Основные источники электромагнитных полей. Источники электромагнитных полей

К неионизирующим электромагнитным полям (ЭМП) и излучениям (ЭМИ) относятся: электростатические поля, постоянные магнитные поля (в т.ч. и геомагнитное поле земли), электрические и магнитные поля промышлен- ной частоты, электромагнитные излучения радиочастотного диапазона , элек- тромагнитные излучения оптического диапазона . К оптической области неио- низирующих излучений принято относить электромагнитные колебания с дли- ной волны от 10 до 34·104 нм. Из них диапазон длин волн от 10 до 380 нм относят к области ультрафиолетового (УФ) излучения, от 380 до 770 нм - к видимой области спектра и от 770 до 34·104 нм - к области инфракрасного (ИК) излучения. Глаз человека имеет наибольшую чувствительность к излуче- ниям с длиной волн 540…550 нм. Особый вид ЭМИ представляет собой лазер- ное излучение (ЛИ) оптического диапазона с длиной волны 102...106 нм. Отли- чие ЛИ от других видов ЭМИ заключается в том, что источник излучения ис- пускает электромагнитные волны строго одной длины волны и в одной фазе.

Электромагнитные поля и излучения являются источником негативного влияния на человека и окружающую среду. Они загрязняют не только произ-

Водственные среды, но и окружающую среду. Сейчас ученые и практикующие экологи называют электромагнитные загрязнения вялотекущей чрезвычайной ситуацией.

Магнитные поля (МП) могут быть постоянными, импульсными и перемен-

ными. Степень воздействия магнитного поля на работающих зависит от макси- мальной напряженности его в рабочей зоне. При действии переменных МП на- блюдаются характерные зрительные ощущения, которые исчезают в момент прекращения воздействия.

Проблема электромагнитного загрязнения возникла в результате резкого

увеличения в последние годы количества различных источников ЭМП техно- генного характера и повлекла за собой необходимость досконального изучения физических основ данного негативного фактора, а также выработки мероприя- тий по защите населения и окружающей среды в условиях действия электро- магнитного загрязнения, превышающего допустимые уровни.

Под электромагнитным загрязнением среды понимается состояние элек-

тромагнитной обстановки, характеризуемое наличием в атмосфере электромаг- нитных полей повышенной интенсивности, создаваемых техногенными и при- родными источниками излучения неионизирующей части электромагнитного спектра.

Под электромагнитным излучением (ЭМИ) понимается процесс образова- ния электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой особую форму мате-

рии, состоящую из взаимосвязанных электрического и магнитного полей.

Электрическое поле представляет собой систему из замкнутых силовых ли- ний, создаваемых заряженными электрическими телами различных знаков или переменным магнитным полем. Постоянное электрическое поле создается не- подвижными электрическими зарядами.

Магнитное поле представляет собой систему из замкнутых силовых линий,

создаваемых при движении по проводнику электрических зарядов. Постоян- ное магнитное поле создается равномерно движущимися в проводнике элек- трическими зарядами постоянного тока.

Физические причины существования переменного электромагнитного поля

связаны с тем, что изменяющиеся во времени электрическое поле порождаеют магнитное поле, а изменения магнитного поля - вихревое электрическое по- ле. Напряженности этих полей, расположенные перпендикулярно друг другу, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или рав- номерно движущихся зарядов неразрывно связаны с ними. При ускорении движения зарядов часть ЭМП отрывается от них и присутствует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника их образо-

Вания. Критерием интенсивности электрического поля является его напря- женность E с единицей измерения В/м. Критериями интенсивности магнитного поля является его напряженность Н с единицей измерения А/м. Основными параметрами источника ЭМП являются частота электромагнитного колеба- ния, измеряемая в герцах (Гц), и длина волны, измеряемая в метрах (м).

Техногенные источники электромагнитного поля производственной среды

(технологические источники) по частотам излучения подразделяются на две группы.

К первой группе относятся источники, генерирующие излучения в диапазо-

не от 0 Гц до 3 кГц. Этот диапазон условно называют промышленные частоты . Источники: системы производства, передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропе- редач); офисная и домашняя электро- и электронная техника; электросети ад- министративных зданий и сооружений. На объектах железнодорожного транс- порта это системы электроснабжения электрифицированных железнодорожных линий, силовые трансформаторные подстанции, транспорт на электроприводе, системы и линии электропередач депо, грузовых районов, пунктов обработки вагонов и ремонтных производств, электросети административных зданий. К примеру, электротранспорт является мощным источником магнитного поля в

диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Среднее значение магнитной составляющей

ЭМП электропоездов может достигать 200 мкТл (ПДУ = 0,2 мкТл).

