Применение электромагнитного поля
Электромагнитные поля генерируются токами, изменяющимися по направлению во времени. Спектр электромагнитных колебаний находится в широких пределах по длине волны (l) от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте (f) от 3*102 до 3*1020, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях народного хозяйства находит электромагнитная энергия неионизирующей части спектра. Это касается прежде всего электромагнитных полей радиочастот (ЭМП).
Электромагнитное поле (ЭМП) радиочастот характеризуется рядом свойств (способностью нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом), благодаря которым ЭМП широко используются в различных отраслях народного хозяйства: промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны диапазона низких, средних, высоких и очень высоких частот применяются для термообработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металла, закалка и отпуск, напайка твердых сплавов на режущий инструмент, пайка, плавка металлов и полупроводников, сварка, сушка древесины и др.), в радиосвязи, радиовещании, медицине.
Для индукционного нагрева наиболее широко используются ЭМП частотой 60 - 74, 440 и 880 кГц. Индукционный нагрев осуществляется в основном магнитной составляющей ЭМП за счет вихревых токов, наводимых в материалах при воздействии на них ЭМП.
ЭМП диапазона ВЧ и ОВЧ часто применяются в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине, для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сварка полимерной пленок при изготовлении обложек для книг, папок, пакетов, игрушек, спецодежды, полимеризация клея при склейке деревянных изделий, нагрев пластмасс и пресспорошков и др.). Нагрев диэлектриков осуществляется в основном электрической составляющей ЭМП. Установки диэлектрического нагрева преимущественно работают на частотах 27, 39, 4О МГц.
Электромагнитные волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радионавигации, для радиорелейной связи, многоканальной радиосвязи, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии и т. д. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации, вторичного разогрева пищеых продуктов и т. д.
В физиотерапии ЭМП используют как мощный терапевтический фактор в комплексном лечении многих заболеваний (ВЧ-установки для диатермии и индуктотермии, специальные аппараты для УВЧ-терапии и СВЧ-аппараты для микроволновой терапии).
Гигиеническая оценка ЭМИ
Интенсивность электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах персонала, осуществляющего работы с источниками ЭМП, и требования к проведению контроля регламентируются ГОСТом 12.1.006 - 84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».
ЭМП радиочастот в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц оцениваются напряженностью электрической и магнитной составляющих поля; в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц - поверхностной плотностью потока энергии (ППЭ) излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой (ЭН).
ЭН представляет собой суммарный поток энергии, проходящий через единицу облучаемой поверхности, за время действия (T), и выражается произведением ППЭ*T.
Напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ):
по электрической составляющей, В/м:
50 - для частот от 60 кГц до 3 МГц;
20 - для частот от 3 МГц до 30 МГц;
10 - для частот от 30 МГц до 50 МГц;
5 - для частот от 50 МГц до 300 МГц;
по магнитной составляющей, А/м:
5 - для частот от 60 кГц до 1,5 МГц;
0,3 - для частот от 30 МГц до 50 МГц.
Допускаются уровни выше указанных, но не более чем в 2 раза, в случаях, когда время воздействия ЭМП на персонал не превышает 50% продолжительности рабочего времени.
Предельно допустимые значения плотности потока энергии ЭМП в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц на рабочих местах персонала следует определять, исходя из допустимой энергетической нагрузки на организм с учетом времени воздействия по формуле:
ППЭПДУ = ЭНПДУ/Т
где ППЭПДУ - предельно допустимое значение плотности потока энергии, Вт/м2 (мВт/см2, мкВт/см2); ЭНПДУ - нормативная величина энергетической нагрузки за рабочий день, равная: 2Вт*ч/м2 (200 мкВ*ч/см2) для всех случаев облучения, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 20 Вт*ч/м2 (2000 мкВ*ч/см2) для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50; Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч (без учета режима вращения или сканирования антенн).
Максимальное значение ППЭПДУ не должно превышать 10 Вт/м2 (1000 мкВт/см2).
Биологическое действие ЭМИ
По законам физики изменения в веществе может вызвать только та часть энергии излучения, 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 радиочастот: длины волны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к её отражению на границах 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, 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/м, высоких - 2250 В/м,. очень высоких - 150 В/м, дециметровых - 40 мВт/см2, сантиметровых - 10 мВт/см2, миллиметровых - 7 мВт/см2. ЭМП ниже указанных величин не обладают термическим действием на организм, но вызывают слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что, согласно ряду теорий (молекулярной поляризации, ионной и концепции информационного взаимодействия ЭМП с живыми объектами), считается специфическим нетепловым действием, т. е. переходом электромагнитной энергии в объекте в какую-то форму нетепловой энергии. Так или иначе о биологическом действии ЭМП небольших интенсивностей существуют достаточно сложившиеся представления.
Действие ЭМП радиочастот на ЦНС при ППЭ более 1 мВт/см2 свидетельствует о ее высокой чувствительности к ЭМИ. Однако наблюдаемые реакции отличаются большой вариабельностью и фазным характером, включая условнорефлекторные и поведенческие реакции. Они в такой степени зависят от диапазона и режимов облучения, вида животных, что говорить о наличии каких-либо специфических корреляций весьма затруднительно, особенно в отношении гигиенического значения эффектов наблюдаемых в эксперименте, и возможности переноса представлений, полученных в опытах на животных, на человека. Последнее крайне осложняется высокоразвитой психикой человека, способной реагировать на самые разнообразные воздействия, а также и тем, что в условиях производства работающий почти никогда не подвергается изолированному воздействию ЭМП. Учитывая особенности человеческой психики при расширяющемся использовании источников ЭМП в быту (например, СВЧ - печей), переоценка возможности неблагоприятного действия ЭМП с деонтологической точка зрения столь же опасна, как и недооценка.
Клинические проявления воздействия ЭМП радиочастот. Непосредственные наблюдения на людях свидетельствуют о большом полиморфизме жалоб и отмечаемых симптомов.
Воздействия ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, могут приводить к изменениям функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению обменных процессов и др. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ могут возникать более или менее выраженные помутнения хрусталика глаза (катаракта). Нередко отмечаются изменения в составе периферической крови. Начальные изменения в организме обратимы. При хроническом воздействии ЭМП изменения в организме могут прогрессировать и приводить к выраженной патологии с астеновегетативными, ангиодистоническими и диэнцефальными проявлениями или энцефалопатии с выраженными органическими симптомами.
В результате воздействия радиочастотных излучений клинически различают 3 стадии изменений в организме: начальную, умеренно выраженную и выраженную, хотя клинические проявления у больных, как правило, не укладываются в рамки строго определенных синдромов, и на практике заболевание обозначается как «последствия хронического воздействия СВЧ - поля».