Отчет о лабораторной работе

ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

к.т.н., доц. Поленов А.Н.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

«ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ».

Цель лабораторной работы - ознакомить студентов с характеристиками электромагнитного излучения,, нормативными требованиями к электромагнитному излучению, провести измерения, электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от расстояния до источника, и оценить эффективность защиты от СВЧ излучения с помощью экранов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны : от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте f- от 3 10² до 3 10²⁰ Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия ненонизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМ полей радиочастот. .Они подразделяются по длине волны наряд диапазонов (табл. 1).

Таблица 1

				По международному регламенту
Название диапазона	Длина волны	Диапазон частот	Частота '
				Название диапазона частот	Номер
Длинные волны (ДB)	1-1 км	Высокие частоты (ВЧ).	от 3 до 300 кГц	Низкие (НЧ)
Средние волны ( СВ)	1км -100м	То же	от 0,3 до 3 МГц	(.Средине (СЧ)
Короткие волны (KB)	100 – 10 м	То же	от 3 до 30 MГц	Высокие (ВЧ)
Ультракороткие волны ракороткне юлим	10 - 1 м	Высокие частоты (УВЧ)	от 30 ло 300МГ ц	Очень высокие
(УКВ)				(ОВЧ)
Микроволны
дециметровые (дм);	1 м - 10 см	Сверхвысокие частоты	' от 0,3 J до 3 ГГц -	Ультравысокие (УВЧ)
сантиметровые (см);	10 - 1 см	(СВЧ)	от 3 ло.30 ГГц	Сверхвысокие (СВЧ1	9
миллиметровые: (мм);	1см - 1 мм'		от 30 до 300 ГГц	Крайневысокие (КВЧ)

. ЭМ поле складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.

В промышленности источниками ЭМП - являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от. 10 до 10⁶ Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной' частотой 50 - 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.): В соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 значения предельно допустимой напряженности ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06 - 300 Мгц на рабочих местах приведены в табл.2.

Таблица 2,

Составляющая ЭМП, по которой оценивается его воздействие, н.диапазон частот МГц	Предельно допустимая напряженность ЭМП в течении рабочего дня
Электрическая составляющая:
0,06 – 3 3 - 30	50 В/м 20 В/м
30 - 50	10 В/м
50 - 300	0,5 В/м
Магнитная составляющая: 0,06 – 1,5 30 - 50	5,0 А/м 0,3 А/м

. Предельно.допустимые уровни .(ПДУ) по электрической составляющей,.согласно-[5] не должны превышать; 20 В/м,.'д по: магнитной составляющей.-.5 А/м. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а в следствие этого, - по действию на среду, в т.ч. и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант ЭМ. излучения. Связь между энергией Y и. частотой f колебаний определяется как:

Y = h f ,или, поскольку длина волны λ и частота свяваны соотношением f = с/ λ

Y= h с/ λ

где: с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе (с = 3 10⁸ м/с),

h -постоянная Планка, равная 6,6 10³⁴Вт/см².

ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 3 зоны: ближнюю – зону индукции, промежуточную - зону интерференции и дальнюю - волновую зону. Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. источник можно рассматривать как точечный), границы зон определяются следующими расстояниями R:

· ближняя зона (индукции) R < λ/2π . ..

· промежуточная зона (интерференции) λ/2π <R< 2π λ

· дальняя зона (волновая) R >2π λ.'

Работающие с источниками излучения НЧ, СЧ и, в известной степени, ВЧ и ОВЧ диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов работающие часто находятся в волновой зоне.

В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т.е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. В этом случае ППЭ выражается в Вт/м² или производных единицах: мВт/см², мкВт/см². ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны), используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, "дефектоскопии," физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются, для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ аппараты используются для микроволновой терапии.

Наиболее опасными для человека являются ЭМП высокой и сверхвысокой частот. Критерием оценки степени воздействия ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при прибивании в электрическом поле. Величина поглащаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей человека.

По законам физики –изменения в веществе может .вызвать только та часть энергииизлучения, которая поглощается этим веществом, а отраженная ,или проходящая через него энергия действия не оказывает. Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от. физических параметров ЭМП радиочастотного диапазона: длины волны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма, а также, от площади .облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границе раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими их особенностями. Колебания дипольных молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, приводят к преобразованию электромагнитной –энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик глаза, стекловидное тело, семенники и .др.). Тепловой эффект. зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового, действия ЭМП на организм животного составляют:

для диапазона средних частот - 8000 В/м²,

высоких - 2250-В/м²,.