Мощными источниками излучения электромагнитной энергии являются провода высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) промышленной часто- ты 50 Гц. Напряженность ЭМП, создаваемого ЛЭП, зависит от величины на- пряжения (в России - от 330 до 1150 кВ), нагрузки, высоты подвески прово- дов, расстояния между проводами ЛЭП. Напряженность ЭМП непосредствен- но над проводами и в определенной зоне вдоль трассы ЛЭП может значительно превышать ПДУ электромагнитной безопасности населения, особенно по маг- нитной составляющей. Негативное влияние электрических сетей в производст- венных и административных зданиях обусловлено тем, что человек постоянно находится в помещении вблизи электропроводки, в том числе проложенной не- экранированно. Кроме этого, наличие в зданиях железосодержащих конструк- ций и коммуникаций создает эффект «экранированного помещения», что уси- ливает электромагнитный эффект при расположении в них большого количест- ва различных источников излучения, в том числе и сетей электропроводки.

Ко второй группе технологических источников относятся источники, гене- рирующие излучения в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. Излучения этого диапа- зона условно называют радиочастотами.

Источниками излучения радиочастотного диапазона являются:

офисная электро- и электронная техника;

теле- и радиопередающие центры;

системы получения информации, сотовая и спутниковая связь, релейные

навигационные системы;

радиолокационные станции (РЛС) различного вида и назначения;

оборудование, использующее сверхвысокочастотное излучение (видео-

дисплейные терминалы, СВЧ-печи, медицинские диагностические уста-

РЛС, используемые для управления движением воздушного транспорта и имеющие остронаправленные антенны кругового обзора, работают круглосу- точно и создают ЭМП высокой интенсивности. Системы сотовой связи по- строены на принципе деления территории на зоны (соты) радиусом 0,5…2 км, в центре которых располагаются базовые станции (БС), обслуживающие мо- бильные средства связи. Антенны БС создают опасные уровни напряженности в радиусе 50 м.

На объектах железнодорожного транспорта широко используются мнемо- схемы (у диспетчеров), видеодисплейные терминалы (ВДТ) и персональные ЭВМ (в кассах продажи железнодорожных билетов, в диспетчерских пунктах, в бухгалтериях и др.).

ВДТ на основе электронно-лучевых трубок являются источниками ЭМИ весьма широкого диапазона частот: низкочастотное, средних частот, высоко- частотное излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрас- ное (достаточно высокой интенсивности). Зона превышения ПДУ может дос- тигать 2,5 м. Зоны превышения ПДУ вблизи установок закалки рельсов тока- ми высокой частоты (ТВЧ), индукционной сушки, электроламповых генераторов также оказываются более 3 м. Зона влияния электрического по- ля - пространство, в котором напряженность электрического поля превышает

5 кВ/м. Зона влияния магнитного поля - пространство, в котором напряжен- ность магнитного поля превышает 80 А/м.

Особую группу составляют источники ЭМИ военного характера, специаль-

но генерирующие ЭМП для вывода из строя объектов инфраструктуры и для нанесения поражения населению. К ним относятся: радиочастотное электро- магнитное оружие различных видов, лазерное оружие и др.

Не исключено воздействие ЭМИ на объекты и при террористических актах.

К объектам, которые могут подвергаться воздействию специально генерируе- мого мощного ЭМП могут относиться объекты так называемых «критических инфраструктур», от нормального функционирования которых зависит, в ос- новном, национальная безопасность и жизнедеятельность государства: прави- тельственная связь, телекоммуникации, системы энергоснабжения, водоснаб-

Жения, системы управления, транспортные системы, системы противоракетной обороны (ПРО), стратегические средства и т.д. Большинство объектов этих систем хранят и передают информацию с использованием электромагнитных полей. При воздействии электромагнитного потока высокой интенсивности на технологические элементы этих объектов может произойти уничтожение всей информации на данном объекте либо нарушение системы связи между этими объектами. И в том и в другом случае отдельные объекты и определенные

«критические инфраструктуры» нормально функционировать не будут.

Кроме этого, ЭМП высокой интенсивности могут вызывать расплавление металла различных технологических линий, что приведет, в свою очередь, к структурным изменениям в технологических устройствах и системах объектов.

Источники электромагнитных полей (ЭМП) чрезвычайно разнообразны - это системы передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи - ЛЭП, трансформаторные и распределительные подстанции) и приборы, потребляющие электроэнергию (электродвигатели, электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, видеодисплейные терминалы и др.).

К источникам, генерирующим и транслирующим электромагнитную энергию, относятся радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки и системы радиосвязи, самые разнообразные технологические установки в промышленности, медицинские приборы и аппаратура (аппараты для диатермии и индуктотермии, УВЧ-терапии, приборы для микроволновой терапии и др.).

