Електромагнітні хвилі виникають при прискореному русі електричних зарядів. Джерела електромагнітних полів. Захист від електромагнітних полів та лазерного випромінювання

1. Екологія і безпека життєдіяльності
2. Глава 18. Захист від електромагнітних полів та лазерного випромінювання

Підручники для вузів

Екологія і безпека життєдіяльності

розділ: Економіка

Глава 18. Захист від електромагнітних полів та лазерного випромінювання

Електромагнітні хвилі виникають при прискореному русі електричних зарядів. Електромагнітні хвилі - це взаємопов'язане поширення в просторі змінюються електричного і магнітного полів. Сукупність цих полів, нерозривно пов'язаних один з одним, називається електромагнітним полем. Незважаючи на те, що довжина електромагнітних хвиль і їх властивості різні, всі вони, починаючи від радіохвиль і закінчуючи гамма-випромінюванням, - однієї фізичної природи. Досліджений в даний час діапазон електромагнітних хвиль складається з хвиль з довжинами, відповідними частотах від 103 до 1024Гц. У міру зменшення довжини хвилі в діапазон включаються радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло (світлові промені), ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання і гамма-випромінювання.

Джерелами електромагнітних полів є атмосферну електрику, космічні промені, випромінювання сонця, а також штучні джерела: різні генератори, трансформатори, антени, лазерні установки, мікрохвильові печі, монітори комп'ютерів та ін. На підприємствах джерелами електромагнітних полів промислової частоти є високовольтні лінії електропередач (ЛЕП) , вимірювальні прилади, пристрої захисту та автоматики, з'єднувальні шини та ін. залежно від довжини хвилі електромагнітне випромінювання ділять на ряд діапазонів в (табл. 18.1).

* Подані в таблиці діапазони частот включають верхні межі і виключають нижні.

** Представлені в таблиці діапазони довжин хвиль включають нижні межі і виключають верхні.

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі не залежить від довжини хвилі і дорівнює: С = 2,997925 • 108 м / с.

Електромагнітна хвиля, поширюючись в необмеженому просторі зі швидкістю світла, створює змінне електромагнітне поле, яке здатне впливати на заряджені частинки і струми, в результаті чого відбувається перетворення енергії поля в інші види енергії. Як уже сказано вище, змінне електромагнітне поле являє собою сукупність магнітного та електричного полів, кількісною характеристикою яких є напруженість електричного поля Е (розмірність - вольт на метр, або, скорочено, В / м) і напруженість магнітного поля Н (розмірність - ампер на метр , або, скорочено, А / м). Величини Е і Н - векторні, їх коливання відбуваються під взаімоперпендікулярних площинах.

При поширенні в повітрі або в вакуумі Е = 377 Н.

Щільність потоку енергії (I) може бути записана (у векторній формі) як . Ці величини показують, яка кількість енергії протікає за 1 с через площадку, розташовану перпендикулярно руху хвилі.

Якщо сформувалася електромагнітна хвиля має сферичну форму, то справедливо наступне рівність:

, (18.1)

де Pіст - потужність джерела випромінювання, Вт;

r - відстань від джерела випромінювання, м.

Звідси можна визначити напруженість електричного поля за формулою:

E = . (18.2)

Починаючи від джерела випромінювання всю область поширення електромагнітних хвиль прийнято умовно розділяти на три зони: ближню, проміжну і далеку. Радіус ближньої зони приблизно становить 1/6 хвилі від джерела випромінювання, а далека зона починається на відстані, що дорівнює приблизно 6 довжинах хвиль; проміжна зона знаходиться між ними.

Змінні електромагнітні поля здатні чинити негативний вплив на організм людини, наслідки якого залежать від напруженості електричного і магнітного полів, частоти випромінювання, щільності потоку енергії, розміру опромінюваної поверхні тіла людини і індивідуальних здібностей його організму. Тканини людського організму поглинають енергію електромагнітного поля1, в результаті цього відбувається нагрівання тіла людини. Найінтенсивніше електромагнітні поля впливають на органи і тканини з великим вмістом води: мозок, шлунок, жовчний і сечовий міхур, нирки. При впливі електромагнітного випромінювання на очі людини можливе помутніння кришталика (катаракта).

