Защита от электромагнитных излучений. Нормирование
Морские суда оборудуются совершенными средствами радиосвязи и радионавигации, являющимися источниками мощных электромагнитных излучений.
Электромагнитные поля радиочастот неблагоприятно влияют на здоровье людей, причем опасность их воздействия увеличивается из-за того, что они не обнаруживаются органами чувств человека. Судовые радиочастотные средства связи являются источниками электромагнитных излучений широкого диапазона частот (СЧ, ВЧ, УВЧ), а радиолокационные станции источниками сверхвысокочастотного излучения (СВЧ). Интенсивность воздействия электромагнитных излучений оценивается величиной их параметров – взаимно-перпендикулярными векторами напряженности электрического Е (В/м), магнитного Н (А/м) полей и плотностью потока энергии I (вектором Умова-Пойнтинга). При распространении электромагнитныхполей в вакууме или воздухе Е = 377Н.
Плотность потока энергии электромагнитного излучения с круговой частотой ω (вектор Умова-Пойнтинга) определяется по формуле [84]
I = E*H
Пространство вокруг источника электромагнитного поля условно подразделяют на две зоны: зону индукции и зону излучения.
В зоне индукции r ≤ c/ω, где r – расстояние от источника, c - скорость распространения света в вакууме. По условиям безопасности воздействия электромагнитного поля на организм человека в этой зоне принято нормировать отдельно электрическую и магнитную составляющие напряженности электромагнитного поля.
В зоне излучения, при условии r > c/ω, нормируют плотность потока энергии, определяемого для точечного источника энергии по формуле [36]
I = Рист/(4*π*r2),
где Рист – мощность источника излучения.
Если источник излучения направленного действия то Iнапр = I*Θ, где Θ – коэффициент направленности излучения.
Тогда
Iнапр = Рист*Θ/(4*π*r2), (23)
Если геометрический размер источника обозначим D, то при D ≤ λ/2 Θ = 1…1,5; при D > λ/2 Θ = 4*π*D2/λ2, где λ = 2*π*с/ω – длина электромагнитной волны.
Биологический эффект воздействия электромагнитных полей определяется интенсивностью излучения (плотностью потока энергии), частотой колебаний, направленностью электромагнитного потока в пространстве, расстоянием между излучателем и человеком, в также индивидуальными особенностями организма.
Характер воздействия электромагнитных излучений на человеказаключается в поляризации элементарных частиц организмаиориентации ихотносительно векторных параметров электромагнитного поля. Ионные токи, возникающие при этом в жидких средах человеческого организма (кровь, лимфа, жир), вызывают в нем нарушение распределения электрических потенциалов и кровообращения. Кроме того, поглощение тканями организма энергии электромагнитного излучения вызывает так называемый тепловой эффект, т.е. местное или общее повышение температуры тела человека. Электромагнитные облучения вызывают тяжелую болезнь органов зрения – катаракту (помутнение хрусталика), а такие нарушение функций сердечно-сосудистой системы, и изменение обмена веществ в организме, а также изменения психики, снижение половых функций. Многие из перечисленных расстройств в организме человека имеют функциональный, т.е. обратимый характер. Они полностью исчезают с прекращением облучения недопустимого уровня. В связи с этим в нашей стране установлены предельно допустимые максимальные уровни электромагнитных облучений, действие которых на организм человека даже при длительном систематическом облучении, не вызывает в нем никаких нежелательных изменений.
Нормирование электромагнитных полей осуществляется и в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84ССБТ «Электромагнитные поля радиочастот», ГОСТ 12.1.002-84ССБТ «Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования проведения контроля на рабочих местах» и Санитарными правилами для морских судов.
Методы защиты от вредного воздействия электромагнитных излучений могут быть определены в результате анализа формулы (23). Как видно из формулы, для снижения мощности электромагнитного излучения на рабочем месте необходимо уменьшить мощность излучения генератора, установить между антенной и рабочим местом отражающий или поглощающий энергию экран и, наконец, увеличить расстояние между излучателем и рабочим местом.
Согласно Санитарным правилам интенсивность электромагнитных полей на рабочих местах персонала, обслуживающего установки, генерирующие электромагнитные энергию, не должна превышать предельно допустимых уровней:
а) по электрической составляющей
60 кГц…3 МГц…………………………..…...................…………50 В/м
3 МГц…30МГц……………………………………………….…...20 В/м
30 МГц…50МГц……………………………………………..……10 В/м
50 МГц…300МГц…………………………….……………………..5 В/м
б) по магнитной составляющей
60 кГц …I,5 MГц...….......…………..……………………………. 5 А/м
30 МГц… 50 МГц………………………….…………………….0,3 А/м
Предельно-допустимые плотности потока энергии магнитных полей в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц (СВЧ) следует устанавливать исходя из допустимого значения энергетической нагрузки на человека и времени пребывания его в зоне облучения.
Согласно Санитарным правилам она не должна превышать 10 Вт/м2, а при наличии рентгеновского излучения или высокой температуры (выше 20оС) – 1 Вт/м2.
Защита увеличением расстояния (r) от излучателя обеспечивается введением дистанционного управления генераторами электромагнитных излучений иисключением контакта судового персонала с зоной излучения (волновой зоной). Поэтому членам экипажа, планирующим проведение каких-либо работ вблизиантенн радиолокаторов или радиопередатчиков, необходимо согласовать с вахтенной службой сроки проведения работ.
Эффективным способом снижения излучаемой мощности (если этовозможно по условиям эксплуатации радиопередатчиков) является применение поглощающих нагрузок (аттенюаторов), которые используются в коаксиальных линиях и волноводах. Поглощающие нагрузки позволяют снизить интенсивность излучения в окружающую среду на 60 дБ и более.
Наиболее надежным и допустимым средством защиты от вредноговоздействия электромагнитных излучений является экранирование источников излучения и защищаемых объектов. Механизм защитного действия экрана заключается в следующем: под влиянием электромагнитного поля в металле экрана создаются токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле, которое по амплитуде почти равно, а по фазе противоположно экранируемому. Слабое результирующее поле гасится экраном, обеспечивая полную защиту объекта от воздействия электромагнитного поля.
Для экранирования рабочих мест применяют экраны из листового материала толщиной не менее 0,5 мм. Смотровые окна и другие отверстия в переборках и подволоках экранируют густой металлической сеткой с размерами ячеек, не превышающими 0,1 длины волны. Для устанавливаемых на современных судах РЛС применяют сетку с размерами ячеек не более 3 х 3 мм. Экраны изготовляют из материала с волновой электрической проводимостью (алюминиевые сплавы, медь, латунь и пр.) и надежно заземляют.
Если имеется вероятность отражения от экрана радиоволны в сторону рабочего места, то на экран обычно наносят слой радиопоглощающего материала. На современных судах все фидерные линии, несущие ток к рабочим контурам, передающие тракты, кабели выполняют коаксиальным проводом, что исключает необходимость их экранирования.
Весьма эффективным методом защиты от электромагнитных излучений является установка сверхвысокочастотного оборудования в отдельных экранированных помещениях, а также создание единого контураэкранирующих конструкций и заземление их на корпус судна. Управление радиопередающими устройствами, размещенными в аппаратной, осуществляется дистанционно из комплексного пульта управления находящегося в изолированном и экранированном помещении операторной.
В качестве средств индивидуальной защиты от электромагнитных излучений нашли применение халаты и комбинезоны из металлизированной ткани, защитные очки, стекла которых покрыты слоем золота или полупроводникового олова, поглощающих электромагнитную энергию.