Работающий контингент и население может подвергаться воздействию изолированной электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию. В зависимости от отношения облучаемого лица к источнику облучения, принято различать несколько видов облучения - профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях. Профессиональное облучение характеризуется многообразием режимов генерации и вариантов воздействия электромагнитных полей (облучение в ближней зоне, в зоне индукции, общее и местное, сочетающееся с действием других неблагоприятных факторов производственной среды). В условиях непрофессионального облучения наиболее типичным является общее облучение, в большинстве случаев в волновой зоне.

Электромагнитные поля, генерируемые теми или иными источниками, могут воздействовать на все тело работающего человека (общее облучение) или отдельной части тела (местное облучение). При этом, облучение может носить характер изолированного (от одного источника ЭМП), сочетанного (от двух и более источников ЭМП одного частотного диапазона), смешанного (от двух и более источников ЭМП различных частотных диапазонов), а также комбинированного (в условиях одновременного воздействия ЭМП и других неблагоприятных физических факторов производственной среды) воздействия.

Электромагнитная волна - это колебательный процесс, связанный с изменяющимися в пространстве и во времени взаимосвязанными электрическими и магнитными полями.

Электромагнитное поле - это область распространения электромагнитных

Характеристика электромагнитных волн. Электромагнитное поле характеризуется частотой излучения f, измеряемой в герцах, или длиной волны X, измеряемой в метрах. Электромагнитная волна распространяется в вакууме со скоростью света (3 108 м/с), и связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью

где с - скорость света.

Скорость распространения волн в воздухе близка к скорости их распространения в вакууме.

Электромагнитное поле обладает энергией, а электромагнитная волна, распространяясь в пространстве, переносит эту энергию. Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющие (Таблица № 35).

Напряженность электрического поля Е - это характеристика электрической составляющей ЭМП, единицей измерения которой является В/м.

Напряженность магнитного поля Н (А/м) - это характеристика магнитной составляющей ЭМП.

Плотность потока энергии (ППЭ) - это энергия электромагнитной волны, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единичную площадь. Единицей измерения ППЭ является Вт/м.

Для отдельных диапазонов электромагнитных излучений - ЭМИ (световой диапазон, лазерное излучение) введены другие характеристики.

Классификация электромагнитных полей. Частотный диапазон и длина электромагнитной волны позволяют классифицировать электромагнитное поле на видимый свет (световые волны), инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучение, физическую основу которых составляют электромагнитные волны. Эти виды коротковолнового излучения оказывают на человека специфическое воздействие.

Физическую основу ионизирующего излучения также составляют электромагнитные волны очень высоких частот, обладающие высокой энергией, достаточной для того, чтобы ионизировать молекулы вещества в котором распространяется волна (Таблица № 36).

Радиочастотный диапазон электромагнитного спектра делится на четыре частотных диапазона: низкие частоты (НЧ) - менее 30 кГц, высокие частоты (ВЧ) - 30 кГц...30 МГц, ультравысокие частоты (УВЧ) - 30...300 МГц, сверхвысокие частоты (СВЧ) - 300 МГц.750 ГГц.

Особой разновидностью электромагнитных излучений (ЭМИ) является лазерное излучение (ЛИ), генерируемое в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Особенностью ЛИ является его монохроматичность (строго одна длина волны), когерентность (все источники излучения испускают волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение луча).

Условно к неионизирующим излучениям (полям) можно отнести электростатические поля (ЭСП) и магнитные поля (МП).

Электростатическое поле - это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.

Статическое электричество - совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Магнитное поле может быть постоянным, импульсным, переменным.

В зависимости от источников образования электростатические поля могут существовать в виде собственно электростатического поля, образующегося в разного рода энергетических установках и при электротехнических процессах. В промышленности ЭСП широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Изготовление, испытание,

транспортировка и хранение полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовка и полировка футляров радиотелевизионных приемников,

технологические процессы, связанные с использование диэлектрических

материалов, а также помещения вычислительных центров, где сосредоточена множительная вычислительная техника характеризуются образованием

электростатических полей. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.

Электромагниты, соленоиды, установки конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты сопровождаются возникновением магнитных полей.

В электромагнитных полях выделяют три зоны, которые формируются на различных расстояниях от источника электромагнитных излучений.

Зона индукции (ближняя зона) - охватывает промежуток от источника излучения до расстояния, равного примерно У2п ~ У6. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо (первая зона).

Зона интерференции (промежуточная зона) - располагается на расстояниях примерно от У2п до 2лХ. В этой зоне происходит формирование ЭМВ и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие (вторая зона).

Волновая зона (дальня зона) - располагается на расстояниях свыше 2лХ. В этой зоне электромагнитная волна сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны (третья зона).

