Среди огромного разнообразия электромагнитных волн, существующих в природе, весьма скромное место занимает микроволновое или сверхвысокочастотное излучение (СВЧ). Отыскать этот частотный диапазон можно между радиоволнами и инфракрасной частью спектра. Протяжённость его не особенно велика. Это волны длиной от 30 см до 1 мм.

Поговорим о его происхождении, свойствах и роли в сфере обитания человека, о том, как влияет этот «молчаливый невидимка» на человеческий организм.

Источники СВЧ-излучения

Существуют природные источники микроволнового излучения - Солнце и другие космические объекты. На фоне их излучения и происходило формирование и развитие человеческой цивилизации.

Но в наш, насыщенный всевозможными техническими достижениями век, к естественному фону присовокупились ещё и рукотворные источники:

• радиолокационные и радионавигационные установки;
• системы спутникового телевидения;
• сотовые телефоны и микроволновые печи.

Как микроволновое излучение влияет на здоровье человека

Результаты исследования влияния микроволнового излучения на человека позволили установить, что СВЧ лучи не обладают ионизирующим действием. Ионизированные молекулы - это дефектные частички вещества, приводящие к мутации хромосом. В результате живые клетки могут приобрести новые (дефектные) признаки. Этот вывод не означает, что микроволновое излучение не оказывает вред на человека.

Изучение влияния СВЧ-лучей на человека, позволило установить следующую картину - при их попадании на облучаемую поверхность, происходит частичное поглощение поступающей энергии тканями человека. В результате в них возбуждаются высокочастотные токи, нагревающие организм.

Как реакция механизма терморегуляции, следует усиление циркуляции крови. Если облучение было локальным, возможен быстрый отвод тепла от разогретых участков. При общем облучении такой возможности нет, поэтому оно является более опасным.

Поскольку циркуляция крови выполняет роль охлаждающего фактора, то в органах, обеднённых кровеносными сосудами, тепловой эффект выражен наиболее ярко. В первую очередь - в хрусталике глаза, вызывая его помутнение и разрушение. К сожалению, эти изменения необратимы.

Наиболее значительной поглощательной способностью отличаются ткани с большим содержанием жидкого компонента: крови, лимфы, слизистой желудка, кишечника, хрусталика глаза.

В результате могут наблюдаться:

• изменения в крови и щитовидной железе;
• снижение эффективности адаптационных и обменных процессов;
• изменения в психической сфере, которые могут привести к депрессивным состояниям, а у людей с неустойчивой психикой - спровоцировать склонность к суициду.

Микроволновое излучение обладает кумулятивным эффектом. Если в первое время его воздействие проходит бессимптомно, то постепенно начинают формироваться патологические состояния. Вначале они проявляются в учащении головных болей, быстрой утомляемости, нарушениях сна, повышении артериального давления, сердечных болях.

При длительном и регулярном воздействии СВЧ излучение приводит к глубинным изменениям, перечисленным ранее. То есть, можно утверждать, что СВЧ излучение оказывает негативное влияние на здоровье человека. Причём отмечена возрастная чувствительность к микроволнам - молодые организмы оказались более подверженными влиянию СВЧ ЭМП (электромагнитного поля).

Средства защиты от СВЧ-излучения

Характер воздействия СВЧ излучения на человека зависит от следующих факторов:

• удалённости от источника излучения и его интенсивности;
• продолжительности облучения;
• длины волны;
• вида излучения (непрерывное или импульсное);
• внешних условий;
• состояния организма.

Для количественной оценки опасности введено понятие плотности излучения и допустимой нормы облучения. В нашей стране этот стандарт взят с десятикратным «запасом прочности» и равен 10 микроватт на сантиметр (10 мкВт/см). Это означает, что мощность потока СВЧ энергии, на рабочем месте человека не должна превышать 10 мкВт на каждый сантиметр поверхности.

