектризованного материала за счет повышения его проводимости и электрической проводимости окружающей среды. Они включают заземление металлических и электропроводимых элементов оборудования, увеличение поверхностной и объемной проводимости диэлектриков, установку нейтрализаторов статического электричества.
Поверхностную электропроводность диэлектриков увеличивают с помощью антистатических веществ гигроскопических и поверхностно-актив-ных, которые поглощают влагу и удерживают ее, создавая на поверхности диэлектрика влажную пленку. Для этих целей используют многоатомные спирты (гликоль, глицерин), неорганические соли и др. Для повышения объемной электрической проводимости диэлектрика в его массу вводят проводящие электричество наполнители (ацетиленовая сажа, алюминиевая пудра, графит, цинковая пыль).
Наиболее распространенным методом борьбы с ЭСП является нейтрализация электростатических зарядов путем ионизации воздуха нейтрализаторами статического электричества, принцип работы которых заключается в создании вблизи наэлектризованных материалов положительных и отрицательных ионов
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Ионы, полярность которых противоположна зарядам наэлектризованного диэлектрика, перемещаются к его поверхности и нейтрализуют статические заряды.
Для защиты персонала, обслуживающего электростатически опасное оборудование, предусматривается устройство электропроводящих полов и использование рабочими антистатической обуви. Эти мероприятия обеспечивают условия для быстрой утечки зарядов с тела человека на землю.
3. Электромагнитные поля радиочастот
Спектр ЭМП радиочастот очень большой и охватывает диапазон частот от 30 до 300 кГц. В спектр диапазона радиочастот входят низкие частоты (НЧ), средние частоты (СЧ), высокие частоты (ВЧ), очень высокие частоты (ОВЧ), ультравысокие частоты (УВЧ), сверхвысокие частоты (СВЧ), крайне высокие частоты (КВЧ), гипервысокие частоты (ГВЧ) (см. табл. 1).
Электромагнитные поля радиочастот в настоящее время широко используются в самых различных отраслях промышленности, в медицине и науке. Так, излучения СВЧ-диапазона применяются для радиосвязи, телевидения, радиолокации, в физиотерапии, для термической обработки металлов, приготовления пищи и т. д. Энергия электромагнитных волн ВЧ применяется в промышленности для термической обработки металлов (закалка, напайка, плавка и пр.), для нагрева диэлектриков в вйсокочастотном электрическом поле (сушка древесины, нагрев пластмасс и их сварка, стерилизация пищевых продуктов и пр.).
Источником электрических полей ВЧ и УВЧ в рабочем помещении могут быть неэкранированные элементы генераторов излучения (колебательный контур, высокочастотный трансформатор), а полей СВЧ неэкранированные блоки генераторов этого излучения (магнетроны, радиолампы).
Основными источниками излучения электромагнитной энергии в населенных местах служат антенные системы радиовещательных и других передающих радиостанций. Звуковое радиовещание с периода своего развития и до настоящего времени в основном использует диапазон частот от 30 кГц до 300 ГГц, что связано с особенностями их распространения в окружающей среде. Так, длинные волны хорошо огибают выпуклую поверхность Земли и препятствия (лес, горы, города), которые встречаются на их пути. Поэтому вдали от передатчика ЭМП в месте приема создаются условия, позволяющие широко использовать диапазон радиоволн в радиовещании.
Радиоволны среднего диапазона ( = 1000-100 м) относительно хорошо огибают препятствия и хорошо поглощаются почвой, поэтому связь с земным лучом возможна лишь на расстоянии не более 500 км.
Способность коротких радиоволн (KB) перекрывать большие расстояния при малых мощностях передатчика посредством многократного отражения волны от ионосферы и поверхности Земли позволили широко применять их на трансконтинентальных и трансокеанических линиях связи.
Ультракороткие волны ( = 10-1м) при распространении вдоль поверхности Земли не только сильно поглощаются почвой, но и плохо огибают препятствия и почти не отражаются от ионосферы. Связь в УКВ-диапазоне возможна только на расстоянии прямой видимости. В этом диапазоне работают все телевизионные и радиовещательные передатчики с частотной модуляцией, а также службы местной связи.
Радиоволны СВЧ-диапазона (1 м-1 мм) аналогично УКВ сильно поглощаются почвой и не отражаются от ионосферы. Кроме того, некоторые участки этого диапазона значительно поглощаются парами воды и молекулами кислорода, находящимися в атмосфере. В настоящее время в этом диапазоне работают мощные радиолокаторы, в дециметровом участке диапазона телевизионные передатчики.