Действие электромагнитного поля на организм. Биологический и патофизиологический эффект воздействия электромагнитных полей на организм зависит от диапазона частот, интенсивности воздействующего фактора, продолжительности облучения, характера излучения и режима облучения. Действие ЭМП на организм зависит от закономерности распространения радиоволн в материальных средах, где поглощение энергии электромагнитной волны определяется частотой электромагнитных колебаний, электрических и магнитных свойств среды.

Как известно, ведущим показателем, характеризующим электрические свойства тканей организма, являются их диэлектрическая и магнитная проницаемость. В свою очередь, различия электрических свойств тканей (диэлектрической и магнитной проницаемости, удельного сопротивления) связаны с содержанием в них свободной и связанной воды. Все биологические ткани, по диэлектрической проницаемости, подразделяются на две группы: ткани с высоким содержанием воды - свыше 80% (кровь, мышцы, кожа, ткань мозга, ткань печени и селезенки) и ткани с относительно низким содержанием воды (жировая, костная). Коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды, при одинаковых значениях напряженности поля, в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием воды. Поэтому глубина проникновения электромагнитных волн в ткани с низким содержанием воды в 10 раз больше, чем в ткани с ее высоким содержанием.

Тепловой и атермический эффект лежат в основе механизмов биологического действия электромагнитных волн. Тепловое действие ЭМП характеризуется избирательным нагревом отдельных органов и тканей, повышением общей температуры тела. Интенсивное облучение ЭМП может вызывать деструктивные изменения в тканях и органах, однако острые формы поражения встречаются крайне редко и их возникновение чаще всего связано с аварийными ситуациями при нарушении техники безопасности.

Хронические формы радиоволновых поражений, их симптомы и течение не имеют строго специфических проявлений. Тем не менее, для них характерно развитие астенических состояний и вегетативных расстройств, главным образом со

стороны сердечно-сосудистой системы. Наряду с общей астенизацией, сопровождающейся слабостью, повышенной утомляемостью, беспокойным сном, у больных появляются головная боль, головокружение, психоэмоциональная лабильность, боли в области сердца, повышенная потливость, снижение аппетита. Развиваются признаки акроцианоза, регионарный гипергидроз, похолодание кистей и стоп, тремор пальцев рук, лабильность пульса и артериального давления с наклонностью к брадикардии и гипотонии; дисфункция в системе гипофиз - кора надпочечников приводит к изменениям секреции гормонов щитовидной и половых желез.

Одним из немногих специфических поражений, вызываемых воздействием электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, является развитие катаракты. Помимо катаракты, при воздействии электромагнитных волн высоких частот, могут развиваться кератиты и повреждения стромы роговицы.

Инфракрасное (тепловое) излучение, световое излучение при высоких энергиях, а также ультрафиолетовое излучение большого уровня, при остром воздействии, могут приводить к расширению капилляров, ожогам кожи и органов зрения. Хроническое облучение сопровождается изменением пигментации кожи, развитием хронического конъюнктивита и помутнением хрусталика глаза. Ультрафиолетовое излучение небольших уровней полезно и необходимо для человека, так как способствует усилению обменных процессов в организме и синтезу биологически активной формы витамина D.

Эффект воздействия лазерного излучение на человека зависит от интенсивности излучения, длины волны, характера излучения и времени воздействия. При этом выделяют локальное и общее повреждение тех или иных тканей организма человека. Органом-мишенью при этом служит глаз, который легко повреждается, нарушается прозрачность роговицы и хрусталика, возможно повреждение сетчатки глаза. Лазерное изучение, особенно инфракрасного диапазона, способно проникать через ткани на значительную глубину, поражая внутренние органы. Длительное воздействие лазерного излучения даже небольшой интенсивности может привести к различным функциональным нарушениям нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, повышению утомляемости, снижению работоспособности.

Гигиеническое нормирование электромагнитных полей. Согласно нормативным документам: СанПиН «Санитарно-эпидемиологические требования к эксплуатации радиоэлектронных средств с условиями работы с источниками электромагнитного излучения» № 225 от 10.04.2007 г. МЗ РК; СанПиН «Санитарные правила и нормы защиты населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами» № 3.01.002-96 МЗ РК; МУ

«Методические указания по осуществлению государственного санитарного надзора за объектами с источниками электромагнитных полей (ЭМП) неионизирующей части спектра» № 1.02.018/у-94 МЗ РК; МУ «Методические рекомендации по проведению лабораторного контроля за источниками электромагнитных полей неионизирующей части спектра (ЭМП) при осуществлении государственного санитарного надзора» № 1.02.019/р-94 МЗ РК регламентируется интенсивность электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах персонала,
осуществляющего работы с источниками ЭМП и требования к проведению контроля, а также регламентируется облучение электрическим полем, как по величине напряженности, так и продолжительности действия.

