Электромагнитные ноля и излучения

Электромагнитное взаимодействие характерно для заряженных частиц. Переносчиком энергии между такими частицами являются фотоны электромагнитного поля или излучения. Длина электромагнитной волны X (м) в воздухе связана с ее частотой/(Гц) соотношением Xf = с, где с — скорость света (м/с).

Электромагнитные поля и излучения разделяют на неионизирующие, в том числе лазерное излучение, и ионизирующие. Неионизирующие электромагнитные поля и излучения имеют спектр колебаний с частотой до 10²¹ Гц.

Неионизирующие электромагнитные ноля естественного происхождения являются постоянно действующим фактором. К ним относятся атмосферное электричество, радиоизлучения Солнца и галактик, электрические и магнитные поля Земли.

В условиях техносферы действуют также техногенные источники электрических и магнитных полей и излучений. Их классификация приведена в табл. 5.7.

Применение техногенных ЭМИ и ЭМИ различных частот показано в табл. 5.8.

Классификация неионизирующих техногенных излучений.

Таблица 5.8

Применение электромагнитных нолей и излучений.

Основными источниками электромагнитных полей радиочастот являются радиотехнические объекты, телевизионные и радиолокационные станции, термические цехи и участки (в зонах, примыкающих к предприятиям). Электромагнитные поля промышленной частоты чаще всего связаны с высоковольтными линиями электропередач, источниками магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях.

Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и РЛС, имеют размеры до 100—150 м. 11ри этом внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.

Значительную опасность представляют магнитные поля, возникающие в зонах, прилегающих к электрифицированным железным дорогам. Магнитные поля высокой интенсивности обнаруживаются даже в зданиях, расположенных в непосредственной близости от этих зон.

В быту источниками ЭМП и излучений являются телевизоры, дисплеи, печи СВЧ и другие устройства. Электростатические поля в условиях пониженной влажности (менее 70%) создают паласы, накидки, занавески и т. д. Микроволновые печи в промышленном исполнении не представляют опасности, однако неисправность их защитных экранов может существенно повысить утечки электромагнитного излучения. Экраны телевизоров и дисплеев как источники электромагнитного излучения в быту не опасны даже при длительном воздействии на человека, если расстояние от экрана превышают 30 см.

Наиболее неблагоприятная электромагнитная обстановка формируется при размещении антенных систем на ограниченных территориях (например, аэропорты, где плотности потока энергии достигают 1500—2000 мкВт/см²).

Мобильная связь и широкая система базовых станций существенно изменили ЭМП в окружающей среде и усилили его воздействие на человека. В настоящее время негативное воздействие сотовых телефонов на человека активно изучается.

В 2011 г. Международное агентство по изучению рака и ВОЗ впервые признали, что мобильные телефоны могут провоцировать развитие злокачественных опухолей у человека.

Раньше ВОЗ воздерживалась от официальных заключений по поводу мобильных телефонов, но после опубликования данных исследований, в которых участвовали 13 стран, признала их потенциальную опасность. Признаки поражения, по мнению некоторых исследователей, могут проявиться не сразу, а через 15—20 лет. Количество людей с опухолями головного мозга может вырасти существенно. В нормативах РФ временные допустимые интенсивности воздействия ЭМП от сотовой радиосвязи представлены в табл. 5.9.

Таблица 5.9

Временные допустимые интенсивности воздействия ЭМП от сотовой радиосвязи.

Электростатическое иоле полностью характеризуется напряженностью электрического поля Е (В/м).

Постоянное магнитное поле характеризуется напряженностью магнитного поля #(А/м), при этом в воздухе 1 А/м ««1,25 мкТл (Тл — тесла — единица магнитной индукции).

Электромагнитное поле характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи. Оно является совокупностью двух взаимосвязанных переменных полей — электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Я (А/м).

В зависимости от взаимного расположения источника электромагнитного излучения и места пребывания человека необходимо различать ближнюю зону (зону индукции), промежуточную зону и дальнюю зону (волновую зону) или зону излучения. При излучении от источников (рис. 5.11) ближняя зона простирается на расстояние Х/2 л, т. е. приблизительно на 1/6 длины волны. Дальняя зона начинается с расстояний Х 2 тг, т. е. с расстояний, равных приблизительно шести длинам волны. Между этими двумя зонами располагается промежуточная зона.

В зоне индукции, в которой еще не сформировалась бегущая электромагнитная волна, электрическое и магнитное поля следует считать независимыми друг от друга, поэтому эту зону можно характеризовать электрической и магнитной составляющими электромагнитного поля. Соотношение между ними в этой зоне может быть самым различным. Для промежуточной зоны характерно наличие как поля индукции, так и распространяющейся электромагнитной волны. Для волновой зоны (зоны излучения) характерно наличие сформированного ЭМП, распространяющегося в виде бегущей электромагнитной волны. В этой зоне электрическая и магнитная составляющие изменяются синфазно и между их средними значениями.

