Электромагнитные поля и электромагнитные излучения

РАДИОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА

7.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЙ

Биосфера на протяжении всей эволюции находилась под влиянием 1 электромагнитных полей, так называемого фонового излучения, вызванного естественными причинами. В процессе индустриализации человечество I прибавило к этому целый ряд факторов, усилив фоновое излучение. В связи этим ЭМП антропогенного происхождения начали значительно превышать естественный фон и теперь превратились в опасный экологический фактор.

Применение радиотехнических приборов и систем, новых технологических процессов, использование которых приводит к излучению электромагнитной энергии в окружающую среду создает ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием электромагнитных излучений на организм человека. Под влиянием ЭМП происходит перегрев организма, наблюдается отрицательное влияние на центральную нервную систему, эндокринную, обмена веществ; сердечно-сосудистую, на зрение. Повышается утомляемость, артериальное давление, нарушается устойчивость влияния.

ЭМП в соответствии с законами Максвелла характеризируется

векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей. Векторы Е и Н бегущей электромагнитной волны в зоне

распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении

в проводящей среде они связаны соотношением

(2.55)

где ω — частота электромагнитных колебаний;

γ — удельная проводимость вещества экрана;

μ— магнитная проницаемость этого вещества;

k — коеффициент затухания;

R — расстояние от входной плоскости экрана до рассмат­риваемой точки.

Частоты и шкала электромагнитных волн представлены на рис. 2.21.

Инфразвуковые

волны

О 3 3-10² 310 310 310 310 3 10 3 10 3 10 Чистота. Ги

Рис. 2.21. Частоты и шкала электромагнитных волн

Согласно теории электромагнитного поля пространство около .источника переменного электрического или магнитного полей делится на две зоны: ближнюю, или зону индукции, которая находится на

расстоянии ( — длина волны, определяется из соотношения , где С — скорость распространения волны; f — частота электромагнитных колебаний) и зону излучения (распространения), которая находится на расстоянии R> /6.

Классификация ЭМП приведена на рис. 2.22.

Все электромагнитные поля и излучения делятся на естественные и антропогенные.

ЭМП естественного происхождения.Вокруг Земли существует электрическое поле напряженностью в среднем 130 В/м, которое уменьшается от средних широт до полюсов и к экватору, а также по экспоненциальному закону с отдалением от земной поверхности. Наблюдаются годовые, суточные и другие вариации этого поля, а также случайные его изменения под влиянием грозовых разрядов, осадков, вьюг, пылевых бурь, ветров.

Наша планета также имеет магнитное поле с напряженностью 47,3 А/м на северном, 39,8 А/м — на южном полюсах, 19,9 А/м — на магнитном экваторе. Это магнитное поле колеблется с 80-годовым и 11-годовым циклами изменений.

Электромагнитные поля и излучения
Природные		Антропогенные
Электрическое поле Земли		Радиоволны ВЧ и УВЧ диапазона
Магнитное поле Земли		свч излучение
Электромагнитное поле		ИЧ излучение
Земли
		Светловые лучи
Лазерное излучение

Рис. 2.22. Классификация ЭМП и излучений

Земля постоянно находится под влиянием ЭМП, которые излучает Солнце, в диапазоне в основном 10 МГц—10 ГГц. Спектр солнечного излучения достигает и более коротковолновой области, которая включает в себя инфракрасное (ИК), видимое, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновское и гамма-излучение. Интенсивность излучения меняется периодически, а также быстро и резко увеличивается при хромосферних вспышках.

Рассмотренные ЭМП влияли на биологические' объекты и в част­ности на человека во время всего его существования. Это предоставило возможность в процессе эволюции приспособиться к влиянию таких полей и выработать защитные механизмы, которые защищают человека от возможных излучений за счет естественных факторов. Однако всё же наблюдается корреляция между изменениями солнечной активности (вызванными ими изменениями электромагнитного излучения)и нервными, психическими, сердечно-сосудистыми заболеваниями людей, а также нарушением условно-рефлекторной деятельности животных.

Антропогенные излученияфактически охватывают все диапазоны. Рассмотрим влияние радиоволнового излучения, в частности излучение ВЧ и УВЧ диапазонов (диапазояы 30 кГц—500 МГц). Возможности прямого облучения радиоволнами определяются условиями их распространения, которые зависят от длины волны.