Частотный диапазон радиочастот электромагнитных полей (60 кГц - 300 МГц) оценивается напряженностью электрической и магнитной составляющих поля; в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц - поверхностной плотностью потока энергии излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой (ЭН). Суммарный поток энергии, проходящий через единицу облучаемой поверхности за время действия (Т), и выражающийся произведением ППЭ Т представляет собой энергетическую нагрузку.

В случаях, когда время воздействия ЭМП на персонал не превышает 50% продолжительности рабочего времени, допускаются уровни выше указанных, но не более чем в 2 раза.

Нормирование и гигиеническая оценка постоянных магнитных полей (ПМП) в производственных помещениях и на рабочих местах (Таблица №37) осуществляется дифференцировано, в зависимости от времени воздействия на работника в течение рабочей смены и учетом условий общего или локального облучения.

Достаточно широко используются также гигиенические нормативы ПМП (Таблица № 38), разработанные Международным комитетом по неионизирующим излучениям, которое функционирует при Международной ассоциации радиационной защиты.

Введение

Тема реферата «Защита человека от вредного воздействия электромагнитного поля промышленной частоты» по дисциплине «Основы безопасности жизнедеятельности».

В настоящее время в быту и на производстве широко используются приборы и электроустановки различного назначения, распространяющие электромагнитные поля. Среди различных физических факторов окружающей среды, которые могут оказывать неблагоприятные воздействия на человека, большую опасность представляет электромагнитное поле (ЭМП) промышленной частоты 50 Гц.

Источники электромагнитных полей

Органы чувств человека не воспринимают электромагнитные поля. Человек не может контролировать уровень излучения и оценить грозящую опасность, своего рода электромагнитного смога. Электромагнитное излучение распространяется во всех направлениях и оказывает, прежде всего, воздействие на человека, работающего с прибором-излучателем, и на окружающую среду (в том числе и на другие живые организмы). Известно, что магнитное поле возникает вокруг любого предмета, работающего от электрического тока. Элементарным источником ЭМП является обычный проводник, по которому проходит переменный ток любой частоты, т.е. практически любой электроприбор, применяемый человеком в быту, является источником ЭМП.

Электрические сети, опутывающие стены наших квартир, хорошо можно увидеть в период их монтажа, еще до оштукатуривания стен. Это, прежде всего, разводка сетей ко всем розеткам и выключателям, а также кабели и различного вида удлинители электробытовых приборов. Добавьте сюда еще и кабели, питающие жилые дома от городских трансформаторных подстанций, разводку электросетей по этажам дома к электросчетчикам и средствам автоматической защиты каждой квартире, систему электропитания лифтов и освещения коридоров, подъездов домов и т.д.

В повседневной деятельности в условиях территории, занятой жилой и общественной застройкой, улицами, площадями общего пользования, человек также подвергается действию ЭМП промышленной частоты от разных источников.

Через жилые районы городов проложены воздушные линии электропередачи (ЛЭП). Воздушные ЛЭП глубокого ввода напряжением 10, 35 и 110 кВ, проходящие через жилую застройку, затрагивают небольшую часть жителей городов и населенных пунктов, но вызывают обоснованные жалобы с их стороны даже при отсутствии превышения предельно допустимых уровней (ПДУ) электромагнитного поля. Среди других источников электромагнитных полей промышленной частоты достаточно широко распространены открытые распределительные устройства трансформаторных подстанций, городской электротранспорт (контактные сети троллейбусов и трамваев) и железнодорожный электротранспорт, как правило, или приближенный к жилым корпусам, или перерезающий населенные пункты (села, города и пр.). Конечно, стены домов, особенно из железобетонных панелей, являются экранами и, тем самым, снижают уровень ЭМП, однако не учитывать воздействие внешних ЭМП на человека нельзя. В табл.1 приведены средние уровни электромагнитного поля на открытой территории и внутри жилых помещений, полученные для г. Оренбурга, который практически представляет собой среднестатистический промышленный район СНГ.

Помимо внутренних и внешних электросетей не следует забывать еще и внутренние и локальные источники ЭМП, максимально приближенные к человеку. К ним можно отнести физиотерапевтическую аппаратуру больниц, бытовые электропотребляемые радио- и электроприборы, питаемые от электросетей с промышленной частотой 50 Гц.

Замеры напряженности магнитных полей, создаваемых бытовыми электроприборами, показали, что их кратковременное воздействие оказывается даже более сильным, чем долговременное пребывание человека рядом с линиями электропередачи. Уровень напряженности магнитного поля на различных расстояниях от бытовых приборов до человека, мГс, приведен в табл. 2.