Как же быть? Сам собой напрашивается вывод, что следует всячески избегать воздействия микроволновых лучей. Уменьшить воздействие СВЧ-излучения в сфере быта достаточно просто: следует ограничить время контакта с бытовыми его источниками.

Совершенно иной механизм защиты должен быть у людей, чья профессиональная деятельность связана с воздействием СВЧ радиоволн. Средства защиты от СВЧ-излучения подразделяются на общие и индивидуальные.

Поток излучаемой энергии убывает обратно пропорционально увеличению квадрата расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Поэтому важнейшей коллективной защитной мерой является увеличение расстояния до источника излучения.

Другими действенными мерами по защите от СВЧ-излучения являются следующие:

Большая часть из них базируется на основных свойствах микроволнового излучения - отражении и поглощении веществом облучаемой поверхности. Поэтому защитные экраны подразделяются на отражающие и поглощающие.

Отражательные экраны выполняются из листового металла, металлической сетки и металлизированной ткани. Арсенал защитных экранов достаточно разнообразен. Это листовые экраны из однородного металла и многослойные пакеты, включающие слои изоляционных и поглощающих материалов (шунгита, углеродистых соединение) и т. д.

Конечным звеном в этой цепи являются средства индивидуальной защиты от СВЧ-излучения. Они включают спецодежду, выполненную из металлизированной ткани (халаты и фартуки, перчатки, накидки с капюшонами и вмонтированными в них очками). Очки покрыты тончайшим слоем металла, отражающего излучение. Их ношение обязательно при облучении в 1 мкВт/см.

Ношение спецодежды снижает уровень облучения в 100–1000 раз.

Польза микроволнового излучения

Вся предыдущая информация c негативной направленностью, имеет своей целью упредить нашего читателя от, исходящей от СВЧ-излучения, опасности. Однако среди специфических действий микроволновых лучей встречается термин стимуляция, то есть улучшение под их влиянием общего состояния организма или чувствительности его органов. То есть воздействие СВЧ-излучения на человека может быть и полезным. Терапевтическое свойство микроволнового излучения основано на его биологическом действии при физиотерапии.

Излучения, исходящие от специализированного медицинского генератора, проникает в организм человека на заданную глубину, вызывая прогревание тканей и целую систему полезных реакций. Сеансы СВЧ-процедур оказывают болеутоляющее и противозудное действие.

Их с успехом используют для лечения фронтита и гайморита, невралгии тройничного нерва.

Для воздействия на эндокринные органы, органы дыхания, почки, и лечения гинекологических заболеваний используют микроволновое излучение с большей проникающей способностью.

Исследование влияния СВЧ-излучения на организм человека начались несколько десятилетий назад. Накопленных знаний достаточно, чтобы быть уверенными в безвредности естественного фона этих излучений для человека.

Разнообразные генераторы этих частот, создают дополнительную дозу воздействия. Однако, их доля очень мала, а, используемая защита достаточно надёжна. Поэтому фобии об их огромном вреде не более чем миф, если соблюдаются все условия эксплуатации и защиты от промышленных и бытовых источников микроволновых излучателей.

Защита от сверхвысокочастотного излучения

Цель работы - ознакомление с характеристиками электромагнитного излучения (ЭМИ) и нормативными требованиями к электромагнитному излучению радиочастотного диапазона; проведение измерений электромагнитного излучения сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, создаваемого микроволновой печью; оценка эффективности защиты от СВЧ излучения микроволновой печи с помощью экранов.

1 Общие сведения

1.1 Источники и характеристики ЭМП

Полный спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний занимает бесконечно большой диапазон длин волн - от самых длинных, неопределенно большой длины, до самых коротких гамма-лучей с длиной волны

Радиочастотами (РЧ) принято называть частоты, лежащие в интервале от 3 Гц до 3000 ГГц. В приложении 7.1 приведена классификация ЭМ излучений в зависимости от частоты или длины волны по международной классификации. Дециметровые, сантиметровые и миллиметровые диапазоны традиционно объединяют общим названием - сверхвысокие частоты (СВЧ) или микроволны.