На длинных волнах (10—1 км) ЭМП создается волной, которая огибает земную поверхность и препятствия, которые на ней находятся (дома, растительность, неровности местности), и проходят между земной поверхностью и Нижней границей ионизационного слоя атмосферы. Они почти не поглощаются почвой. Сигналы мощных радиовещательных станций в этом диапазоне фактически в любое время суток свободно распространяются на далекие расстояния.

Средние волны (1000—100 м) также достаточно хорошо огибают земную поверхность, хотя при этом отклоняются препятствиями, которые имеют размер, больший от длины волны, и значительно поглощаются почвой. В связи с этим расстояние распространения средних волн составляет около 500 км, а для обслуживания больших территорий устанавливается сеть ретрансляционных станций. В этом диапазоне работают радиостанции на судах и аеродромная радиослужба. Но главную экологическую опасность создают мощные радиовещательные станции.

В диапазоне коротких волн (1.00-т—.10 м) радиоволна очень сильно поглощаются почвой, но для распространения на большое расстояние используется их отражение от земной поверхности и от ионосферы. В этом диапазоне работают радиовещательные станции и станции связи.

На ультракоротких волнах (10—1 м), которые сильно поглощаются почвой и почти не отражаются ионосферой, распространение сигналов происходит практически только в пределах прямой видимости. Для , увеличения этой зоны используют высоко размещенные антенны и ретрансляторы, причем ЭМП образовываются вследствие интерференции прямого и отраженного лучей. В этом диапазоне работают радиовещательные и телевизионные станции, расположенные, как правило, в местах большой концентрации населения.

Излучение СВЧдиапазона. Активность влияния ЭМП различных диапазонов частот различная; она значительно растет с ростом частоты и очень сильно влияет в СВЧ диапазоне. В данный диапазон входят дециметровые (100—10 см), сантиметровые (10—1 см) и миллиметровые

(10—1 мм) волны. Эти диапазоны объединяются термином „микроволновой".

Как и УВЧ, СВЧ излучение сильно поглощается почвой и не отражается ионосферой. Поэтому распространение СВЧ происходит в пределах прямой видимости.

На дециметрових волнах работают радиовещательные и теле­визионные станции, которые обеспечивают в связи со снижением уровня препятствий высшее качество передачи информации, чем в УВЧ диапазоне.

Все участки НВЧ диапазона используются для радиосвязи, в том числе радиорелейного и спутникового. В этом диапазоне работают практически все радиолокаторы.

Поскольку излучение СВЧ, поглощаясь плохопроводящей средой, вызывает их нагревание, этот диапазон широко используется в промышленных установках, которые базируются на использовании и других эффектов, связанных с СВЧ излучениями. Подобные установки используются и в быту. Влияние СВЧ излучения на живые ткани дало основание для. разработки терапевтической медицинской аппаратуры. Благодаря особенностям распространений СВЧ именно этот диапазон используется для передачи энергии лучом на большие расстояния.

7.2. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЙ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

. Под влиянием ЭМП и излучений наблюдаются: общая слабость, повышеная усталость, потливость, сонливость, а также расстройство сна, головная боль, боль, сердца. Появляется раздражение, потеря внимания, растет длительность речедвигательной и зрительномоторной реакций, повышается граница обонятельной чувствительности. Возникает ряд симптомов, которые являются свидетельством нарушения работы отдельных органов — желудка, печени, селезенки, поджелудочной и других желез. Угнетаются пищевой и половой рефлексы.

Регистрируются изменения артериального давления, частота сердечного ритма, форма электрокардиограммы. Это свидетельствует о нарушении деятельности сердечно-сосудистой системы. Фиксируются изменения показателей белкового и углеводного обмена, увеличивается содержание азота в крови и моче, снижается концентрация альбумина и растёт содержимое глобулина, увеличивается количество лейкоцитов, тромбоцитов, возникают и другие изменения состава крови.

Есть сведения о клинических проявлениях действия СВЧ-облучения в зависимости от интенсивности облучения. При интенсивности около 20 мкВт/см² наблюдается уменьшение частоты пульса, снижение артериального давления, тоесть реакция на облучение. С ростом интенсивности проявляются электрокардиологические изменения, при хроническом влиянии — тенденция к гипотонии, к изменениям со стороны нервной системы. Потом начинается ускорение пульса, колебание объема крови.

