Содержание

Шкала электромагнитных волн
Параметры электромагнитного поля
Радиочастотный диапазон
- Некоторые характерные частоты
Виды зон воздействия ЭМП
Примеры зон воздействия ЭМП
Нормируемые параметры ЭМП различных частот
Установленные нормы
- Промышленная частота
- СВЧ излучение
Диаграмма направленности СВЧ излучения
Область применения ЭМП
Воздействие ЭМП на человека
Защита от ЭМП

Защита от электромагнитных полей (ЭМП)

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитное поле - особый вид материи, наряду с веществом, посредством которого происходит взаимодействие.

не обладает массой покоя;
непрерывно, в одной точке могут находиться поля характеризующиеся различными свойствами;

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Виды электромагнитных волн

радиоволны, $f$ до 300 ГГц, $\lambda$ до 1 мм;
терагерцовое излучение, $f \in [10^{11};\, 10^{13}]\text{ Гц}$ , $\lambda$ , соответственно, от $3$ до $0,03\text{ мм}$ ;
инфракрасное излучение, $\lambda$ от $0,75\text{ мкм}$ до $1000\text{ мкм}$ ;
видимый свет:
- длинноволновая граница $\lambda\ 760\ \text{—}\ 780\text{ нм}$ , $f\ 385\ \text{—}\ 395 \text{ ТГц}$ ;
- коротковолновая граница $\lambda\ 380\ \text{—}\ 400 \text{ нм}$ , $f\ 750\ \text{—}\ 790 \text{ ТГц}$ ;
ультрафиолетовое излучение, $\lambda$ от $400$ до $10\text{ нм}$ ; $f$ от $7,5\cdot10^{14}$ до $3\cdot10^{16}\text{ Гц}$ ;
рентгеновское и гамма-излучение $\lambda$ от $10\text{ нм}$ и менее.

Параметры электромагнитного поля

Электрическое поле - создаётся неподвижными электрическими зарядами. Оказывает силовое воздействие на неподвижные заряженные частицы.

Напряжённость электрического поля $\overrightarrow{E} \text{ [В/м]}$ ; $\overrightarrow{F} = \overrightarrow{E}\cdot q$ ;

Магнитное поле - создаётся движущимися эл. зарядами и намагниченными телами. Оказывает силовое воздействие на движущийся электрический заряд, намагниченные тела.

Напряжённость магнитного поля $\overrightarrow{H} \text{ [A/м]}$ ; $\overrightarrow{F} = \overrightarrow{H}\cdot Il$ .

Электромагнитное поле (в форме электромагнитных волн) создаётся ускоренно движущимися электрическими зарядами, распространяется со скоростью света $3\cdot10^8\text{ м/c}$ , в процессе распространения магнитное поле порождает электрическое и обратно. Частота колебаний электромагнитных волн определяется и совпадает с частотой колебания электрического заряда.

Для ЭМП характерен перенос массы и энергии, поле оказывает давление на поглощающую поверхность.

Перенос энергии характеризуется интенсивностью излучения $I\text{, Вт/м}^2$ , которая может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей (вектор Умова-Пойнтинга) $I = [\overrightarrow{E}\times\overrightarrow{H}]$ .

Радиочастотный диапазон

По классификации, предложенной в 1975 году международным консультативным комитетом по радио (МККР), спектр частот от 3 Гц до 3 ТГц разделен на 12 диапазонов 0.3*10N Гц до 3*10N, где N - номер диапазона.

Частоты, лежащие в интервале от 3 кГц до 3 ТГц, принято называть радиочастотами.

Некоторые характерные частоты

50 Гц - промышленная частота;
62 - 108 МГц - радиовещание с частотной модуляцией;
900, 1800, 2100 МГц - сотовая связь;
2.4, 5.0 ГГц - wi-fi, bluetooth, микроволновые печи.

Виды зон воздействия ЭМП

В зависимости от размера излучающей системы $L$ и длины волны $\lambda$ пространство вокруг антенны разбивают на три зоны:

ближнюю зону (зона индукции);
промежуточную зону (зона интерференции);
дальнюю зону (волновая зона, или зона Фраунгофера).

Такое деление связано с тем, что отдельные компоненты поля имеют различную зависимость от расстояния. Следовательно, в каждой из зон ЭМП характеризуется своим соотношением напряженностей $\overrightarrow{E}$ и $\overrightarrow{H}$ полей. Переход между зонами плавный.

Ближняя зона

Критерий: $r << \lambda/2\pi.$

В ближней зоне поле не имеет волнового характера, средний поток энергии равен нулю, переноса энергии не происходит, излучение отсутствует. Это означает, что в ближней зоне поля, запасающие энергию, преобладают над излучающими полями. При этом $\overrightarrow{E} >> \overrightarrow{H}$ .

Промежуточная зона

Критерий: $r \approx \lambda/2\pi.$ В промежуточной зоне поле имеет сложный характер. Присутствуют все компоненты поля.

Дальняя зона

Критерий: $r >> \lambda/2\pi.$ В дальней зоне поле представлено сформировавшейся электромагнитной волной. Напряженности $\overrightarrow{E}$ и $\overrightarrow{H}$ изменяются во времени синфазно, а в пространстве сдвинуты друг относительно друга на $\pi/2$ .

Примеры зон воздействия ЭМП

Промышленная частота $f = 50 \text{ Гц}$ , $\lambda = 6000\text{ км}$ , следовательно, на любом удалении от источника работник будет находиться в ближней зоне.
$f \in [0,03,\ 300 \text{ МГц}]$ , возможно нахождение работника в промежуточной зоне.
При $f > 300 \text{ МГц}$ имеет место быть преимущественно волновая зона.

