Вибрационные и электромагнитные воздействия

Вибрационные воздействия

В целом, представленные выше инфразвуковые воздействия весьма сходны с другим часто встречающимся видом негативных силовых воздействий — вибрацией, определяемой хак колеба­тельное механическое движение точки или системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений хотя бы одной координаты.

Весьма важной особенностью восприятия вибрации человеком является то, что сам человек представляет собой с механической точки зрения многозвенную упруго-колебательную систему с до­статочно большим числом возможных резонансных частот. Поэто­му для человека существует не одна опасная резонансная частота вынужденных колебаний, обусловленных вибрационными воздей­ствиями, а целый спектр резонансных частот, каждая из которых приводит к своим собственным негативным соматическим послед­ствиям. В результате вибрационные патологии стоят на втором месте по частоте их возникновения в списке профессиональных заболеваний (после пылевых легочных болезней).

Характеризуя вибрационные воздействия, разделяют их, во-первых, на общие, .т.е. действующие на весь организм человека сразу, и локальные, действие которых ограничивается конечнос­тями или отдельными частями тела; во-вторых, важным для че­ловека оказывается и направление действия вибрации — верти­кальное или горизонтальное.

В частности, исследования показали, что человек тяжелее вос­принимает общее вертикальное направление вибрации, находясь в положении сидя с локальным резонансом частот для его головы в диапазоне 20—30 Гц, и горизонтальные вибрационные воздей­ствия — стоя с резонансом частот 1,5—2 Гц. Связано это в том числе с количеством передаваемой при этом человеку энергии от источника вибрационных воздействий и с влиянием различных направлений вибрации на вестибулярный аппарат человека.

Негативное восприятие вибрации человеком начинается уже с частоты около 0,7 Гц и достигает своего общего максимума при частоте примерно 5 Гц. Органы, расположенные в брюшной по­лости и грудной клетке человека, резонируют при частотах 3—8 Гц. Еще один общий резонанс организма при вертикальных виб­рациях наблюдается на частоте 15—20 Гц. Расстройство зритель­ного восприятия человека наступает при резонансе органов зре­ния в двух диапазонах частот; 25—40 и 60—90 Гц.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что человек чувствует дискомфорт и нарушения нормального состояния, бы­стро переходящие в болезненные ощущения, в широком диапа­зоне вибрационных воздействий на частотах 0,7—90 Гц.

Стремясь избежать явно болезненных и неприятных ощуще­ний от действия вибрации, но будучи не в силах полностыа ис­ключить ее воздействие в процессе выполнения трудовой дея­тельности, человек выбирает менее ощутимые для него рабочие частоты механизмов и машин, располагающиеся вне указанного выше резонансного диапазона, т.е. менее 0,7 Гц или более 90 Гц. Но действие как очень низких, так и высоких частот вибрации даже при всей их незаметности, а часто и привычности оказыва­ется для здоровья человека вредными.

Наиболее тяжелые последствия длительного.воздействия виб­рации на человеческий организм проявляются в виде распро­страненного профессионального заболевания — вибрационной болезни. Характерными и самыми критическими для развития данной болезни являются вибрационные частоты в диапазоне значений 30—250 Гц. В процессе заболевания отмечаются изме­нения сосудов и костно-суставного аппарата конечностей, по­вышенная чувствительность их к холоду и ноющие боли в них. Спазмы сосудов, вызванные локальной вибрацией, распростра­няются от кистей рук на предплечья и могут отражаться даже на сосудах сердца.

К общим негативным последствиям вибрационной болезни относятся серьезные нарушения нервной системы и вестибуляр­ного аппарата человека, расстройство координации движений, развитие головокружения и симптомов укачивания, нарушение зрительной функции и выпадение значительных участков поля зрения в виде их потемнения.

Особенно опасна толчкообразная вибрация большой амплиту­ды, вызывающая микротравмы внутренних тканей и органов с последующими их реактивными изменениями. Весьма негатив­но также сказывается на всех обменных процессах человеческо­го организма низкочастотная вибрация.

Безопасность трудовой деятельности человека при наличии вибрационных воздействий регламентируется специальным нор­мативным документом, но совершенно исключить вибрации из жизнедеятельности людей, по-видимому, не удастся никогда. Поэтому следует стремиться к всемерному ослаблению их дей­ствия как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуата­ции техники.

