Електромагнітні випромінювання та їх вплив на організм людини

План

1. Джерела електромагнітних полів

2. Характеристики електромагнітних полів

3. Вплив ЕМП на організм людини

4. Нормування електромагнітних випромінювань

5. Методи захисту від БМП

Джерела електромагнітних полів

Із курсу фізики відомо, що навколо кожного електричного заряду існує електричне поле, а кожний електричний заряд, що рухається, створює в навколишньому просторі магнітне поле. Отже, навколо будь-якого об'єкта, яким протікає постійний чи змінний струм, так само, як і навколо будь-якого магніту, що рухається, існує електромагнітне поле (БМП). Інакше кажучи, рух поля одного виду завжди супроводжується появою поля іншого виду: електричне поле, що рухається, створює магнітне, а магнітне поле, що рухається, створює електричне.

Можна вважати, що в електроустановках електричне поле виникає за наявності напруги на струмопровідних частинах, а магнітне - при проходженні струму в проводах.

Простір, що оточує людину, заповнений різними електромагнітними полями, джерела яких, залежно від їх походження, можна розділити на дві групи: природні та штучні.

До природних джерел належать; електромагнітне поле Землі, яке в тому числі включає геопатогенні зони; космічні джерела радіохвиль (сонячні спалахи, магнітні бурі, випромінювання зірок тощо); процеси, які відбуваються в атмосфері Землі (блискавки, зміни в іоносфері).

До штучних джерел належать пристрої, які спеціально створені для випромінювання електромагнітної енергії (радіо і телевізійні станції, радіолокаційні установки, системи радіозв'язку, фізіотерапевтичні прилади та ін.), а також пристрої, що безпосередньо не призначені для випромінювання електромагнітної енергії в простір (лінії електропередач і трансформаторні підстанції, побутова і промислова техніка, оргтехніка тощо).

Таким чином, спектр частот електромагнітних полів, що оточують людину, охоплює діапазон від 50 Гц і менше до 3*10 у 26 ступені Гц.

Донедавна небезпечними джерелами промислових ЕМП вважалися в основному випромінювачі радіочастотного діапазону (3*10 у 4 ступені - 3*10 у 11 ступені Гц). Серед них називалися потужні установки високочастотного нагрівання, що застосовуються для плавки і кування металів, термічної обробки металів, діелектриків і напівпровідників. Енергію ЕМП використовують також для вирощування напівпровідникових кристалів і плівок, іонізації газів, одержання плазми, при зварюванні в інертних газах, зварюванні та пресуванні синтетичних матеріалів та ін. Як правило, при цих процесах виникають поля, що в сотні разів перевищують середнє природне поле Землі. Випромінювання надвисоких частот (3*10 у 4 ступені - 3*10 у 11 ступені Гц) утворюють і побутові прилади: НВЧ-печі, телевізори, монітори, стільникові телефони та ін.

Разом із тим у 60-х роках XX сторіччя з'явилася перша публікація про симптоми захворювань, що виявлені у працівників високовольтних електричних підстанцій промислової частоти (50 Гц). Установлено, що сильні ЕМП діють при експлуатації відкритих розподільних пристроїв і повітряних ліній електропередач напругою понад 330 кВ (500, 750, 1150 кВ), тому, згідно із санітарними нормами, такі лінії не повинні проходити по території населених пунктів.

Нині вчені заговорили вже і про шкідливу дію звичайних побутових електропроводок (напругою 220 В) і приладів (наприклад, електробритв, електрогрілок й електричних ковдр), які створюють ЕМП за інтенсивністю слабкіші, ніж природне поле Землі. Тому не рекомендується спати поблизу розетки, у яку включений холодильник чи інша постійно діюча установка.

Вплив на людину промислових джерел теплового випромінювання в діапазоні частот 3*10 у 12 ступені – 3*10 у 14 ступені Гц, видимого світла й ультрафіолетового випромінювання (З*10 у 16 ступені – 3*10 у 17 ступені Гц), рентгенівського (3*10 у 16 ступені – 3*10 у 20 ступені Гц) і гамма-випромінювань (3*10 у 19 ступені – 3*10 у 21 ступені Гц) розглядається у відповідних розділах підручника.

Характеристики електромагнітних полів

Змінне електромагнітне поле є сукупністю двох взаємозалежних змінних полів - електричного і магнітного, які характеризуються векторами напруженості електричного поля З (В/м) і напруженості магнітного поля Н (А/м) або магнітної індукції В (Тл).

Напруженості електричних і магнітних полів оцінюються за формулами:

де U - напруга, В; l - відстань, м; J - струм, А; r - радіус кола силової лінії навколо провідника, по якому тече струм, м.

Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля співвідношенням:

де м - магнітна проникність речовини; м0 - магнітна проникність вакууму, або магнітна стала, Гн/м.

Фази коливання Е та Н відбуваються у взаємно перпендикулярних площинах. При поширенні у вакуумі чи в повітрі

Електромагнітне поле несе енергію, яка визначається густиною потоку енергії ГПЕ (Вт/м2) чи інтенсивністю І (Вт/м2):

У випадку поширення ЕМП у вакуумі чи в повітрі з урахуванням виразу (3.65):

Інтенсивність ЕМП показує, яка кількість енергії протікає протягом однієї хвилини крізь переріз в 1 м2, який розташований перпендикулярно руху хвилі.