В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 10 6 Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50 - 60 Гц, установки высокочастотного нагрева.

ЭМ волны диапазона СВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии, в микроволновых печах и сотовой связи. В промышленности ЭМП радиоволнового диапазона используются для индукционного и диэлектрического нагрева материалов (закалка, плавка, напайка, сварка, напыление металлов, нагрев внутренних металлических частей электровакуумных приборов в процессе откачки, сушка древесины, нагрев пластмасс, склейка пластикатов и др.).

Основными источниками излучения СВЧ энергии являются антенные системы, линии передачи энергии, генераторы и отдельные СВЧ блоки. СВЧ аппараты используются также для микроволновой терапии.

В ряде случаев ЭМП возникают как побочный неиспользуемый фактор, например, вблизи воздушных линий электропередачи, трансформаторных подстанций, электроприборов, в том числе бытового назначения.

Источники излучения ЭМП по диапазонам частот приведены в приложении 7.1 .

ЭМ излучение генерируется токами, изменяющимися во времени. ЭМП складывается из электрического поля (ЭП), обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного (МП), возникающего при прохождении тока по этим частям. Электромагнитные волны (ЭМВ) распространяются на большие расстояния.

ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны ЭМВ объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого по действию на среду, в том числе и на человека.

ЭМП радиочастотного диапазона характеризуются следующими параметрами:

напряженностью электрического поля (E , В/м);

напряженностью магнитного поля (H , А/м) или магнитной индукцией (B , Тл);

плотностью потока энергии (ППЭ): q=E·H , которая показывает, какое количество энергии проходит в единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны. ППЭ выражается в Вт/м 2 или производных единицах: мВт/см 2 , мкВт/см 2 .

Распространяющееся ЭМП от любого источника условно разделяют на 3 зоны:

1. Ближняя (зона индукции)

где R - размер зоны, м.

В этой зоне бегущая ЭМВ не сформирована, электрическое и магнитное поля считаются не зависимыми друг от друга, и поэтому облучение в этой зоне характеризуется напряженностями обеих составляющих поля: электрической (Е ) и магнитной (Н ). В этой зоне, как правило, находятся рабочие места по обслуживанию низкочастотных установок (3 - 300 Гц). Например, при работе на промышленных и бытовых установках переменного тока частотой 50 Гц.

2. Промежуточная (зона интерференции)

В промежуточной зоне ЭМП имеет сложный характер. Присутствуют все компоненты поля. На человека одновременно воздействуют напряженность электрического поля (Е ), напряженность магнитного поля (Н ) и плотность потока энергии (ППЭ ).Здесь расположены рабочие места высокочастотных (60 кГц - 30 МГЦ) и УВЧ (30 МГц - 300 МГц) установок. В этой зоне находятся рабочие места плавильщика индукционной плавки, плавильщика электродуговой печи, кузнеца-штамповщика и др.

3. Дальняя (волновая или зона излучения) начинается с расстояния R ≥ 2πλ или, по некоторым данным, R ≥ 6λ.

Эта зона характеризуется сформировавшейся электромагнитной волной. Воздействие ЭМП на человека определяется плотностью потока энергии (ППЭ ). Рабочие места по обслуживанию СВЧ (300 МГц - 300 ГГЦ) установок находятся в волновой зоне. Например, при сварке изделий из поливинилхлоридного пластика рабочие находятся в этой зоне. В зоне излучения также находятся и пользователи мобильных телефонов.

1.2 Воздействие ЭМП на организм человека

Воздействуя на тело человека, ЭМП вызывает тепловой эффект, который возникает за счёт переменной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т.д.) и токов проводимости в жидких составляющих тканей, крови и т.п. Если механизм терморегуляции тела не способен рассеивать избыточное тепло (тепловой порог q = 10 мВт/см 2), то возможно повышение температуры тела.