4. Гигиеническое нормирование электромагнитного излучения
Гигиеническое нормирование электромагнитного излучения основывается на медико-биологической разработке предельно допустимых уровней (ПДУ). ПДУ устанавливаются с помощью физических, физиологических, гематологических, иммунологических, биохимических, генетических исследований, которые проводятся на экспериментальных животных. Эти исследования показали, что характер и степень влияния электромагнитного излучения при одном и том же уровне ЭМП зависят от его частоты и импульсности. Так, установлено, что электромагнитное поле сверхвысокой частоты вызывает более выраженные нарушения в организме при одном и том же уровне облучения, чем электромагнитное поле низкой частоты. В связи с этим при гигиеническом нормировании электромагнитного излучения применяется принцип дифференцированного нормирования по частоте.
Под влиянием электромагнитного излучения могут находиться различные группы населения, которые по-разному облучаются: рабочие, занятые производственным процессом, в котором используется электромагнитное излучение; население, которое проживает в городах, где функционируют радиотехнические средства (радио-, телевизионные и радиолокационные станции, другие источники электромагнитного излучения).
Экспозиция воздействия ЭМП на эти группы населения должна быть различной. Например, рабочие могут находиться под влиянием ЭМП только во время рабочей смены, т. е. 8 ч в сутки, население, особенно дети, люди пожилого возраста, которые большую часть суток находятся дома, подвергаются излучению почти круглосуточно. В связи с этим во всем мире электромагнитное излучение нормируется отдельно для рабочих мест и для окружающей среды.
Предельно допустимые уровни показателей электромагнитного излучения приведены в табл. 2, 3, 4.
Согласно ГОСТ 12.1.00684 «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот», предельно допустимые значения электромагнитного поля в диапазоне частот 300 МГц 300 ГГц на рабочих местах персонала следует определять, исходя из предельно допустимой электрической нагрузки за рабочий день с учетом времени воздействия электромагнитного излучения на организм, по формуле
ППЭпд = ЭНпд/Т
где ППЭпд предельно допустимый уровень поверхностной плотности потока энергии, Вт/м2 (мВт/см2, мкВт/см2); ЭНпд нормативная предельно допустимая энергетическая нагрузка за рабочий день, равная 2 Вт ч/м2 (200 мкВт ч/см2) для всех случаев облучения, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 20 Вт ч/м2 (2000 мкВт ч/см2) для случаев облучения от вращающихся и сканирующие антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50; Т время пребывания в зоне облучения за рабочую смену без учета режима вращения или сканирования антенн, ч.
Облучение электрическим полем промышленной частоты при выполнении работ на подстанциях и воздушных ЛЭП напряжением 400, 500 и 750 кВ переменного тока регламентируется как по величине напряженности, так и по продолжительности действия. Допустимая продолжительность пребывания работающих без средств защиты в электрическом поле и уровни напряженности его приведены в табл. 5, 6.
Если напряженность электрического поля на рабочем месте более 25 кВ/м и соответствующая продолжительность воздействия, работы должны производиться с применением средств защиты.
При контакте с магнитными материалами большой индукции необходимо следить за уровнями напряженности на рабочих местах: напряженность постоянного магнитного поля (ПМП) не должна превышать 8 кА/м (СИ), или 100 Э (СГСМ).
Для защиты населения от неблагоприятного воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты, установлены следующие предельно допустимые уровни напряженности электрического поля: внутри жилых зданий 0,5 кВ/м; на территории зоны жилой застройки 1 кВ/м; в населенной местности вне зоны жилой застройки (земли в пределах городской черты с учетом их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа, в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов, в пределах этих пунктов), а также на территории огородов и садов 5 кВ/м; на участках пересечения ЛЭП с автомобильными дорогами I-IV категории 10 кВ/м; в населенной местности (незастроенная, но часто посещаемая людьми и доступная для транспорта; сельскохозяйственные угодья) 15 кВ/м; в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально отгороженных для исключения доступа населения, 20 кВ/м.
При напряженности электрического поля более 1 кВ/м должны применяться меры по исключению воздействия на человека ощутимых электрических разрядов и токов стекания.
Предельно допустимые значения напряженности ЭМП частотой 50 Гц нормируются для электрического поля, не искаженного присутствием человека. Напряженность электрического поля определяется на высоте 1,8 м от уровня земли, а для помещений от уровня пола. В целях защиты населения от воздействия электрического поля ЛЭП устанавливаются санитарно-защитные зоны. Санитарно-защитной зоной ЛЭП является территория вдоль трассы высоковольтной линии (ВЛ), в которой напряженность ЭП превышает 1 кВ/м.
Для проектируемых ЛЭП, а также зданий и сооружений допускается применять такие границы санитарно-защитных зон: для трасс ВЛ с напряжением 330 кВ, горизонтальным расположением проводов и без средств снижения напряженности электрического поля расстояние от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к ВЛ, должно составлять 20 м, для ВЛ напряжением 500 кВ 30, 750 40, 1150 кВ 55 м.
В диапазоне промышленных частот (50 Гц) для измерения напряженности ЭМП в ближней зоне (зона индукции) применяется прибор ПЗ-1 и его модифицированный вариант ПЗ-1М
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
