ЭМП и излучения

Сегодня каждый житель нашей планеты буквально купается в океане невидимых электромагнитных волн. Радио- и телепередатчики рассылают их на сотни и тысячи километров. Пролетающие самолеты обшаривают Землю лучами локаторов. Высоковольтные линии протянулись через поля, леса и населенные пункты, возле них глохнут радиоприемники, а в сырую погоду вокруг проводов ЛЭП возникает свечение. Осваиваются новые диапазоны электромагнитных волн, увеличиваются излучаемые мощности. Сегодня прирост энергии ЭМ-волн сверхвысокочастотного диапазона, излучаемых в свободное пространство, во много раз превышает общий прирост всех видов энергии, вырабатываемой человечеством. В настоящее время обсуждается вопрос использования электромагнитных волн для передачи не только информации, но и энергии. Таким образом, за последние 80-90 лет возник и увеличивает свою интенсивность новый экологический фактор техногенного происхождения - искусственные электромагнитные поля (ЭМП).

Вокруг каждого электрического заряда существует материальный объект – электрическое поле, непрерывное в пространстве и способное действовать на другие электрические заряды. Любой движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле - непрерывное в пространстве и действующее на движущиеся электрические заряды. Изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное, а изменяющееся магнитно-вихревое электрическое поле. Совокупность этих полей неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем. Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между заряженными частицами.

Однажды начавшийся процесс взаимного порождения непрерывно продолжается и захватывает все новые области окружающего пространства. Взаимосвязанное распространение изменяющихся электрического и магнитного полей называется электромагнитной волной (рис.).

Рис.- Электромагнитное поле и электромагнитная волна

Электромагнитные волны, как и любые другие, характеризуются длиной волны -l [м], а источник, генерирующий излучение, частотой колебаний - f |Гц].

,

где V_C=3 × 10⁸ м/с

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 электромагнитных волн состоит из волн с длинами, соответствующими частотами от 10³ до 10²⁴ Гц. По мере убывания длины волны в диапазон включаются радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет (световые лучи), ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Спектр электромагнитного излучения

Источники ЭМП имеют природное и антропогенное происхождение. Природные: постоянное электрическое и постоянное магнитное поле Земли, создающееся избыточным отрицательным зарядом на ее поверхности; атмосферное электричество (грозовые облака, разряды молний), космические лучи (излучение солнца, звезд и т.д.).

Антропогенные:

- источники, генерирующие низкие и сверхнизкие частоты от 0 Гц до 3 кГц. Они включают все системы производства, передачи и распределения электроэнергии: линии электропередач (ЛЭП, трансформаторные подстанции, электростанции, кабельные системы), домашнюю и офисную электротехнику, транспорт на электроприводе (ж/д, метро, троллейбусы, трамваи);

- источники, генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. К ним относят функциональные передатчики (радио AM, ЧМ, телевидение, ВЧ, УКВ), радиотелефоны (авто-, радио СВ, любительские радиопередатчики, производственные), направленная радиосвязь (спутниковая радиосвязь, наземные релейные станции), навигация (воздушное сообщение, судоходство, радиоточка), локаторы (транспортные локаторы, контроль за воздушным транспортом), различное технологическое оборудование, медицинские терапевтические и диагностические установки, бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и пр.).

Переменное электромагнитное поле представляет собой совокупность магнитного и электрического полей, количественной характеристикой которых является напряженность электрического поля - Е, единица измерения вольт на метр (В/м) и напряженность магнитного поля - Н, единица измерения ампер на метр (А/м). Величины Е и Н - векторные, их колебания происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.

При распространении в воздухе или в вакууме Е=377*Н. Интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т.е. количеством энергии

протекающей за единицу времени через единицу поверхности расположенную перпендикулярно движению волны. В векторной форме имеет вид , единица измерения ватт на кв.метр (Вт/м²).

Еще в начале 20-го века, при сравнительно небольших мощностях радиоизлучающих средств, был установлен факт отрицательного воздействия ЭМП на функциональное состояние обслуживающего персонала. Сегодня накоплен значительный экспериментальных материал, позволивший выявить многие механизмы воздействия полей на живые организмы, а также установить зависимость степени этих воздействий от частоты, мощности, вида модуляции.

Современная теория при высоких уровнях облучающего ЭМП признает тепловой механизм воздействия. При помещении живой ткани в электрическое поле ионы, всегда имеющиеся в жидких средах организма, вследствие электролитической диссоциации молекул, переместятся вдоль силовых линий поля, ткани организма поляризуются. С возрастанием частоты электромагнитных колебаний они теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников. Такое изменение свойств происходит неравномерно. Существование между различными тканями организма областей с меньшей диэлектрической проницаемостью приводит к локальным нагревам (микронагревам). Если при этом механизм терморегуляции не способен путем рассеяния избыточного тепла предупредить перегревание тела, это отрицательно отражается на функциональном состоянии организма. Интенсивнее всего электромагнитные поля воздействуют на органы и ткани с большим содержанием воды: мозг, желудок, желчный и мочевой пузырь, почки.