1 Провідні електричний струм тканини людського організму (рідкі складові тканин, кров і т.д.) нагріваються в результаті виникнення в них вихрових струмів, а непровідні, тобто діелектрики (хрящі, сухожилля і т.д.) - в результаті порушуваних електромагнітним полем коливань молекул діелектрика з подальшою їх поляризацією, що відбуваються з виділенням тепла.

Як відомо, людський організм має властивість терморегуляції, т. Е. Підтримання постійної температури тіла. При нагріванні людського організму в електромагнітному полі відбувається відведення надлишкової теплоти до щільності потоку енергії I = 10 мВт / см2. Ця величина називається тепловим порогом, починаючи з якого система терморегуляції не справляється з відведенням генерованого тепла, відбувається перегрів організму людини, що негативно позначається на його здоров'ї.

Вплив електромагнітних полів з інтенсивністю, меншою теплового порога, також небезпечно для здоров'я людини. Воно порушує функції серцево-судинної системи, погіршує обмін речовин, призводить до зміни складу крові, знижує біохімічну активність білкових молекул. При тривалому впливі на працюючих електромагнітного випромінювання різної частоти виникають підвищена стомлюваність, сонливість або порушення сну, болі в області серця, гальмування рефлексів і т.д.

Зміни, що відбулися під впливом електромагнітних полів порушення в організмі оборотні, якщо в ньому не відбулося патологічних змін. Для цього необхідно або припинити контакт з випромінюванням, або розробити заходи щодо захисту від нього.

При впливі на організм людини постійних магнітних і електростатичних полів з інтенсивністю, що перевищує безпечний рівень, можуть розвинутися порушення в діяльності серцево-судинної системи, органів дихання і травлення, можлива зміна складу крові і ін. Електричні поля промислової частоти (f = 50 Гц) впливають на мозок і центральну нервову систему.

Між людиною, що знаходиться в такому полі і володіє певним потенціалом, і металевим провідником з меншим потенціалом може виникнути електричний заряд, що призводить до судомних скорочень м'язів або іншим, більш тяжких наслідків (див. Гл. 20).

Гранично допустимі рівні опромінення в діапазоні радіочастот визначаються ГОСТом 12.1.006-84 «Електромагнітні поля радіочастот. Допустимі рівні на робочих місцях і вимоги до проведення контролю ». Відповідно до цього нормативного документа встановлено гранично допустиму напруженість електричного поля (Eпд, В / м) в діапазоні 0,06 - 300 МГц і гранично допустима енергетична навантаження за робочий день [ЕН , (В / м) 2 · год]. Між цими величинами

існує наступна зв'язок:

, (18.3)

де Т - час впливу протягом робочого дня, ч.

Для частот 0,06-3,0 МГц: = 500 В / м, = 20 000 (В / м) 2 ч

Для частот 3,0-30 МГц: = 300 В / м, = 7000 (В / м) 2 год

Для частот 30-300 МГц: = 80 В / м, = 800 (В / м) 2 год

Гранично допустима напруженість магнітного поля в діапазоні частот 0,06 - 3 МГц відповідно до названим вище ГОСТом повинна становити HПД = 50 А / м. Між цією характеристикою і гранично допустимої енергетичної навантаженням за робочий день [ , (А / м) 2 · год] існує наступна залежність:

, (18.4)

де Т - час впливу, год (величина не повинна перевищувати 200 А / м2).

Гранично допустимі рівні впливу постійних магнітних полів нормуються відповідно до СН № 1742-77. Напруженість такого поля (Я) не повинна перевищувати 8000 А / м.

Електричні поля промислової частоти нормуються відповідно до ГОСТу 12.1.002-84 «Електричні поля промислової частоти. Допустимі рівні напруги і вимоги до проведення контролю на робочих місцях ». Відповідно до цього нормативного документа гранично допустимий рівень напруженості електричного поля (Е) становить 25 000 В / м. Крім того, обмовляється припустимий час перебування (Т, ч) в електричному полі з різною напруженістю:

Е, в / м До 5000 В / м 5000-20 000 В / м Від 20 000 до 25 000 В / м

Т, ч Протягом Обчислюють за формулою 1/6

робочого дня

У нашій країні розроблені також гігієнічні нормативи для електростатичних полів, електричних полів діапазону частот 1-12 кГц, магнітних полів промислової частоти (50 Гц) і ін.