Рис. 5.11. Зоны, возникающие вокруг элементарного источника ЭМИ за период существует постоянное соотношение Е = р^ВЯ, где р_в — волновое сопротивление, Ом (р_в, здесь s — элек;

трическая постоянная; р — магнитная проницаемость среды).

Колебания векторов ЕН происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях. В волновой зоне воздействие ЭМП на человека определяется плотностью потока энергии, переносимой электромагнитной волной. При распространении электромагнитной волны в проводящей среде векторы Ei Н связаны соотношением.

где со — круговая частота электромагнитных колебаний, Гц; v — удельная электропроводность вещества экрана; z — глубина проникновения электромагнитного поля в экран; k= ШХЕ — коэффициент затухания. * 2.

При распространении ЭМII в вакууме или в воздухе, где р" = 377 Ом, Е = 377 Я, электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью потока энергии I = ЕН (Вт/м²), которая показывает, какое количество энергии протекает о.

за 1 с сквозь площадку в 1 м, расположенную перпендикулярно движению волны.

При излучении сферических волн плотность потока энергии в волновой зоне может быть выражена через мощность Р_ист, подводимую к излучателю,.

откуда напряженность электрического поля (В/м) равна.

где R — расстояние до источника излучения.

Воздействие электромагнитных полей на человека зависит от напряженностей электрического и магнитного полей, потока энергии, частоты колебаний, наличия сопутствующих факторов, режима облучения, размера облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма. Установлено также, что относительная биологическая активность импульсных излучений выше непрерывных. Опасность воздействия усугубляется тем, что оно не обнаруживается органами чувств человека.

Воздействие ЭСП на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). При этом электротравм никогда не наблюдается. Однако вследствие рефлекторной реакции на электрический ток (резкое отстранение от заряженного тела) возможна механическая травма при ударе о рядом расположенные элементы конструкций, падении с высоты и т. д. Исследование биологических эффектов показало, что наиболее чувствительны к электростатическому полю центральная нервная система, сердечно-сосудистая система, анализаторы. Люди, работающие в зоне воздействия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна и др.

Воздействие МП может быть постоянным от искусственных магнитных материалов и импульсными. Действие магнитных полей может быть непрерывным и прерывистым. Степень воздействия МП на работающих зависит от максимальной напряженности его в пространстве магнитного устройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения по отношению к МП и режима труда. При действии переменного магнитного поля наблюдаются характерные зрительные ощущения, которые исчезают в момент прекращения воздействия. При постоянной работе в условиях хронического воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, наблюдаются нарушения функций ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в крови. Длительное действие приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной областях, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца.

При постоянном воздействии ЭМП промышленной частоты наблюдаются нарушения ритма и замедление частоты сердечных сокращений. У работающих в зоне ЭМП промышленной частоты могут происходить функциональные нарушения ЦНС и сердечно-сосудистой системы, а также изменения в составе крови.

При воздействие ЭМП радиочастотного диапазона атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются. Полярные молекулы (например, воды) ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля; в электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, крови и т. п., после воздействия внешнего поля появляются ионные токи. Переменное электрическое иоле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т. д.), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время его воздействия, тем сильнее проявляются указанные эффекты. Избыточная теплота отводится до известного предела путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции. Однако, начиная с величины 1= 10 мВт/см², называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты, и температура тела повышается, что приносит вред здоровью.

Наиболее интенсивно электромагнитные поля воздействуют на органы с большим содержанием воды. При одинаковых значениях напряженности поля коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким ее содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения электромагнитных волн возрастает; различие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникновению макрои микротепловых эффектов со значительным перепадом температур.

Перегрев особенно вреден для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или с недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), которое обнаруживается не сразу, а через несколько дней или недель после облучения. Развитие катаракты является одним из немногих специфических поражений, вызываемых электромагнитными излучениями радиочастот в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц при плотности потока энергии свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воздействии ЭМП возможны ожоги роговицы.

При длительном действии ЭМП различных диапазонов длин волн умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и изменениями состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повыситься или понизиться давление, снизиться частота пульса, измениться проводимость в сердечной мышце, произойти нервно-психические расстройства, быстро развиться утомление. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии ЭМП происходит стойкое снижение работоспособности. В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая биологическая активность микроволнового (СВЧ) поля. Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления.

Появление мобильной связи (МС) с разветвленной системой базовых станций и широким частотным диапазоном электромагнитных полей (от 0,45 до 1,8 ГГц) существенно изменило электромагнитный фактор, усилив воздействие на человека. Однако в настоящее время не представляется возможным определить степень опасности воздействия МС на человека, особенно в плане отдаленных последствий.