При нагреве человеческого организма в электромагнитном поле происходит отвод избыточной теплоты до плотности потока энергии I=10 мВт/см². Эта величина называется тепловым порогом, начиная с которого система терморегуляции не справляется с отводом генерируемого тепла, происходит перегрев организма человека, что негативно сказывается на его здоровье.

Воздействие ЭМП с интенсивностью, меньшей теплового порога, носит нетепловой или информационный характер, проявляющийся в преобразовании информации, ее передачи, кодировании и хранении. Биологические эффекты, обусловленные этим воздействием, зависят уже не от величины энергии, вносимой в ту или иную систему, а от вносимой в нее информации. Информационный сигнал вызывает перераспределение энергии в самой системе, управляет происходящими в ней процессами. При достаточно высокой чувствительности воспринимающих систем передача информации осуществляется весьма малой энергией.

При длительном и многократном повторении слабых сигналов возможно проявление специфических эффектов - коммуляционного, стимуляционного, сенсибилизационного, дезадаптационного. Коммуляция - накопление суммарного эффекта при воздействии длительного или прерывистого облучения. Сенсибилизация - повышение чувствительности организма после слабого облучения к последующим воздействиям. Стимуляция - улучшение под влиянием ЭМП общего состояния или чувствительности отдельных органов. Дезадаптирующее действие СВЧ-излучений - снижение приспособляемости организма к другим видам воздействия: шуму, вибрации, рентгеновским излучениям. Такое воздействие нарушает функции сердечно-сосудистой системы, ухудшает обмен веществ, приводит к изменению состава крови, снижает биохимическую активность белковых молекул. При длительном воздействии на работающих электромагнитного излучения различной частоты возникают повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна, боли в области сердца, торможение рефлексов и т.д.

Исследования в области биологического действия ЭМП позволили определить наиболее чувствительные к излучению системы организма человека, к ним относятся: нервная, иммунная, эндокринная, репродуктивная и кроветворная.

Влияние на нервную систему. При воздействии ЭМП малой интенсивности возникают существенные отклонения на уровне нервной клетки, синапсов и изолированных нервных волокон, наблюдается склонность к развитию стрессорных реакций. Изменения проницаемости гемато-энцефалического барьера может привести к неожиданным неблагоприятным эффектам. Особую высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона.

Влияние на иммунную систему. При воздействии ЭМП процессы иммуногенеза нарушаются в сторону их угнетения. Например, у облученных животных течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией основу всех аутоиммунных состояний составляет иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-лимфоциты клеточного иммунитета. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме матери.

Влияние на эндокринную систему и нейрогуморалъную реакцию. В 1960-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. При действии ЭМП происходит стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождается увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающейся в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение.

Влияние на репродуктивную систему. Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов.

Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя периоды максимальной чувствительности к ЭМП имеются. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза.

Установлено, что чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма, а внутриутробное повреждение плода ЭМП может произойти на любом этапе его развития. Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволяют сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск развития врожденных уродств.

Длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было выделено самостоятельное заболевание - радиоволновая болезнь, которое имеет три синдрома по мере усиления тяжести заболевания: астенический синдром; астено-вегетативный синдром; гипоталамический синдром.

Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМ-излучения являются жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, наклонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации.

Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМ-излучения с достаточно большой интенсивностью. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП, через 1-3 года жалуются на раздражительность, нетерпеливость, у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и утомляемость.

Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых уровней ЭМ-излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может привести к психическим расстройствам.

Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП. Все средства и методы защиты от ЭМП могут быть разделены на 3 группы: организационные, инженерно-технические и лечебно-профилактические.

Организационные мероприятия по защите от ЭМП. К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМП (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП.

Защита временем применяется, в случае не возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

Защита расстоянием основывается на падений интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для создания необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п.

Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны, в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Для прогнозирования уровней электромагнитных излучений на стадии проектирования используются расчетные методы определения ППЭ и напряженности ЭМП. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: «Не входить, опасно!».

Инженерно-технические мероприятия. Принципы, положенные в основу инженерно-технической защиты, сводятся к следующему: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом с целью снижения или устранения электромагнитного излучения; защита рабочего места от облучения или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения.

Одним из основных способов защиты от электромагнитных полей является их экранирования в местах пребывания человека. Защитные свойства экранов основаны на эффекте ослабления напряженности и искажения электрического поля в пространстве вблизи заземленного металлического предмета.

Различают отражающие и поглощающие экраны. Первые изготавливают из материалов с низким электросопротивлением, чаще всего из металлов или их сплавов (меди, латуни, алюминия, стали). Весьма эффективно и экономично использовать не сплошные экраны, а изготовленные из проволочной сетки или из тонкой (толщиной 0,01—0,05 мм) алюминиевой, латунной или цинковой фольги. Хорошей экранирующей способностью обладают токопроводящие краски, а также металлические покрытия, нанесенные на поверхность защитного материала.