Еще одним важным фактором, влияющим на серьезность по­следствий влияния вибрационных воздействий, является время работы или нахождения человека в условиях вибрации опреде­ленной интенсивности. Очевидно, что, как и для других негатив­ных факторовГуве лич енне времени действия вибрации опреде­ленно ведет и к увеличению тяжести негативных эффектов по отношению к здоровью человека. Особенно это касается вибраций с большими значениями уровней скоростей и ускорений. Общая тенденция при этом такова, что с ростом частоты вибраций амп­литуда их колебаний должна быть сокращена, чтобы человек не испытывал болевых ощущений и мог продолжать работать допу­стимое нормативами время.

Электромагнитные воздействия

При рассмотрении группы факторов, имеющих в своей осно­ве электромагнитную природу, следует обратить внимание на повсеместный характер и распространенность их в современном мире.

Прежде всего отметим изредка встречающееся воздействие на человека электрического статического поля, возникающего в результате эффекта электризации некоторых видов материалов и приводящего к формированию слабых электрических разрядов при участии самого человека. Подобные разряды хотя и не в со­стоянии привести к какой-либо электротравме, но могут вызвать резкую инстинктивную реакцию человека, связанную с отдерги­ванием руки или откидыванием тела назад, что может спровоци­ровать серьезную механическую травму.

С физиологической точки зрения воздействию электростати­ческого поля подвержены нервная и сердечно-сосудистая систе­мы человека. Появляются раздражительность, головные боли, резкие изменения давления.

При наличии высоковольтных источников постоянного тока и образовании вокруг них электростатических полей предельно допустимый уровень их напряженности Е_эсд установлен специ­альными нормативами в 60 кВ/м при нахождении человека в зоне их действия не более 1 ч.

Расчеты показывают, что при напряженности электростати­ческого поля менее 20 кВ/м время нахождения в нем человека в течение рабочего дня можно не регламентировать.

Серьезные негативные последствия на здоровье человека мо­жет оказать воздействие постоянного магнитного поля. Несмот­ря на то что жизнедеятельность людей проходит в условиях ес­тественного магнитного поля Земли, напряженность которого составляет около 10 А/м, техносфера часто воздействует на че­ловека магнитными полями с напряженностями, на несколько порядков превышающих этот естественный магнитный фон.

Не вызывая у человека субъективных ощущений негативного характера при кратковременном действии, постоянное магнит­ное поле большой напряженности может при длительном воз­действии привести к нарушениям его нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной систем.

При локальном воздействии магнитного постоянного поля большой напряженности, например, на руки человека, работа­ющего с постоянными магнитами или монтирующего магнитные системы, развиваются местные вегетативные и трофические на­рушения кожного покрова, проявляющиеся в раздражении, синюшности, отечности или ороговелости кожи рук.

Согласно принятым нормативным документам максимально допустимая на производстве напряженность постоянного маг­нитного поля имеет значение 8 кА/м, что почти в тысячу раз пре­вышает указанный выше естественный магнитный фон нашей планеты. Однако, реальный уровень магнитных полей в произ­водственных условиях может составлять 30 кА/м при работе с электролизерами в алюминиевой промышленности, достигая 40 кАУм на рабочих местах при изготовлении постоянных магни­тов (особенно с использованием редкоземельных элементов) н даже уровня 80—200 кАУм при работе с установками ядерного магнитного резонанса. Иначе говоря, нормативно допустимый уровень напряженности постоянного магнитного поля в реально­сти может быть превышен в 4—25 раз.

Одним из возможных путей сохранения здоровья человека, вы­нужденно находящегося в зоне действия мощных источников маг­нитного поля, является жесткое ограничение времени его пребы­вания в подобных условиях 1,5—2 ч за рабочую смену. Другой путь заключается в использовании специальных замкнутых за­щитных экранов из магнитомягких материалов, надежно защи­щающих людей от действия магнитных силовых линий. Особое внимание следует уделять защите рук при работе в магнитном поле.

Существуют специальные нормативные документы, регла­ментирующие допустимое воздействие отдельно электрических переменных полей и отдельно магнитных переменных полей промышленной частоты 50 Гц. Однако наиболее сложным явля­ется комплексное воздействие на человека электромагнитного излучения (ЭМИ) при совместном влиянии периодически меня­ющихся электрической и магнитной составляющих. При этом электромагнитное поле как вид физического воздействия обла­дает по меньшей мере тремя важными особенностями.

Во-первых, сама электромагнитная волна формируется лишь на некотором расстоянии от излучателя электромагнитного поля, причем расстояние это пропорционально длине волны излучения.

Во-вторых, различные частоты спектра электромагнитных ко­лебаний обладают разной проникающей способностью и энерги­ей, которые пропорциональны частоте электромагнитного излу­чения.

В-третьих, различные диапазоны электромагнитного поля оказывают различное биологическое воздействие на человека.