Нормируемые параметры ЭМП различных частот

Поле	Частота	Нормируемый параметр
Электростатическое	0 Гц	$\overrightarrow{E},\text{ В/м}$
Постоянное магнинтн.	0 Гц	$\overrightarrow{H},\text{ A/м}$ ; $\overrightarrow{B},\text{ Тл}$
ЭМП	0,1 Гц - 300 Гц	$\overrightarrow{E},\text{ В/м}$ ; $\overrightarrow{H},\text{ A/м}$ или $\overrightarrow{B},\text{ Тл}$
	0,3 кГц - 300 МГц	$\overrightarrow{E},\text{ В/м}$ ; $\overrightarrow{H},\text{ A/м}$ или $\overrightarrow{B},\text{ Тл}$
	300 МГц - 300 ГГц	$\overrightarrow{I},\text{ Вт/м}^2$

Длительность пребывания человека в зонах влияния источников с $f$ от $0,3\ \text{кГц}$ до $300\ \text{МГц}$ оценивается:

энергетической экспозицией (энергетической нагрузкой) по $\overrightarrow{E}$ : $\text{ЭЭ}_E = E^2T$ ;
энергетической экспозицией по $\overrightarrow{H}$ : $\text{ЭЭ}_H = H^2T$ ;
энергетической экспозицией по $\overrightarrow{I}$ : $\text{ЭЭ}_I = IT$ ,

где $T$ - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Установленные нормы

Промышленная частота

Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» с изменениями устанавлены следующие нормы:

$E \leq 5\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = \infty\ \text{ч}$ ;
$E \in (5; 20]\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = \frac{50}{E} - 2\ \text{ч}$ ;
$E \in (20; 25]\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = 10\ \text{мин}$ ;
$E > 25\ \text{кВ/м}$ работа без средств защиты не допускается.

Здесь $Е$ - напряженность ЭП в контролируемой зоне, $\text{кВ/м}$ ; $Т$ - допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, $\text{ч}$ .

Время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП $T_{\text{привед}}$ вычисляют по формуле:
$T_{\text{привед}} = 8\left(\frac{t_{E1}}{T_{\text{доп},E1}} + \frac{t_{E2}}{T_{\text{доп},E2}} + \dots + \frac{t_{En}}{T_{\text{доп},En}} \right)$ , где $T_{\text{привед}}$ - приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в ЭП $E = 5\ \text{кВ/м}$ ; $t_{En}$ - время пребывания в контролируемой зоне с напряженностью $E_n$ ; $T_{\text{доп},En}$ - допустимое время пребывания для соответствующих контролируемых зон.

СВЧ излучение

Рабочие места

$I_{\text{доп}} = {\text{ЭЭ}_I}/{t}$ , где $t$ - время выполнения работ, ч; $\text{ЭЭ}_I$ - энергетическая экспозиция по интенсивности СВЧ излучения, $\frac{\text{Вт}}{\text{м}^2}\cdot \text{ч}$ ; $I_{\text{доп}}$ - допустимая плотность потока энергии, $\text{Вт/м}^2$ .

Население

$I_{\text{доп}} = 0,1\ \text{Вт/м}^2$ - значение, характерное для большинства источников СВЧ излучения (теле- и радио вышки, микроволновые печи на расстоянии $0,5\ \text{м}$ и т.д.

Диаграмма направленности СВЧ излучения

Для источников СВЧ излучения (антенн) характерно наличие выделенных направлений излучения, в которых интенсивность излучения выше среднего значения. Иллюстрируется данный факт с помощью так называемой «диаграммы направленности».

Когда необходимо знать особенности излучения/поглощения не только на плоскости, но и в пространстве, строят как горизонтальную, так и вертикальную диаграмму направленности.

Область применения ЭМП

Десятки и сотни Гц. Односторонняя связь с подводными лодками.
Десятки кГц - десятки MГц. Радиосвязь на значительных расстояниях.
Сотни МГц. Телевидение, высококачественная радиосвязь с частотной модуляцией.
Единицы ГГц. Радиолокация, телевидение, сотовая связь, передача данных (интранет/интернет), микроволновые печи.
Десятки ГГц. Высокоскоростная радиорелейная связь, метеорологические радиолокаторы, медицина.
Сотни ГГц. Сканирование багажа и людей, томографы верхних мягких тканей и т.д.

Воздействие ЭМП на человека

Выделяют два механизма воздействия ЭМП на человека.

Тепловой, при относительно высоких уровнях облучающего электромагнитного поля.
- Локальный нагрев тканей.
Не тепловой или биологический, проявляющийся при малых уровнях электромагнитного поля. Механизмы подобного взаимодействия изучены мало.
- Изменение функционального состояния центральной нервной системы.
- Нарушения в работе сердечно-сосудистой системы.
- Снижение показателей крови (кол-во лейкоцитов, тромбоцитов, эритроцитов).
- Влияние на половую функцию женщин, на развитие эмбриона

Защита от ЭМП

Экранирование источника электромагнитного излучения или же объекта защиты.
При наличии источника СВЧ излучения, расположение рабочих мест в направлении наименьшей интенсивности излучения.
Удаление источников излучения из рабочей зоны.
Конструктивное совершенствование оборудования с целью снижения используемых уровней ЭМП, общей потребляемой и излучаемой мощности оборудования.
Ограничение времени пребывания операторов или населения в зоне действия ЭМП.