В процессе эволюции и жизнедеятельности человек испытывает влияние естественного электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды.

Однако вследствие научно-технического прогресса электромагнитный фон Земли в настоящее время не только увеличился, но и претерпел качественные изменения. Появились электромагнитные излучения таких длин волн, которые имеют искусственное происхождение в результате техногенной деятельности (например, миллиметровый диапазон длин волн и др.).

Спектральная интенсивность некоторых техногенных источников электромагнитного поля (ЭМП) может существенным образом отличаться от эволюционно сложившегося естественного электромагнитного фона, к которому привыкли человек и другие живые организмы биосферы.

Источники электромагнитных полей

К основным источникам ЭМП антропогенного происхождения относятся телевизионные и радиолокационные станции, мощные радиотехнические объекты, промышленное технологическое оборудование, высоковольтные линии электропередач промышленной частоты, термические цехи, плазменные, лазерные и рентгеновские установки, атомные и ядерные реакторы и т.п. Следует отметить техногенные источники электромагнитных и других физических полей специального назначения, применяемые в радиоэлектронном противодействии и размещаемые на стационарных и передвижных объектах на земле, воде, под водой, в воздухе.

Любое техническое устройство, использующее либо вырабатывающее электрическую энергию, является источником ЭМП, излучаемых во внешнее пространство. Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).

Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот являются радиотехнические объекты (РТО), телевизионные и радиолокационные станции (РЛС), термические цехи и участки в зонах, примыкающих к предприятиям. Воздействие ЭМП промышленной частоты связано с высоковольтными линиями (ВЛ) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и РЛС, имеют размеры до 100...150 м. При этом внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.

Спектр электромагнитных излучений техносферы

Электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитное поле в вакууме характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В, которые определяют силы, действующие на неподвижные и движущиеся заряды. В системе единиц СИ размерность напряженности электрического поля [Е] = В/м - вольт на метр и размерность индукции магнитного поля [В] = Тл - тесла. Источниками электромагнитных полей являются заряды и токи, т.е. движущиеся заряды. Единица заряда в СИ называется кулон (Кл), а единица тока - ампер (А).

Силы взаимодействия электрического поля с зарядами и токами определяются следующими формулами:

F э = qЕ; F м = , (5.9)

где F э - сила, действующая на заряд со стороны электрического поля, Н; q - величина заряда, Кл; F M - сила, действующая на ток со стороны магнитного поля, Н; j - вектор плотности тока, указывающий направление тока и равный по абсолютной величине А/м 2 .

Прямые скобки во второй формуле (5.9) обозначают векторное произведение векторов j и В и образуют новый вектор, модуль которого равен произведению модулей векторов j и В, умноженному на синус угла между ними, а направление определяется по правилу правого "буравчика", т.е. при вращении вектора j к вектору В по кратчайшему расстоянию вектор . (5.10)

Первое слагаемое соответствует силе со стороны электрического поля напряженностью Е, а второе - магнитной силе в поле с индукцией В.

Электрическая сила действует в направлении напряженности электрического поля, а магнитная сила перпендикулярна как скорости заряда, так и вектору индукции магнитного поля, и ее направление определяется по правилу правого винта.

ЭМП от отдельных источников могут быть классифицированы по нескольким признакам, наиболее общий из которых - частота. Неионизирующие электромагнитные излучения занимают довольно широкий диапазон частот от ультранизкочастотного (УНЧ) интервала в 0...30 Гц до ультрафиолетовой (УФ) области, т.е. до частот 3 · 1015 Гц.

Спектр техногенных электромагнитных излучений простирается от сверхдлинных волн (несколько тысяч метров и более) до коротковолнового γ-излучения (с длиной волны менее 10-12 см).

Известно, что радиоволны, свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, рентгеновские лучи и γ-излучение - все это волны одной электромагнитной природы, отличающиеся длиной волны (табл. 5.4).

Поддиапазоны 1...4 относятся к промышленным частотам, поддиапазоны 5...11 - к радиоволнам. К СВЧ-диапазону отнесены волны с частотами 3...30 ГГц. Однако исторически сложилось так, что под СВЧ-диапазоном понимают колебания волны длиной от 1 м до 1 мм.

Таблица 5.4. Шкала электромагнитных волн

Под оптическим диапазоном в радиофизике, оптике, квантовой электронике понимается диапазон длин волн примерно от субмиллиметрового до дальнего ультрафиолетового излучений. К видимому диапазону относятся колебания волн длинами от 0,76 до 0,38 мкм.

Видимый диапазон составляет небольшую часть оптического диапазона. Границы переходов УФ-излучения, рентгеновского, γ-излучений точно не фиксированы, но примерно соответствуют указанным в табл. 5.4 значениям λ и v. Гамма-излучение, обладающее значительной проникающей способностью, переходит в излучение очень больших энергий, называемое космическими лучами.