очень высоких - 150 В/м²,

дециметровых-- 40 мВт/см²,

сантиметровых- 10 мВт/'см²,

миллиметровых - 7 мВт/см²

ЭМП с меньшей интенсивностью не обладает термическим, действием на организм, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что согласно ряду теорий считается специфическим нетепловым действием, т.е. переходом ЭМ энергии, в объекте в какую-то форму нетепловой энергии. Нарушение гормонального равновесия при наличии СВЧ-фона на производстве следует рассматривать как противопоказания для профессиональной деятельности, связанной С нервной напряженностью труда и частыми стрессовыми ситуациями.

Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1 мВт/см². Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракты) - последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступают немедленно, но быстро проходят. В то же время при частотах около 55 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.

Клинические исследования людей, подвергшихся производственному воздействия СВЧ-облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см², показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.

Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводит к изменениям функционального состояния сердечнососудистой и Центральной нервной систем, нарушению обменных, процессов [2]. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ поля может возникать более или менее выраженное помутнение хрусталика глаза (катаракты). Нередко отмечают изменения и в составе крови.

В соответствии с санитарными нормами и правилами при работе с источниками ЭМП СВЧ частот предельно допустимые интенсивности ЭМП на рабочих местах приведены в табл. 3,

Таблица 3 . " .

В диапазоне СВЧ (300 МГц - 300 ГГц)	Предельно допустимая интенсивность
1. Для работающих при облучении в течение: 1) всего рабочего дня 2) не более 2 ч за рабочий день 3) не более 15-20 мин за рабочий день   2. Для лиц, не связанных профессионально, и для населения	10 мкВт/см2 100 мкВт/см2 1000 мкВт/см2   1 мкВт/см2

Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты. Защитные экраны делятся на:

1) отражающие излучение;

2) поглощающие излучение.

К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов. К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки, (при интенсивности выше 1 мВт/см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Внешний вид стенда представлен на рис. 1. Стенд представляет собой стол, выполненный в виде сварного каркаса со столешницей 1, под которой размещаются сменные экраны 2, используемые для изучения экранирующих свойств различных материалов. На столешнице 1 размещены СВЧ печь 3 (источник излучения) и координатное устройство 4. Координатное устройство 4 регистрирует перемещение датчика 5 СВЧ поля по осям «X», «Y». Координата «Z» определяется по шкале, нанесенной на измерительную стойку 6, по которой датчик 5 может свободно перемещаться. Это дает возможность исследовать распределение СВЧ излучения в пространстве со стороны передней панели СВЧ печи (элементы наиболее интенсивного излучения).

Датчик 5 выполнен в виде полувблнового вибратора, рассчитанного на частот 2,45 ГГц и состоящего из диэлектрического корпуса, вибраторов и СВЧ диода. Координатное устройство 4 выполнено в виде планшета, на который нанесена координатная сетка. Планшет приклеен непосредственно к столешнице 1. Стойка 6. изготовлена из диэлектрического материала (органического стекла), чтобы исключить искажение распределения СВЧ поля.

В качестве нагрузки в СВЧ печи огнеупорный шамотный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, обеспечивающая стабильность измеряемого сигнала.

Сигнал с датчика 5 поступает на мультиметр 7, размещенный на свободной части столешницы 1 (за пределами координатной сетки ).

На столешнице 1 имеются гнезда для установки сменных защитных экранов 2, выполненных из следующих материалов:

сетка из оцинкованной стали с ячейками 50 мм;

сетка из оцинкованной стали с ячейками 10 мм;

лист алюминиевый;

полистирол;

резина.

2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕНДА

2.2.1 Диапазон плотности потока электромагнитного излучения в изучаемой зоне СВЧ печи, мкВт/см² - 0....120

2.2.2.Соотношение показаний мультиметра М 3900 и измерителя

плотности потока ПЗ-19: - 1 мкА = 0,35 мВт/см²

2.2.3 Значения перемещений датчика относительно

СВЧ печи, мм, не менее:

по оси"X" 500 .

по оси "Y" ±250.