Кроме теплового эффекта ЭМП вызывает поляризацию макромолекул ткани и их ориентацию параллельно электрическим силовым линиям, что может привести к изменению их свойств: нарушению функций сердечнососудистой системы и обмена веществ.

Субъективные критерии отрицательного воздействия полей - головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, ухудшение зрения, снижение памяти.

Иногда проявляется мутагенное воздействие и временная стерилизация при облучении интенсивностями выше теплового порога.

Степень воздействия ЭМП на организм человека зависит от диапазона частот излучения, интенсивности воздействия, продолжительности, характера и режима облучения, размера облучаемой поверхности и особенностей организма.

1.3 Нормирование ЭМП

Согласно санитарным нормам, в диапазоне частот от 0 до 300 МГц контролируют напряженность ЭП и напряженность МП (или индукцию МП) и плотность потока энергии (ППЭ). В диапазоне СВЧ нормируют ППЭ (см. таблицу 7.1). Длительность пребывания человека в зонах влияния источников излучения оценивается энергетической экспозицией (энергетической нагрузкой):

ЭЭ E =E 2 ∙T ,

ЭЭ H =H 2 ∙T ,

ЭЭ ППЭ =ППЭ 2 ∙T ,

где ЭЭ E - энергетическая экспозиция напряженности электрического поля, (В/м) 2 ·ч;

ЭЭ H - энергетическая экспозиция напряженности магнитного поля, (А/м) 2 ·ч;

ЭЭ ППЭ - энергетическая экспозиция плотности потока энергии, (мкВт/см 2) 2 ·ч;

Е - напряженность электрического поля, В/м;

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

ППЭ - плотность потока энергии, мкВт/см 2 ;

Т - время воздействия за смену, ч.

Таблица 7.1 - Параметры ЭМП, измеряемые при санитарно-гигиеническом контроле

Нормирование допустимых значений параметров зависит от диапазона частот и предусматривает дифференцированный подход для лиц, непосредственно работающих с источниками ЭМП, и для населения.

Основными нормативными документами, устанавливающими принципы нормирования для лиц, непосредственно работающих с источниками ЭМИ диапазона радиочастот , определяющими нормативные параметры и их максимально возможные значения, являются:

ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ “Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля” ;

СанПиН 2.2.4.1191-03 “Электромагнитные поля в производственных условиях” ;

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи” ;

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов” с изменениями: СанПиН 2.1.8/2.2.4.2302-07 “Изменения № 1 к санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03” (приложение ) ;

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы” .

В соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 и СанПиН 2.2.4.1191-03 установлен следующий принцип нормирования электромагнитных полей радиочастот:

в диапазоне частот до 30 кГц (СанПиН 2.2.4.1191-03 ), предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности ЭП и МП при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м, соответственно. ПДУ напряженности ЭП и МП при продолжительности воздействия до 2-х часов за смену составляет 1000 В/м и 100 А/м, соответственно.

в диапазоне частот≥ 30 кГц - 300 ГГц используется энергетический (или дозный) подход. Наряду с интенсивностными параметрами (Е , Н , ППЭ) нормируется энергетическая экспозиция за рабочий день (ЭЭ E , ЭЭ H , ЭЭ ППЭ).

Предельно допустимые уровни интенсивности ЭМИ РЧ (Е ПДУ, Н ПДУ, ППЭ ПДУ) в диапазоне частот 30 кГц - 300ГГц определяются в зависимости от времени воздействия, исходя из предельно допустимой энергетической экспозиции:

где - предельно допустимая энергетическая экспозиция напряженности электрического поля, (В/м) 2 ·ч;

Предельно допустимая энергетическая экспозиция напряженности магнитного поля, (А/м) 2 ·ч;

Предельно допустимая энергетическая экспозиция плотности потока энергии, (мкВт/см 2) 2 ·ч;

T - время воздействия, ч.