В табл. 5.5 приведены некоторые техногенные источники ЭМП, работающие в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Таблица 5.5. Техногенные источники ЭМП

Все источники ЭМП в зависимости от происхождения подразделя­ются на естественные и антропогенные .

В спектре естественных электромагнитных полей условно можно выделить три составляющие:

· геомагнитное поле (ГМП) Земли;

· электростатическое поле Земли;

· переменные ЭМП в диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Естественное электрическое поле Земли создается избыточным от­рицательным зарядом на поверхности, его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозо­вые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков-сотен кВ/м.

Геомагнитное поле Земли состоит из основного постоянного поля (его вклад 99%) и переменного поля (1%). Существование постоянно­го магнитного поля объясняется процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. В средних широтах его напряженность со­ставляет примерно 40 А/м, у полюсов 55,7 А/м.

Переменное геомагнитное поле порождается токами в магнитосфе­ре и ионосфере. Например, сильные возмущения магнитосферы могут быть вызваны магнитными бурями, многократно увеличивающими ам­плитуду переменной составляющей геомагнитного поля. Магнитные бури являются результатом проникновения в атмосферу летящих от Солнца со скоростью 1000... 3000 км/с заряженных частиц, так называе­мого солнечного ветра, интенсивность которого обусловлена солнечной активностью (солнечными вспышками и др.).

Свой вклад в формирование естественного электромагнитного фо­на Земли вносит грозовая активность (0,1... 15 кГц). Электромагнитные колебания на частотах 4... 30 Гц существуют практически всегда. Мож­но предположить, что они могут служить синхронизаторами некоторых биологических процессов, поскольку являются резонансными частота­ми для ряда из них.

В спектр солнечного и галактического излучения, достигающего Земли, входят ЭМИ всего радиочастотного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, видимый свет, ионизирующие излучения.

Человеческий организм излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии 0,003 Вт/м². Если общая площадь поверх­ности среднего человеческого тела 1,8 м², то общая излучаемая энергия приблизительно 0,0054 Вт.

В настоящее время впервые в мире российскими учеными выпол­нена разработка гигиенических рекомендаций, регламентирующих воз­действие на человека ослабленных геомагнитных полей. Поводом для подобных исследований послужили жалобы на ухудшение самочув­ствия и состояния здоровья лиц, работающих в специализированных экранированных сооружениях, в силу своих конструктивных особенно­стей препятствующих проникновению внутрь них ЭМИ естественного происхождения.

Ослабленные естественные геомагнитные поля (ГМП) могут создаваться также в подзем­ных сооружениях метрополитена (уровни естественных ГМП снижены в 2...5 раз), в жилых зданиях, выполненных из железобетонных кон­струкций (в 1,5 раза), в салонах легковых автомобилей (в 1,5... 3 раза), а также в самолетах, банковских хранилищах и т.д.

При нахождении человека в условиях дефицита естественных ЭМП возникает ряд функциональных изменений в ведущих системах орга­низма: возникает дисбаланс основных нервных процессов в виде пре­обладания торможения, дистонии мозговых сосудов, развиваются изме­нения со стороны сердечно-сосудистой и иммунной систем и др.

Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией делятся на две группы:

· источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 до 3 кГц;

· источники, генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, включая СВЧ-излучение.

К первой группе относятся, в первую очередь, все системы про­изводства, передачи и распределения электроэнергии (линии электро­передач - трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); офисная электро- и электронная техника, транспорт на электроприводе: железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской - метро, троллейбусный, трамвайный.

Протяженность ЛЭП в нашей стране составляет более 4,5 млн км. Источником излучения энергии в окружающее пространство являются провода ЛЭП. Несмотря на то, что электромагнитная энергия поля про­мышленной частоты (50 Гц) в значительной мере поглощается почвой, напряженность поля под проводами и вблизи них может быть значитель­ной и зависит от класса напряжения ЛЭП, нагрузки, высоты подвески, расстояния между проводами, растительного покрова, рельефа под ли­нией.

Источниками ЭМП в диапазоне 3 кГц... 300 ГГц являются переда­ющие радиоцентры, радиостанции НЧ, СЧ, КВЧ диапазонов, радио­станции FM (87,5... 10 МГц), мобильные телефоны, радиолокацион­ные станции (метеорологические, аэропортов), установки СВЧ-нагрева, ВДТ и персональные компьютеры и др.