Наиболее высокой биологической активностью обладают электромагнитные воздействия КВЧ и СВЧ диапазонов. Именно ЭМИ этих частот приводят к наиболее тяжелым формам пораже­ния организма человека.

В целом, негативное воздействие ЭМИ на человека проявля­ется сразу по нескольким направлениям. Прежде всего основным физиологическим эффектом такого воздействия является резко неравномерный нагрев тканей организма, причем тем больший, чем значительнее водная составляющая этих тканей, а также по­граничных зон, разделяющих ткани различной плотности. Так, для тканей с высоким содержанием воды поглощающая способ­ность энергии примерно в 60 раз выше, чем для тканей с низким содержанием воды. В результате под действием ЭМИ в организ­ме человека возникают значительные внутренние перепады тем­ператур.

Особенно чувствительны к такому повышению температуры хрусталик и роговица глаза, мозг, почки, желудок, желчный пу­зырь, мочевой пузырь, кишечник. Помутнение хрусталика и ка­таракта, ожоги роговицы глаза являются весьма характерными повреждениями от воздействия СВЧ и КВЧ диапазонов ЭМИ, вызывающих весьма сильный нагрев поверхностных тканей организма, включая кожный покров. При этом высокочастотные ЭМИ сильно влияют и на энергетический уровень внутренних тканей, ведя к их деструкции.

В то же время энергия более низкочастотных колебаний электромагнитного поля, обладая достаточной проницаемостью через ткани организма, в основном вызывает лишь тепловой на­грев глубоко расположенных внутренних органов. Особенно ярко поглощение энергии ЭМИ организмом проявляется на ча­стоте около 70 МГц, являясь своего рода «резонансным» погло­щением. Особенно страдают при этом органы со слабо разви­той сосудистой системой и сравнительно малым кровообраще­нием.

В случае если существующий биологический механизм тер­морегуляции человека не справляется с отводом генерируемого посредством ЭМИ тепла, то наступает общий перегрев организ­ма. Критическим для организма в этом смысле является значение 10 мВт/см², которое считается тепловым порогом и при превы­шении которого человеческий организм уже не может больше осуществлять нормальный теплообмен.

Следует также отметить, что кратковременное воздействие ЭМИ на человека, как правило, не приводит к каким-либо не­обратимым последствиям здоровья, и в крайнем случае может потребоваться лишь незначительная реабилитация. Другое дело, когда воздействия ЭМИ носят постоянный и долговременный характер. Тогда действительно могут наступить патологические изменения организма, связанные с повреждениями центральной нервной системы (ЦНС), нарушениями эндокринно-обменных процессов, иммунной системы, изменениями мозговой деятель­ности, сердечно-сосудистой системы, состава крови, выпадением волос, сверхнормативным снижением веса и другими болезнен­ными явлениями, ведущими к различным группам инвалиднос­ти. Поэтому основной целью всех существующих нормативов по ограничению вредных воздействий ЭМИ являются охрана здоро­вья человека и обеспечение его безопасности.

Среди источников электромагнитных воздействий с практи­ческой точки зрения значимыми для современного человека яв­ляются, по меньшей мере, три вида распространенных бытовых электроприборов: микроволновая печь, сотовый телефон и ком­пьютер. Строго говоря, каждый из этих источников ЭМИ явля­ется безопасным при нормальном использовании уже хотя бы потому, что прошел соответствующую сертификацию качества, т.е. адаптирован к действующим в нашей стране стандартам и нормативам, в том числе и специально разработанным. Однако следует обратить внимание на некоторые особенности их харак­теристик и эксплуатации.

К настоящему времени только в нашей стране насчитывается до 30 млн пользователей мобильной сотовой связи. Появившись в середине 1980-х гг., сотовая телефонная радиосвязь быстро завоевала всеобщую популярность и признание. В 1996 г. Меж­дународной комиссией по защите от неионизирующего излуче­ния (ICNIRP) при содействии Всемирной организации здраво­охранения (WHO) определены предельные уровни радиочастотных воздействий от сотовых телефонов и констатировано, что прове­денными исследованиями не выявлено вредного влияния этих воздействий на здоровье человека. В качестве нормативной базы разработчиками сотовых систем используются действующие международные стандарты.

Приемопередающее радиоустройства сотового телефона в ра­ботающем состоянии связано с сетью базовых станций, распола­гающихся друг от друга на расстоянии 1—15 км и имеющих наи­более часто используемую мощность передатчиков около 40 Вт (максимальные значения не превышают 320 Вт). При этом наи­большая напряженность ЭМИ таких станций составляет для электрического поля 38 В/м, а для магнитного поля —■ 0,1 А/м. Стандартные частоты сотовой связи, для обеспечения лучшего качества этой связи, постепенно растут и в последнее время до­стигли уже 1800 МГц (1,8 ГГц), заметно приблизившись к ниж­ней границе частотного диапазона СВЧ, хотя еще и не вторглись в него.