Розглянемо основні методи захисту від електромагнітних випромінювань. До них слід віднести раціональне розміщення випромінюючих і опромінюють об'єктів, що виключає або послаблює вплив випромінювання на персонал; обмеження місця і часу перебування працюючих в електромагнітному полі; захист відстанню, т. е. видалення робочого місця від джерела електромагнітних випромінювань; зменшення потужності джерела випромінювань; використання поглинаючих чи що відбивають екранів; застосування засобів індивідуального захисту і деякі ін.

З перерахованих вище методів захисту найчастіше застосовують екранування або робочих місць, або безпосередньо джерела випромінювання. Розрізняють відображають і поглинають екрани. Перші виготовляють з матеріалів з низьким електроопору, найчастіше з металів або їх сплавів (міді, латуні, алюмінію і його сплавів, сталі). Досить ефективно і економічно використовувати не суцільні екрани, а виготовлені з дротяної сітки або з тонкої (товщиною 0,01-0,05 мм) алюмінієвої, латунної або цинкової фольги. Доброю екранує здатність мають струмопровідні фарби (як струмопровідних елементів використовують колоїдне срібло, порошковий графіт, сажу та ін.), А також металеві покриття, нанесені на поверхню захисного матеріалу. Екрани повинні заземлюватися.

Захисні дії таких екранів полягають в наступному. Під дією електромагнітного поля в матеріалі екрану виникають вихрові струми (струми Фуко), які наводять в ньому вторинне поле. Амплітуда наведеного поля приблизно дорівнює амплітуді екраніруемого поля, а фази цих полів протилежні. Тому результуюче поле, що виникає в результаті суперпозиції (складання) двох розглянутих полів, швидко згасає в матеріалі екрану, проникаючи в нього на малу глибину.

Ефективність дії екрану, або ефективність екранування (Е), може бути розрахована за формулою:

Е = (18.5)

Де I0 - щільність потоку енергії в даній точці за відсутності екрану Вт / м2;

I - щільність потоку енергії в тій же точці при наявності екрану, Вт / м2;

або виражена в децибелах:

. (18.6)

Наприклад, замкнутий екран, зварений з листової сталі безперервним швом, має ефективність екранування в діапазоні частот 0,15-10 000 МГц приблизно 100 дБ.

Інший вид екранів - поглинають. Їх дія зводиться до поглинання електромагнітних хвиль. Ці екрани виготовляються у вигляді еластичних і жорстких пінопластів, гумових килимків, листів поролону або волокнистої деревини, обробленої спеціальним складом, а також з феромагнітних пластин. Відображена потужність випромінювання від цих екранів не перевищує 4%. Наприклад, радиопоглощающую матеріал «Луч», виготовлений з деревних волокон, в діапазоні довжин хвиль випромінювання 0,15-1,5 м має відображену потужність 1-3%.

Існують і інші типи екранів, наприклад, багатошарові.

Екранами можуть захищатися віконні прорізи і стіни будівель і споруд, що знаходяться під впливом електромагнітного випромінювання (ЕМВ). Будівельні конструкції (стіни, перекриття будівель), а також оздоблювальні матеріали (фарби і т.д.) можуть або поглинати, або відбивати електромагнітні хвилі.

Для захисту від електричних полів промислової частоти, що виникають уздовж ліній високовольтних електропередач (ЛЕП), необхідно збільшувати висоту підвісу проводів ліній, зменшувати відстань між ними, створювати санітарно-захисні зони вздовж траси ЛЕП на населеної території (табл. 18.2). У цих зонах обмежується тривалість робіт, а також заземляются машини і обладнання.

Особливим видом електромагнітного випромінювання є лазерне випромінювання, яке генерується в спеціальних пристроях, званих оптичними квантовими генераторами або лазерами. Ці пристрої широко застосовуються в різних областях науки і техніки, в тому числі для обробки різних матеріалів (отримання отворів, різання і т.д.), в медицині (проведення різних операцій), в системах зв'язку для передачі сигналів по лазерному променю, для вимірювання відстаней, для отримання об'ємних зображень предметів - голограм і в ряді інших областей.

Примітка. Значення, представлені в дужках, допускаються як виняток для сільської місцевості.