Воздействию высоких уровней ЭМИ, создаваемых, например, пе­редающими радиоцентрами (ПРЦ) во многих случаях подвергаются не только служащие ПРЦ, но и люди, находящиеся в прилегающих домах. ПРЦ включают в себя одно или несколько технических зданий, в кото­рых находятся радиопередатчики и антенные поля, на которых распола­гаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем. Размещение ПРЦ может быть различным, например, в Москве характерно размеще­ние в непосредственной близости или среди жилой застройки (напри­мер, Октябрьский ПРЦ).

Радиолокационные станции имеют высокую мощность и оснаще­ны, как правило, остронаправленными антеннами кругового обзора, что приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с вы­сокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты - Иркутск, Сочи, Ростов-на-Дону и др.

В настоящее время в России несколько миллионов человек пользу­ются сотовой связью. Сотовая связь состоит из сети базовых станций и ручных персональных радиотелефонов. Базовые станции расположены на расстоянии от 1 до 15 км друг от друга, образуя между собой так на­зываемые «соты» посредством радиорелейной связи. Они обеспечива­ют связь с персональными радиотелефонами на частотах 450, 800, 900 и 1800 МГц. Мощность передатчиков находится в диапазоне от 2,5 до 320 Вт (как правило, 40 Вт).

Антенны базовых станций располагаются на высоте 15-50 м от по­верхности Земли, в основном, на крышах зданий. При их расположе­нии на крышах общественных, административных или жилых зданий осуществляется контроль электромагнитной обстановки, однако они не рассматриваются как потенциальные источники опасности, поскольку излучение боковых лепестков базовых антенн имеет небольшое значе­ние.

Ручные радиотелефоны сотовой связи имеют мощность 0,2... 7 Вт. Выходная мощность коррелируется с частотой: чем выше частота, тем меньше выходная мощность.

Для уменьшения последствий рекомендуется не прижимать телефон к уху, или прикладывать его во время разговора то к одному, то к друго­му уху и непрерывно говорить не более 2... 3 минут. Некоторые ученые предлагают изменить конструкцию радиотелефона так, чтобы антенна была направлена вниз относительно уха, а еще лучше в сторону от го­ворящего.

Источниками ЭМП в широком диапазоне частот являются ВДТ и персональные компьютеры . На рабочих местах пользователей компью­теров с мониторами на базе электронно-лучевых трубок фиксируются достаточно высокие уровни ЭМП, что говорит об опасности их биоло­гического действия, а распределение полей сложно и неодинаково на различных рабочих местах. Спектральная характеристика поля на ра­бочем месте пользователя компьютера и типичная карта электромагнит­ной обстановки приведены на рис. 7.2 - 7.4.

В промышленности высокочастотные ЭМИ используются для ин­дукционного и диэлектрического нагрева материалов (закалка, плавка, напыление металлов, нагрев пластмасс, склейка пластиков, термообра­ботка пищевых продуктов и др.).

Например, вблизи промышленных генераторов для высокочастот­ной закалки металлов, сушки древесины и т.п. напряженность электри­ческого поля на рабочих местах может достигать нескольких сот вплоть до тысячи В/м, а напряженность магнитного поля - десятков А/м.

Рис. 7.2. Спектральная характеристика переменно­го электрического поля на рабочем месте пользова­теля. Монитор СМ-102, Тайвань

Рис. 7.3. Пример распределения переменного электрического поля на рабочем месте пользователя

Рис. 7.4. Силовые линии магнитного поля вокруг дисплея

Источниками постоянных магнитных полей на рабочих местах являются: электромагниты и соленоиды постоянного тока, импульс­ные установки полупериодного и конденсаторного типа, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, литые и металлокерамические магниты, используемые в радиотехнике. Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнит­ных шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах, в устройствах для магнитной обработки воды, установках ядерного магнитного резонанса и др. Мощными источниками постоянного маг­нитного поля являются магнитогидродинамические генераторы, уров­ни магнитных полей которых в местах нахождения обслуживающего персонала достигают 50 мТл. Средние уровни постоянных магнитных полей в рабочей зоне операторов при электролитических процессах составляют 5...10мТл. Высокие уровни (10... 100мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке.

Электростатические поля возникают при работе с легко электризую­щимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока. Статические электрические поля широко используются в промышленности для электрогазоочистки, электроста­тической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и др.

*11111*В технологических процессах широко используют искусственные источники ЭМП, работающие в следующих частотных диапазонах: f = 3-300 Гц – токи промышленной частоты; f = 60 кГц-300 ГГц – токи радиочастот. На металлургических заводах применяют установки для индукционной обработки металлов, которые позволяют: плавить, закаливать, отжигать, сваривать металл. Кроме того, источниками ЭМП являются средства автоматики, трансформаторы, конденсаторы, электронно-лучевые трубки.

Эффективным средством защиты от ЭМП является экранирование . Выбор конструкции экрана зависит от диапазона волн, характера выполняемых работ, источника излучения.