Мощность радиопередатчика сотового телефона обычно на­ходится в пределах 0,2—7 Вт и уменьшается как с ростом ис­пользуемой рабочей частоты связи, так и по мере расширения сети базовых станций, т.е. с уменьшением среднего расстояния между пользователем и ближайшей к нему базовой станцией со­товой связи. Наиболее неприятным и потенциально опасным фактором сотовой связи остается непосредственная близость ра­ботающего радиопередающего устройства сотового телефона к головному мозгу человека. Несмотря на малую мощность излу­чения такого радиопередатчика, генерируемая им напряженность поля может привести к сбою близко расположенной точной ап­паратуры или кардиостимулятора.

Учитывая быстрое убывание напряженности ЭМИ по мере увеличения расстояния от сотового телефона, в последнее время появились системы сотовой связи с использованием малогаба­ритных наушников и удалением радиопередающего устройства от головы пользователя. Другой путь повышения безопасности человека — это возможное сокращение времени использования сотовой связи без острой необходимости.

Микроволновые кухонные печи, используемые в быту, рабо­тают обычно на частоте 2450 МГц (2,45 ГГц), которая также не входит в частотный диапазон СВЧ, хотя и приближается к нему уже совсем вплотную. Особенностью микроволновых печей яв­ляется то, что само электромагнитное поле является для них внутренним «рабочим инструментом» и не предназначено для внешнего использования. Поэтому существующая изоляция корпу­са такой печи вполне достаточна для обеспечения безопасности пользователя от действия ЭМИ при правильной ее эксплуатации. Плотность потока энергии сформированного электромагнитного поля, как правило, не превышает 10 Вт/м² на расстоянии 5 см от корпуса микроволновой печи, так что, пользуясь формулой (4.6), легко подсчитать, что допустимое время безопасного пребыва­ния пользователя в такой непосредственной близости от работа­ющей электромагнитной системы составляет не более 12 мин в день. Но это время надо провести с работающей микроволновой печью буквально «в обнимку», что вряд ли диктуется реальны­ми условиями приготовления пищи.

Анализируя современные компьютерные системы с точки зре­ния их безопасности для пользователя, приходится констатиро­вать, что благодаря внедрению жидкокристаллических диспле­ев вредное влияние прежних мониторов с электронно-лучевыми трубками, которые и были прежде основным источником ЭМИ в компьютерах, сведены к минимуму. Но даже распространенные ранее электронно-лучевые мониторы формировали вокруг себя электромагнитное поле, которое на рабочем месте оператора имело как по плотности потока энергии, так и по электрической магнитной напряженности значения, далекие от предельно допу­стимых норм.

Например, в частотном диапазоне 0,02—2 кГц для электроннолучевого монитора на расстоянии 0,6 м от его экрана элект­рическая напряженность усредненно имеет значение 150 В/м, а магнитная напряженность — 0,55 А/м. При этом предельно до­пустимые энергетические нагрузки, создаваемые этими видами напряженности, равны 20 000 и 200 (А/м)²-ч соответственно. Используя далее формулы (4.4) и (4.5), несложно подсчитать, что допустимое время непрерывной работы оператора по критерию безопасности электрической и магнитной напряженности от дей­ствия мониторов намного превышает длительность нормально­го рабочего дня.

Другое дело, что, как уже указывалось в 4.2, в настоящее вре­мя в погоне за быстродействием постоянно возрастают рабочие частоты вновь выпускаемых процессоров современных компью­теров, которые уже достигли опасного уровня в 3066 МГц (3,066 ГГц), войдя в диапазон СВЧ. Учитывая длительный, многочасо­вой характер работы операторов компьютерных систем, этот факт кажется более чем настораживающим и требует тщатель­ной проверки уровней плотности потока энергии вокруг таких быстродействующих процессоров.

Подытоживая изложенный выше материал, следует отметить, что электромагнитные воздействия на сегодняшний день являют­ся для человека не только повсеместными, но и постоянными. По сути дела, меняются лишь источники этих воздействий и дей­ствующие уровни, но сами ЭМИ присутствуют в жизни людей, особенно городских жителей, ксегда. Поэтому, организуя свою жизнедеятельность и стремясь к обеспечению ее безопасности, человек должен внимательно учитывать все негативные факто­ры электромагнитных воздействий как на рабочем месте, так и при выборе места проживания или отдыха. Время их влияния надо свести к минимуму.