Электромагнитные поля и излучения

Лекция 8

Характеристика ЭМП. Источники ЭМП и классификация.

Воздействие ЭМП на человека. Принципы нормирования

Методы и средства защиты от воздействия ЭМП

Спектр ЭМ колебаний по частоте достигает 10²¹Гц. В зависимости от энергии фотонов (квантов) его подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений. В гигиенической практике к неионизирующим излучениям относят также электрические и магнитные поля.

Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов и представляют собой взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем. Несмотря на то, что длина электромагнитных волн и их свойства различны, все они, начиная от радиоволн и заканчивая гамма-излучением, - одной физической природы. Исследованный в настоящее время диапазон ЭЛМАГ волн состоит из волн с длинами, соответствующий частотам от 103 до 1024 Гц. По мере убывания длины волны в диапазон включаются радиоволны., инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Источниками электромагнитных полей служат атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца, а также искусственные источники: различные генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров. Источники ЭМП промышленной частоты на производстве – высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), измерительные приборы, устройства защиты и автоматики, соединительные шины. В зависимости от длин волн ЭМИ делят на ряд диапазонов.

Таблица стр 210.

Скорость распространения ЭМ волн в вакууме не зависит от длины волны и равна С=2,997925*108 м/с.

ЭМВ, распространяясь в пространстве со скоростью света, создает переменное электромагнитное поле, которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии. Переменное ЭМП представляет собой совокупность магнитного и электрического полей, которые количественно характеризуются напряженностью электрического поля Е (вольт /метр) и напряженностью магнитного поля Н (ампер/метр). Величины Е и Н – векторные, их колебания происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Если сформировавшаяся электромагнитная волна имеет сферическую форму, то справедливо следующее равенство:

Любое ЭМ явление, рассматриваемое в целом, характеризуется двумя сторонами – электрической и магнитной, между которыми существует тесная связь. ЭМП также имеет всегда две взаимосвязанные стороны - электрическое и магнитное поле. ЭМП представляет собой особую форму материи. Всячески заряженная частица окружена электромагнитным полем, составляющим с ним единое целое. Но ЭМП может существовать и в свободном, отделенном от заряженной частицы, состоянии в виде движущихся со скоростью фотонов или вообще в виде излученного движущегося с этой скоростью ЭМП.

Движущееся ЭМП (ЭМИ) характеризуется векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей, которые отражают силовые свойства ЭМП. В электромагнитной волне векторы Е и Н взаимно перпендикулярны. В вакууме и воздухе Е=377Н. длина волны, частота колебаний и скорость распространения ЭМ волн в воздухе связаны соотношением с=λf. Например, для промышленной частоты f =50 Гц, длина волны 3,10⁸/50=6000км.

В зоне излучения, где уже сформировалась бегущая ЭМ волна, наиболее важным параметром является интенсивность, которая в общем виде определяется векторным произведением Е и Н, а для сферических волн при распространении в воздухе может быть выражена кА I=P/4πR²/ Вт/м². где Р – мощность излучения.

Естественными источниками ЭМП являются атмосферное электричество, радиоизлучения солнца и галактик, электрическое и магнитное поле земли. Все промышленные и бытовые приборы являются источниками искусственных ЭМП разной интенсивности.

Источниками постоянных полей являются: электромагниты, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, используемые в радиотехнике.

Источниками электрических полей промышленной частоты (50Гц) являются линии электропередач, открытые распределительные устройства, устройства защиты автоматики, измерительные приборы, высоковольтные установки промышленной частоты.

Магнитные поля промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок, электропроводов промышленной частоты. Чем выше ток, тем выше интенсивность магнитного поля.

Источником электромагнитных излучения радиочастот являются мощные радиостанции, передающие антенны, радары, высокочастотные приборы и устройства в медицине и быту.

Источником электростатического поля и электромагнитных излучений в широком диапазоне (сверх-, инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом, рентгеновском) являются персональные ЭВМ. Главную опасность для пользователя представляют электромагнитные излучения монитора в диапазоне частот 20 Гц – 300 МГц им статический заряд на экране.

Источником повышенной опасности в быту с точки зрения электромагнитных излучений являются также микроволновые печи, телевизоры любых модификаций, радиотелефоны, а также электроплиты с электропроводкой, электроутюги, холодильники.

Жизнь на планете возникла в тесном взаимодействии с электромагнитными излучениями, и прежде всего, с ЭМП земли.

Механизм воздействия ЭМП на биологические объекты очень сложен и изучен недостаточно. В упрощенном виде это воздействие можно представить в следующем виде: в электрическом поле молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуется и ориентируются по направлению поля. В жидкостях, в частности, в крови, под электрическим воздействием появляются ионы, и как следствие токи.

При повышении частоты внешнего ЭМП электрические свойства живых тканей меняются: они теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников, причем это изменение происходит неравномерно.