ПДУ энергетических экспозиций на рабочих местах за смену представлены в таблице 7.2. В любом случае максимально допустимые уровни напряженности ЭП и МП, плотности потока энергии ЭМП не должны превышать значений, представленных в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - ПДУ энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот ≥ 30 кГц - 300 ГГц.

Для условий локального облучения кистей рук.

Обеспечение защиты персонала, профессионально не связанного с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМП , осуществляется в соответствии с требованиями гигиенических нормативов ЭМП, установленных для населения. Основными документами, регламентирующими внепроизводственные воздействия ЭМП в диапазоне частот 30 кГц - 300 ГГц, являются:

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов” ;

МСанПиН 001-96 “Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях” ;

СанПиН 2.1.2.1002-00 “Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям” .

Дополнительно регламентируются уровни ЭМП, генерируемые отдельными источниками:

индукционными печами - в диапазоне 20 - 22 кГц (в соответствии с СН 2550-82 “Предельно допустимые нормы напряженности электромагнитного поля, создаваемого индукционными бытовыми печами, работающими на частоте 20 - 22 кГц” ;

СВЧ-печами - в диапазоне частот 0,3 - 37,7 ГГц (в соответствии с СН 2666-83 “Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами” );

персональными ЭВМ - в диапазоне частот 5 Гц - 400 кГц (в соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы” );

средствами сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне частот 27 - 2400 МГц (в соответствии с СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи” ).

В таблице 7.3 в соответствии с вышеперечисленными нормативными документами приведены ПДУ воздействия некоторых наиболее часто используемых населением источников ЭМИ для разных частотных диапазонов.

Таблица 7.3 - Гигиенические нормативы воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона на население России

1.4 Меры защиты

Для защиты человека от неблагоприятного воздействия ЭМИ используются технические и организационные меры защиты, средства индивидуальной защиты, а также проводятся лечебно-профилактические мероприятия.

Технические меры защиты от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования и дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМВ.

Конструктивно экранирующие устройства оформляют в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов, прутков, сеток или пластин из резины. Экранирующие устройства должны иметь антикоррозионное покрытие и быть заземлены.

Защитные экраны делятся на:

1) отражающие излучение (из материалов с хорошей электрической проводимостью: сталь, медь, алюминий, латунь):

сплошные металлические экраны, толщиной не менее 0,5 мм;

экраны из металлической сетки с ячейками не более 4×4 мм;

экраны из металлизированной ткани;

2) поглощающие излучение (экраны из радиопоглощающих материалов, например: прессованные листы резины, наполнитель из графита или карбонильного железа на различных основах (керамика, пластмасса и пр.), а также материалы, содержащие ферромагнитные порошки, полимерные композиционные материалы).

Выбор конструкции экрана зависит от характера технологического процесса, мощности источника и диапазона волн.

Отражающие экраны ослабляют ЭМП вследствие создания в его толще поля противоположного направления. Если поток ЭМВ, отраженных от металлического экрана, может нарушить режим работы установки, экран покрывают поглощающим материалом либо используют поглощающий экран.

Функциональные качества экрана чаще всего характеризуются коэффициентом экранирования:

где K - коэффициент экранирования;

I э , I - интенсивность поля в данной точке соответственно при наличии экрана или при его отсутствии (может выражаться электрической (В/м), магнитной (А/м) напряженностями или плотностью потока энергии (мкВт/см 2) в зависимости от диапазона частот).

Коэффициент экранирования определяет степень уменьшения поля в экранируемой области пространства. Чем сильнее экранирующее действие экрана, тем меньше коэффициент экранирования. Теоретически нельзя получить полного экранирования, поэтому всегда коэффициент экранирования удовлетворяет неравенству: 0 K

Иногда вместо коэффициента экранирования K используют обратную величину - эффективность экранирования:

В инженерной практике эффективность экранирования часто также определяют в процентах:

где Э - эффективность экранирования, %;

I э, I - интенсивность поля в данной точке соответственно при наличии экрана или при его отсутствии (может выражаться электрической (В/м), магнитной (А/м) напряженностями или плотностью потока энергии (мкВт/см 2) в зависимости от диапазона частот).