Рубінові лазери випромінюють в оптичній частині спектра. Тривалість імпульсів становить від декількох мілісекунд (мс) до сотень наносекунд (нс). Енергія одного імпульсу може досягати сотень джоулів при потужності в сотні мегават (1МВт = 106Вт). В даний час розроблений ряд оптичних квантових генераторів, що використовують різні оптичні середовища (фтористий кальцій, вольфрамат кальцію, різні гази і ін.). Ці лазери можуть працювати як в імпульсному, так і в безперервному режимах.

Лазерне випромінювання - електромагнітне випромінювання, що генерується в діапазоні хвиль 0,2-1000 мкм. Цей діапазон ділиться на наступні області спектра відповідно до біологічного дією лазерного променя: 0,2-0,4 мкм - ультрафіолетова область, 0,4-0,75 - видима, 0,75-1,4 мкм - ближня інфрачервона, понад 1,4 мкм - далека інфрачервона область. Найбільш часто використовують в техніці лазери з довжинами хвиль, мкм: 0,34, 0,49-0,51, 0,53, 0,694, 1,06 і ​​10,6.

Вплив випромінювання лазера на організм людини до кінця не вивчено. При роботі лазерних установок на організм людини можуть впливати наступні небезпечні і шкідливі виробничі фактори: потужне світлове випромінювання від ламп накачування, іонізуюче випромінювання, високочастотні і надвисокочастотні електромагнітні поля, інфрачервоне випромінювання, шум, вібрація, що виникають при роботі лазерних установок, і ін.

При впливі лазерного випромінювання на організм людини виникають різні біологічні ефекти, які залежать від енергетичних і часових параметрів випромінювання та в першу чергу від енергетичної експозиції в імпульсі, довжини хвилі і часу впливу лазерного випромінювання, виду опромінюваної тканини людського організму і ряду інших чинників. Енергетична експозиція може бути розрахована за формулою:

Н = Її t, (18.7)

де Н - енергетична експозиція;

Її - енергетична освітленість (відношення енергії випромінювання, що падає на

розглянутий ділянку поверхні, до його площі);

t - час впливу лазерного випромінювання.

Таким чином, з фізичної точки зору енергетична експозиція - це відношення енергії випромінювання, що падає на дiлянку поверхні, до площі цієї ділянки, помножене на тривалість опромінення.

Розрізняють первинні і вторинні біологічні ефекти, що виникають під дією лазерного випромінювання. Первинні зміни відбуваються в тканинах людини безпосередньо під дією випромінювання (опіки, крововиливи і т.д.), а вторинні (побічні явища) викликаються різними порушеннями в людському організмі, розвиненими внаслідок опромінення.

Найбільш чутливий до впливу лазерного випромінювання очей людини. Вплив на нього лазерного випромінювання може призвести до опіків сітківки і навіть до втрати зору. Небезпечно потрапляння лазерного променя і на шкіру людини, в результаті чого можуть виникнути опіки різного ступеня тяжкості і навіть обвуглювання шкіри. Лазерні промені високої інтенсивності можуть викликати не тільки ушкодження шкіри, а й поразку різних внутрішніх тканин і органів людини, що виражається у вигляді крововиливів, набряків, а також згортання або розпаду крові.

Нормування лазерного випромінювання проводять відповідно до СН № 2392-81 «Санітарні норми і правила пристрою і експлуатації лазерів». Основним нормованим параметром є енергетична експозиція (Н, Дж / см2) опромінюваних тканин за певний час впливу лазерного випромінювання. Якщо нормована величина Н (гранично допустимий рівень) не перевищено, то у що працюють під впливом лазерного випромінювання не викликатимуть первинні і вторинні біологічні ефекти. Величина граничної енергетичної експозиції залежить від довжини хвилі

лазерного випромінювання і тривалості його впливу на працюючого. Приклад такого нормування для лазерного випромінювання з довжиною хвилі від 0,2 до 0,4 мкм представлений в табл. 18.3. Загальний час опромінення в цьому випадку становить робочий день. Енергетична експозиція нормується на рогівці ока і шкірі.

Гранично Допустимі Рівні лазерного випромінювання (енергетічної Експозиції) відносяться до довжина хвиля від 0,2 до 20 мкм. Кроме того, в Санітарних нормах для Довжина хвиля від 0,4 до 1,4 мкм Встановлені гранично Допустимі Рівні енергетічної Експозиції сітківкі ока. Для видимої частини спектра (0,4-0,75 мкм), крім розглянутих характеристик, додатково нормується енергія випромінювання (Q, Дж) на сітківці ока.