При випромінюванні сферичних хвиль ГПЕ може бути виражена через потужність Р(Вт), яка підводиться до випромінювача:

де R - відстань від джерела випромінювання, м.

Сумарний потік енергії, що проходить через одиницю поверхні, яка опромінюється, за час дії Т (год),- це енергетичне навантаження ЕН(Вт*год/м2):

Залежно від частоти 1 (Гц) чи довжини хвилі X (м) увесь радіочастотний діапазон розбито на піддіапазони (табл. 3.7). При поширенні ЕМП у вакуумі або в повітрі f та л пов'язані між собою співвідношенням:

де с - швидкість світла, що дорівнює 3*10 у 8 ступені м/с.

Таблиця 3.7. Класифікація електромагнітних полів радіочастотного діапазону

Частоти f, Гц | Високі (ВЧ)

3*10 у 4 ступені - 3*10 у 6 ступені | Ультрависокі (УВЧ) 3-10 у 6 ступені – 3*10 у 8 ступені | Надвисокі (НВЧ) 3*10 у 8 ступені -3*10 в 11 ступені

Довжина хвилі л, м | Довгі 10 у 4 ступені – 10 у 3 ступені і середні 10 у 3 ступені -10 у 2 ступені | Короткі 10 у 2 ступені - 10 і метрові 10 - 1 | Дециме-трові 1 – 10 у -1 ступені | Сантиметрові 10 у -1 ступені -10 у -2 ступені | Міліметрові

10 у -2 ступені - 10 у -3 ступені

Простір навколо джерела ЕМП умовно поділяють на три зони: ближню (зона індукції), проміжну (зона інтерференції) і дальню (зона випромінювання, або хвильова зона).

Максимальна довжина ближньої зони RБ.З для ізотропного випромінювача, який не створює спрямованого випромінювання, визначається за формулою:

У ближній зоні електромагнітна хвиля ще не сформувалася. Електричні і магнітні поля слід вважати незалежними одне від одного, тому цю зону можна характеризувати як електричною, так і магнітною напруженістю.

У зоні індукції Е ? 377Н, а їх векторні величини зміщені по фазі на 90*. На працівника впливає або тільки електричне, або тільки магнітне поле, або обидва поля. В установках діелектричного нагрівання Е >> 377Н, отже, небезпека опромінення визначається напруженістю електричного поля. В установках індукційного нагрівання (плавка, нагрівання металу при термічній обробці) E << 377H і небезпека опромінення визначається характеристиками магнітного поля.

При збільшенні відстані від джерела у ближній зоні Е убуває обернено пропорційно кубу відстані, а H - обернено пропорційно квадрату цієї відстані.

Дальня зона починається на відстані від джерела:

л.Деякі дослідники пропонують визначати цю відстань залежністю Rд.з ? 2

Дальня зона характеризується електромагнітною хвилею, що вже сформувалася, коли електрична і магнітна складові БМП збігаються за фазою. Саме для цієї зони характерне співвідношення (3.65). На організм працівника можливий лише одночасний вплив електричного і магнітного полів, тому їх дію можна характеризувати ГПЕ. У зоні випромінювання Е та Н убувають обернено пропорційно відстані від джерела.

Протяжність проміжної зони, в якій накладаються електрична і магнітна складові ЕМП, визначається співвідношенням:

Як відомо, явище інтерференції при накладенні когерентних хвиль з однаковими періодами коливань призводить до появи зон максимумів і мінімумів інтенсивності. За деякими даними може спостерігатися зростання інтенсивності в 13-42 рази і становити особливу небезпеку для людини.

На характер розподілу поля у виробничому приміщенні впливають устаткування, прилади і металеві конструкції будівлі, які створюють ЕМП вторинного випромінювання. Деформація поля відбувається також через присутність і недосконалість діелектриків.

Вплив ЕМП на організм людини

Сучасні наукові теорії не мають єдності щодо обґрунтування механізму впливу БМП на людину, особливо у випадку слабких електромагнітних випромінювань.

Ступінь і характер впливу ЕМП на організм людини залежать: від інтенсивності випромінювання; частоти коливань; площі поверхні тіла, що опромінюється; індивідуальних особливостей організму; режиму опромінення (безперервний чи переривчастий); тривалості впливу; комбінованої дії інших факторів виробничого середовища.

У діапазонах промислової частоти, радіочастот, інфрачервоного і частково ультрафіолетового світла (до частоти 3*10 у 16 ступені Гц) електромагнітні поля чинять тепловий вплив, У діапазоні частот рентгенівського спектра і вище ЕМП настільки змінюють енергію атомів, що їх називають іонізуючими.

Тепловий вплив ЕМП пояснюється наступним чином. Як відомо, тіло людини складається з клітин, що містять рідину (протоплазма, кров, лімфа та ін.), яка є електролітом. Під дією зовнішнього постійного електричного поля тканини живого організму поляризуються. Дипольні молекули (наприклад води) та іони, що містяться у рідкому .середовищі, переміщаються й орієнтуються за напрямком силових ліній зовнішнього поля. У змінному ЕМП електричні властивості живих клітин