Средства защиты должны обеспечивать снижение уровня излучения до безопасного в течение времени, определяемого назначением изделия.

Организационные меры защиты при проектировании и эксплуатации оборудования, являющегося источником ЭМП или объектов, оснащенных источниками ЭМП, включают:

защиту расстоянием - рациональное размещение оборудования рабочих мест при проектировании; выбор маршрутов перемещения обслуживающего персонала на безопасных расстояниях от источников ЭМП, обеспечивающих соблюдение ПДУ; выделение зон с уровнями ЭМП, превышающих ПДУ, где по условиям эксплуатации не требуется даже кратковременное пребывание персонала;

защита временем - ограничение времени нахождения персонала в зоне облучения, выбор рациональных режимов работы оборудования и обслуживающего персонала;

использование запрещающих, предупреждающих и предписывающих знаков безопасности для информации об электромагнитном облучении;

использование световой и звуковой сигнализации ;

ремонт оборудования, являющегося источником ЭМП, следует производить (по возможности) вне зоны влияния ЭМП от других источников;

соблюдение правил безопасной эксплуатации источников ЭМП.

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/см 2), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

Лечебно-профилактические мероприятия включают предварительный (при поступлении на работу) медосмотр и периодические профилактические медосмотры. Лиц, не достигших 18 летнего возраста, и беременных женщин допускают к работе в условиях воздействия ЭМП только в случаях, когда интенсивность ЭМП на рабочих местах не превышает ПДУ, установленных для населения.

Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с учетом рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты.

1.5 Приборы для измерения СВЧ диапазона ЭМП

В соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 для измерений уровней ЭМП в диапазоне частот ≥ 300 МГц - 300 ГГц используются приборы, предназначенные для оценки средних значений плотности потока энергии с допустимой относительной погрешностью: не более ± 40 % в диапазоне ≥ 300 МГц - 2 ГГц и не более ± 30 % в диапазоне свыше 2 ГГц.

Средства измерения ППЭ приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Измерители плотности потока энергии

Измерители плотности потока энергии, приведенные в таблице 7.4, предназначены для измерения средних значений ППЭ электромагнитного поля в широком диапазоне частот. Используются для оценки степени биологической опасности СВЧ излучений в режимах непрерывной генерации и импульсной модуляции в свободном пространстве и ограниченных объёмах вблизи мощных источников излучения.

Приборы типа П3, измеряющие ППЭ, состоят из антенн-преобразователей и индикатора. Антенна-преобразователь включает в себя систему последовательно соединенных резистивных тонкопленочных термопарных преобразователей, которые размещены на конической поверхности. При измерениях энергия ЭМП поглощается элементами термопар. На каждой термопаре возникает термо-ЭДС, пропорциональная ППЭ. Измеритель термопары суммирует и усиливает по логарифмическому закону постоянные ЭДС термопар. Отсчет интенсивности ЭМП высвечивается на цифровом табло в децибелах относительно нижнего предела измерений используемой антенны-преобразователя. Среди средств измерений ППЭ имеются приборы, которые могут определять и дозу облучения - суммарную ППЭ за промежуток времени.

В настоящее время для определения плотности потока излучения СВЧ диапазона широко используются приборы: П3-33, П3-33М, П3-40, П3-41 и ИПМ-101М.

Измеритель плотности потока СВЧ излучения П3-33 (П3-33М) представлен на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Измеритель потока СВЧ излучения П3-33 (П3-33М)

Многие приборы, предназначенные для измерения ЭМИ, позволяют определить не только ППЭ, но и напряженности электрического и магнитного полей и работают соответственно в различных частотных диапазонах. К такому типу приборов относятся портативный измерительный прибор П3-40 (рисунок 7.2), измеритель напряженности ЭМИ П3-41, измеритель напряженности поля малогабаритный микропроцессорный ИПМ-101М и др.