До основних колективних засобів захисту від лазерного випромінювання відносяться застосування захисних екранів і кожухів; використання телевізійних систем спостереження за ходом технологічного процесу з використанням лазера, а також систем блокування та сигналізації; огорожу лазерно-небезпечної зони, розміри якої визначають або розрахунковим, або експериментальним шляхом. Слід захищатися не тільки від прямого випромінювання лазера, а й від розсіяного і відбитого випромінювань.

Напруженість постійного магнітного поля може бути виміряна вітчизняними приладами Ш1-8 або Ф-4355. Магнітне поле промислової частоти при напруженості до 15 кА / м вимірюють вітчизняним приладом Г-79, а в діапазоні частот 0,01-30 МГц - приладами ПЗ-15, П3-16і ПЗ-17. Три останніх приладу можуть бути рекомендовані і для вимірювання напруженості електричного поля в діапазоні частот 0,01-300 МГц. Для вимірювання щільності потоку енергії електромагнітного поля застосовують вітчизняні прилади ПЗ-9, ПЗ-18, ПЗ-19 і ПЗ-20, які перекривають частотний діапазон 0,3-400 ГГц.

Для вимірювання характеристик лазерного випромінювання застосовуються дозиметри типу ІЛД-2М і ЛДМ-2. Перший забезпечує вимірювання параметрів лазерного випромінювання в спектральних діапазонах 0,49-1,15 і 2-11 мкм, він дає прямі свідчення Реальні показники можуть відрізнятися при роботі на довжинах хвиль 0,53; 0,63; 0,69; 1,06 і ​​10,6 мкм. На інших довжинах хвиль (0,49- 1,15 мкм) дозиметр забезпечує непрямі вимірювання. Прилад ЛДМ-2 призначений для визначення параметрів лазерного випромінювання в спектральних діапазонах 0,49-1,15 і 2-11 мкм. Прямі вимірювання цей дозиметр здійснює на довжинах хвиль 0,53; 0,63; 0,69; 0,91; 1,06 і ​​10,6 мкм.

Для індивідуального захисту від електромагнітного випромінювання застосовують спеціальні комбінезони та халати, виготовлені з металізованої тканини (екранують електромагнітні поля), а для захисту від дії лазера обслуговуючий персонал повинен працювати в технологічних халатах, виготовлених з бавовняної або бязеві тканини світло-зеленого або блакитного кольору.

Для захисту очей від впливу електромагнітного випромінювання застосовують окуляри марки 3П5-90, скла яких покриті діоксидом олова (SnO 2), що володіє напівпровідниковими властивостями; марки стекол, що застосовуються для захисту очей від впливу лазерного випромінювання, представлені в табл. 18.4.

Примітка. ОС - помаранчеве скло; СЗС - синьо-зелене скло; БС - безбарвне скло.

До змісту книги: Екологія і безпека життєдіяльності

Дивіться також:

Екологічне право. Питання і аспекти "Екологічне право. Право навколишнього середовища" "Екологічне право" "Екологічне право"

Ціни і ціноутворення Ціни і ціноутворення "Фінансове право" "Господарське право"

ЕКОЛОГІЯ - наука, що вивчає умови існування живих організмів ...

Вперше термін «екологія» був використаний ньому. біологом Е. Геккелем в 1866 р, проте найбільш активний розвиток Е. почалося лише в 30-х рр. 20 в. ...
www.bibliotekar.ru/624-7/67.htm

Економічні основи рішення екологічного, сировинного і ...

На вже функціонують міжнародні і регіональні екологічні організації ... Екологія останнім часом стала постійним об'єктом. ...
www.bibliotekar.ru/biznes-38/87.htm

Вплив урбанізованої житлового середовища на умови проживання і ...

Розгляд екологічних проблем з сучасних позицій дозволяє стверджувати, що погіршення навколишнього природного середовища не є ...
www.bibliotekar.ru/zhilishe/2.htm

Оцінка загальної економічної цінності природних територій

Екологічні системи і особливо охоронювані природні території .... з визначенням господарської та екологічної цінності природних ресурсів. ...
www.bibliotekar.ru/biznes-8/85.htm