При интенсивности 6 мВт/см² замечены изменения в половых железах, в составе крови, мутность хрусталика. Далее — изменения в свертывании крови, условно-рефлекторной деятельности, влияние на клетки печени, изменения в коре головного мозга. Потом — повышения кровяного давления, разрывы капилляров и кровоизлияния в легкие и печень.

При интенсивности до 100 мВт/см² —хтойкая гипотония, стойкие изменения сердечно-сосудистой системы, двухсторонняя катаракта. Дальнейшее облучение заметно¹ влияет на ткани, вызывает болевые ощущения. Если интенсивность превышает 1 Вт/см², то это вызывает очень быструю потерю зрения.

Одним из серьезных эффектов, обусловленных СВЧ облучениям, есть повреждение органов зрения. На низких частотах такие эффекты не наблюдаются и поэтому их нужно считать специфическими для СВЧ диапазона.

Степень поражения зависит в основном от интенсивности и длительности облучения. С ростом частоты, напряженности ЕМП, которая вызывает повреждение зрения, степень поражения уменьшается.

Острое СВЧ облучение вызывает слезотечение, раздражение, сужение зрачков. Потом после короткого (1—2 суток) периода наблюдается ухудшение зрения, которое растет во время повторного облучения, что свидетельствует о кумулятивном характере поражения.

При влиянии излучения наблюдается повреждение роговицы глаз. Но среди всех тканей глаза наибольшей чувствительностью в диапазоне 1—10 ГГц обладает хрусталик. Сильное повреждение хрусталика обусловлено тепловым влиянием НВЧ (при плотности более 100 мВт/см²).

Люди, облученные импульсом СВЧ колебаний, слышат звук. В зависимости от длительности и частоты повторений импульсов этот звук воспринимается как щебетание, чирикание, журчание в какой-то точке (внутри или сзади) головы. Частота ощущения звука не зависит от частоты СВЧ сигнала.

Существует следующее объяснение слухового эффекта: под_х влиянием импульсов СВЧ энергии возбуждаются термоупругие волны давления в тканях мозга, которые действуют за счет костной проводимости на рецепторы внутреннего уха.

При исследований влияния СВЧ излучения небольшой (нетеп­ловой") интенсивности на мух наблюдались тератогенные эффекты (врожденные увечья), которые иногда имели мутагенний характер, тоесть унаследовались.

Обнаружено значительное влияние СВЧ на изменение физико-химических свойств и соотношение клеточных структур. Особенно это приводит к задержке и прекращению процессов размножения бактерий и вирусов, снижает их инфекционную активность.

7.З НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ РАДИОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА

Источниками электромагнитных излучений в радиотехнических устройствахлвляются генератор, тракты передачи энергии от генератора к антенне, антенные устройства, электромагниты в установках для термической обработки материалов, конденсаторы, высокочастотные трансформаторы, фидерные линии. При их работе в окружающую среду распространяются ЭМП. *

Установленные правилами предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМП распространяются на диапазон частот 30 кГц—300 ГГц (табл. 2.14).

Электромагнитное поле ВЧ и СВЧ, которое несет с собой энергию, может самостоятельно распространяться в пространстве без проводника элекротока со скоростью, близкой к скорости света. Оно меняется с этой же частотой, что и ток, Который его создал. Электромагнитное поле в 5—8 диапазонах частот оценивается напряженностью поля. Единицей измерения напряженности поля для электрической составляющей является вольт на метр (В/м). Поле в 9—11 диапазонах частот оценивается поверхностной плотностью потока энергии, (ППЭ). Единицей измерения ППЭ является Ватт на квадратный метр — (1 Вт/м² = 0,1 мВт/см² = 100 мкВт/см²).

Когда дозы электромагнитных излучений электромагнитных установок радиочастот превышают допустимые значения, возникают профессиональные заболевания.

Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля (электрическая составная ЭМП) выражаются среднеквадратическим (эффективным) значением, и уровнем ППЭ, который выражается средним значением, определяемым в зависимости от частоты (длины) волны и режима излучения по табл. 2.15.

ПДУ, приведенные вданной таблице, не распространяются на радиосредства телевидения, которые нормируются отдельно.

Таблица 2.14