Переменное поле вызывает нагрев тканей человека за счет переменной поляризации диэлектрика, так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения электромагнитного поля. Тепловая энергия, возникшая в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение тела. Если механизм терморегуляции не способен рассеять избыточное тепло, возможно повышение температуры тела. Это происходит , начиная с интенсивности поля 100 Вт/м2, которая называется тепловом порогом. Органы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией более чувствительны к излучению (мозг, глаза, почки, кишечник). Перегревание тканей ведет к их заболеваниям, а повышение температуры тела на 10 градусов и выше недопустимо.

Воздействие ЭМП: понижение артериального давления, изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов, уменьшения эритроцитов, помутнение хрусталика глаза.

Наряду с биологическим последствием, электростатическое поле и поле промышленной частоты обусловливают возникновение электрических разрядов между человеком и другими предметами.

Относительно безвредным для человека в течении длительного времени предполагается МП, имеющее порядок геомагнитного поля и его аномалий, т.е. напряженности не более 0,15-0,2 кА/м.

Принципы нормирования ЭМП

В настоящее время в качестве определяющего параметра при оценке влияния поля как электрического, так и магнитного частотой до 10-30 кГц принято использовать плотность индуктированного в организме электрического тока. Считается, что плотность тока проводимости j<0,1 мкА/см2, индуктированного внешним полем, не влияет на работу мозга, так кА импульсные биотоки, протекающие в мозгу, имеют большие значения. Оценку опасности здоровья выводят из связи между значением плотности тока, наведенного в тканях, и характеристиками ЭМП. Плотность тока, индуктированного магнитным полем определяется из выражения:

J= πRγfB, где

В – магнитная индукция, Тл

F – частота, Гц; γ- удельная проводимость См/м

Плотность тока, индуцированного в теле человека электрическим полем, оценивают по формуле j=kFE с различными коэффициентами к для области мозга и сердца.

В области частот от 30 до 100 кГц механизм воздействия полей через возбуждение нервных и мышечных клеток уступает место тепловому воздействию и в качестве определяющего фактора принимается удельная мощность поглощения. При этом считается в соответствии с различными международными предписаниями, что для энергии, поглощенной телом человека, безопасным пределом является о,4 Вт/кг.

Методы и средства защиты от ЭМП:

1. защита расстоянием. Применяется когда невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами. Увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом. Этот вид защиты основан на быстром уменьшении интенсивности поля с расстоянием
2. Защита временем. Предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы, установленные на облучение в течение всей рабочей смены.
3. уменьшение излучения в источнике. Достигается за счет применения поглотителей мощности. Используются различные поглощающие материалы: песок, бетон, дерево, керамика, пластмассы и т.д. наиболее эффективно применяется экранирование:

Инфракрасное излучение: часть ЭМ спектра с длиной волны – 780 нм, - 1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект. Наиболее поражаемыми в организме человека являются – кожный покров и глаза. При остром повреждении возможны ожоги, расширение капилляров. При хроническом – пигментация кожи. Конъюнктивиты, не исключается мутагенный эффект ИК- излучения.

       Видимое (световое0 излучение – диапазон ЭМ колебаний 780-400 нм. Излучение видимого диапазона при достаточных уровнях энергии также может представлять опасность для кожных покровов и органов зрения. Пульсации яркого света вызывают сужение полей зрения, оказывают сильное влияние на состояние зрительных функций. Световое излучение больших энергий характеризуется световым импульсом, действие которого на организм приводит к ожогам. Например, световое излучение ядерного взрыва приводит к ожогу сетчатки глаза.

       УФ – спектр ЭМ колебаний 200-400 нм.. составляет 5% плотности потока солнечного излучения – жизненно необходимый фактор, оказывающий благотворное действие на организм. Способно понижать чувствительность организма к некоторым вредным воздействиям вследствие усиления окислительных процессов в организме. УФ искусственных источников может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений.. наиболее уязвимы глаза. Преимущественно страдает роговица глаза и слизистая оболочка. Длительное воздействие УФ приводит к старению кожи. В комбинации с химическими веществами УФИ может приводить к повышенной чувствительности. Так называемой фотоаллергии.

       Лазерное излучение.  Представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1-1000 мкм. Отличие ЛИ от других видов излучения заключается в монохроматичности, высокой степени направленности. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия с тканями (тепловой, фотохимический) и зависят от длины волны излучения, площади облучаемого участка. при воздействии ЛИ преобладают тепловые эффекты. Возможно покраснение кожи, обугливание. ЛИ свыше 1400 нм способно проникать через ткани на значительную глубину и поражать внутренние органы. ЛИ представляет особую опасность для органов зрения. Наиболее уязвимы хрусталик и роговица глаза.

При нормировании ЛИ устанавливают ПДУ ЛИ для двух уровней облучения – однократного и хронического. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н и облученность Е. нормирование производится по СН и правилам и эксплуатации лазеров – СН 5804-91.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Лекция 9