по оси "Z" 300

2.2.4. Мощность СВЧ печи, Вт не более 800

2.2.5. Количество сменных защитных экранов 5:

2.2.6. Размеры экранов, мм: (330 ±-5) х (500 ± 5)

2.2.7. Потребляемая мощность, В A, нe более: 1200

2.2.8. Цена деления шкал, по осям X, Y, Z, мм 10±1

2.2.9. Габаритные размеры стенда, мм, не более:

длина 1200

ширина 650

высота 1200 .

2.2.10Масса стенда, кг, не более 40

2.2.11. Электропитание стенда должно осуществляться от сети переменного тока,

напряжением, В 220 + 22

частотой, Гц 50±0,4

2.2.12. Режим работы СВЧ печи:

- продолжительность работы, мин, не более 5

- продолжительность перерыва между рабочими циклами; с, не менее 30

- уровень мощности, 100%

2.3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

2.3.1. К работе допускаются студенты, ознакомленные с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.

.2.3.2. Запрещается работать с открытой дверцей СВЧ печи.

2.3.3. Запрещается самостоятельно регулировать или ремонтировать дверь, панель управления, выключатели системы блокировки или .какие-либо другие части печи. Ремонт должен производиться только -специалистами.

2.3.4. СВЧ печь должна быть заземлена. .

-2.3.5. Не допускается включение и работа печи без нагрузки. Рекомендуется в перерывах между рабочими циклами оставлять в печи кирпич: При случайном включении печи, кирпич будет выполнять роль нагрузки.

3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

3.1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при проведении лабораторной работы и строго выполнять их.

3.2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

3.3. В печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.

3.4. Установить режим работы печи согласно П.2.2.-12: в соответствии с паспортом на 'конкретную СВЧ печь.

Для. СВЧ печи «Плутон» ее включение в рабочий, режим осуществляется в следующей последовательности; открыть дверцу нажатием прямоугольной клавшим; в нижней части лицевой панели; установить ручку «мощность» в крайнее правое положение; установить ручку «время» в положение 5 мни; плотно закрыть дверцу.

3.5. Разместить датчик на отметке 0 по оси X координатной системы. Перемещая датчик по оси У координатной системы и ocи Z (по стоике), определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафиксировать их численные значения.

Перемещая стойку с датчиком по координате X (удаляя его от печи до предельной отметки 50 см) снять показания мультиметра дискретно с шагом 20 мм. Данные замеров занести в табл.4. Построить .график распределения, интенсивности излучения в пространстве перед печью.

3.6. Разместить датчик на отметке 0 по оси Х. Зафиксировать показания мультиметра.

3.7. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра.

3.8. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле:

δ = ((I – I_з)/ I) 100% (1)

где I - показание мультиметра без экрана;

I_з - показание мультаметра с экраном.

3.9. Построить диаграмму эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.

3.10. Составить отчего работе.

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

4.1. Общие сведения

4.2. Схема стенда

4.3. Данные измерений (табл. 4 и5) .

Таблица 4

Номер измерения '	Значение Х.см	Значение У, см	Значение Z. см	Интенсивность излучения (показания мультиметра)
				*
n			*	■

Таблица5

Номера защитных экранов	Эффективность экранирования, δ
	-
5

4.4. Графики распределения интенсивности излучения в пространстве и диаграмма эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.

Дата j * Подпись студента

' БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

I.Орхрана.труда Г.Ф. Денисенко. «М: Высшая:ижола, 1985:- 31^:9с.

2. Охрана труда в химической промышленности Г.В. Макаров. - М.: Химия; 1989. - 496 с.

3. Справочник по технике безопасности П.А.Долин. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

4.Техника безопасности в электроэнергетических установках. Справочное пособие. П. А, Дояин: - М: 1987.

5. ГОСТ 42.1.006-84. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования.

6. Влияние электромагнитного излучения на жизнедеятельность человека и способы защиты от него. Учебное прсобле. С.Г. Захаров, Т,Т. Каверзнева. СНГТУ, 1992,-74 с.

7. Охрана труда в радио и электронной промышленности. Под редакцией С.Ш.Павлова. - М:, Энергия, 1986.

8. Влияние магнитных полей радиочастот на человека. Ю:Д. Думайский и др.- Киев 1975,-159с.