Под действием электромагнитного поля в материале экрана возникают вихревые токи (токи Фуко), которые наводят в нем вторичное поле. Амплитуда наведенного поля приблизительно равна амплитуде экранируемого поля, а фазы этих полей противоположны. Поэтому результирующее поле, быстро затухает в материале экрана, проникая в него на малую глубину. Экраны должны заземляться.

Эффективность действия экрана, или эффективность экранирования (Э), может быть рассчитана по формуле:

,

где I₀ - плотность потока энергии в данной точке при отсутствии экрана Вт/м²;

I - плотность потока энергии в той же точке при наличии экрана, Вт/м².

Другой вид экранов - поглощающие, изготовляются в виде эластичных и жестких пенопластов, резиновых ковриков, листов поролона или волокнистой древесины, обработанной специальным составом, а также из ферромагнитных пластин. Отраженная мощность излучения от этих экранов не превышает 4%. Например, радиопоглощающий материал "Луч", изготовленный из древесных волокон, в диапазоне длин волн излучения 0,15-1,5 м имеет отраженную мощность 1-3%.

Существуют и другие типы экранов, например, многослойные - обеспечивающие поглощение радиоволн в более широком диапазоне. Для улучшения экранирующего действия у многих типов радиопоглощающих материалов с одной стороны впрессована металлическая сетка или латунная фольга. При создании экранов эта сторона обращена в сторону, противоположную источнику излучения.

Несмотря на то, что поглощающие материалы во многих отношениях более надежны, чем отражающие, применение их ограничивается высокой стоимостью и узостью спектра поглощения.

Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок, через которые могут проникать радиоизлучения, применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такие свойства стеклу придает тонкая прозрачная пленка оксидов металлов, чаще всего олова, или металлов - медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачностью и химической стойкостью. Будучи нанесенной на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения в 1000 раз. При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 10000 раз.

Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой.

В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием на основе синтетических волокон. Их получают методом химической металлизации тканей различной структуры и плотности. Существующие методы получения позволяют регулировать количество наносимого металла и изменять поверхностное удельное сопротивление тканей. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью и могут дублироваться другими материалами, кожей, пленками.

В качестве дополнительного организационно-технического мероприятия по защите населения при планировании строительства необходимо использовать свойство "радиотени" возникающее из-за рельефа местности и огибания радиоволнами местных предметов.

В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется специальная одежда, выполненная из металлизированной ткани, и защитные очки. В том случае, когда облучению подвергаются только отдельные части тела или лицо, возможно использование защитного халата, фартука, накидки с капюшоном, перчаток, очков, щитков.

Лечебно-профилактические мероприятия. Санитарно-профилактическое обеспечение безопасности ЭМ воздействия включает следующие мероприятия:

- организация и проведение контроля выполнения гигиенических нормативов, режимов работы персонала, обслуживающего источники ЭМП;

- выявление профессиональных заболеваний, обусловленных неблагоприятными факторами среды;

- разработка мер по улучшению условий труда и быта персонала, по повышению устойчивости организма работающих к воздействиям неблагоприятных факторов среды.

Текущий гигиенический контроль проводится в зависимости от параметров и режима работы излучающей установки, не реже 1 раза в год. При этом определяются характеристики ЭМП в производственных помещениях, в помещениях жилых и общественных зданий и на открытой территории. Измерения интенсивности ЭМП также проводятся при внесении в условия и режимы работы источников электромагнетизма изменений, влияющих на уровни излучения (замена генераторных и излучающих элементов, изменение технологического процесса, изменение экранировки и средств защиты, увеличение мощности, изменение расположения излучающих элементов и т.д.).

В целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работники, связанные с воздействием ЭМП, должны проходить предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры в порядке, установленном соответствующим приказом Министерства здравоохранения (№ 700, от 19.06.84 г.). Периодические медосмотры для лиц, работающих в условиях воздействия СВЧ (миллиметровых, сантиметровых, дециметровых) диапазонов, осуществляются 1 раз в 12 мес., для работающих в условиях воздействия ЭМП УВЧ и ВЧ-диапазона (средние, длинные и короткие волны), 1 раз в 24 мес. В медицинском осмотре принимают участие терапевт, невропатолог, офтальмолог.

Все лица с начальными проявлениями клинических нарушений, обусловленных воздействием ЭМП (астенический, астено-вегетативный, гипоталамический синдром), а также с общими заболеваниями, течение которых может усугубляться под влиянием неблагоприятных факторов производственной среды (органические заболевания центральной нервной системы, гипертоническая болезнь, болезни эндокринной системы, болезни крови и др.), должны браться под наблюдение с проведением соответствующих гигиенических и терапевтических мероприятий, направленных на оздоровление условий труда и восстановление состояния здоровья работающих.

В зависимости от энергии фотонов спектр электромагнитных колебаний подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений, (схема).

Дата добавления: 2014-01-07