Рисунок 7.2 - Портативный измерительный прибор П3-40

2 Описание лабораторной установки

Внешний вид лабораторной установки представлен на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 - Лабораторная установка

Стенд представляет собой стол, выполненный в виде сварного каркаса со столешницей 1, под которой размешаются 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 полуволнового вибратора, рассчитанного на частоту 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 используется огнеупорный шамотный кирпич.

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

В работе используется электронный цифровой мультиметр DT-830D, который может работать в положении вольтметра, амперметра и омметра (см. рисунок 7.4). Для измерения интенсивности излучения СВЧ-печи мультиметр включают в положение “А 2000 µ”. В таком положении мультиметр работает в качестве миллиамперметра постоянного тока и применяется для измерения маленьких токов, величиной до 2000 мкА с точностью измерения ± 1 % ± 2 единицы счета.

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;

Рисунок 7.4 - Мультиметр DT-830D

3 Требования безопасности при выполнении лабораторной работы

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

Запрещается работать с открытой дверцей СВЧ печи.

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

СВЧ печь должна быть заземлена.

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.

4 Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при проведении лабораторной работы.

2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

3. В печь на подставку положить кирпич.

4. Датчик, размещенный на стойке (координата  = 13 см), устанавливается в начало координат.

5. Включить мультиметр путем установки переключателя в положение “А 2000 µ” (на экране “0”).

6. Установить режим работы СВЧ печи:

клавишей “Micro” установить нагрузку Р = 100 %;

клавишей “1 min” установить время эксперимента 5 минут;

нажатием кнопки “Start” включить печь.

7. Медленно перемещая датчик по оси Y координатной системы определить зону наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафиксировать положение датчика по оси Y (над протоколом 7.1).

8. Перемещая стойку с датчиком по координате Х (удаляя его от печи до предельной отметки 24 см) снимать показания мультиметра дискретно с шагом 30 мм. Данные замеров занести в протокол 7.1. Затем перевести значения интенсивности излучения в мкВт/см 2 (1 мкА = 0,35 мкВт/см 2) и, сравнив их с допустимыми значениями (таблица 7.3), сделать вывод о безопасном расстоянии. Построить график распределения интенсивности излучения в пространстве перед печью.

9. Поместить датчик на отметке 20 мм по оси X в зоне наибольшего значения ЭМП. Зафиксировать показания мультиметра (над протоколом 7.2).

10. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра (протокол 7.2).

11. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле 7.4.

12. Построить гистограмму эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.

13. Сделать выводы.

Фильм. Часть 1 . Часть 2 .

5 Протоколы

Протокол 7.1 - Результаты измерений интенсивности излучения от СВЧ печи Y максимального излучения = ……. см

Протокол 7.2 - Исследование эффективности экранирования в зависимости от материала защитных экранов I без экрана = ……. мкА = ……… мкВт/см 2 .

6 Контрольные вопросы

Укажите диапазон СВЧ.

Назовите зоны, которые формируются вокруг источника ЭМИ и покажите, каким образом определяют расстояние каждой зоны.

Принцип нормирования ЭМП.

Как воздействует ЭМП на человека?

Перечислите нормативные характеристики в зависимости от диапазона излучения.

Назовите основные характеристики ЭМП и единицы измерения.

Как определить эффективность экранирования ЭМП?

Назовите основные защитные меры от ЭМП.

Классификация и принцип действия защитных экранов.

Специфика СИЗ при работе с источником ЭМП.

Литература

ГОСТ 12.1.006-84 Система стандартов безопасности труда “Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля”.

СанПиН 2.2.4.1191-03 “Электромагнитные поля в производственных условиях”.

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи”.

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов”.

СанПиН 2.1.8/2.2.4.2302-07 “Изменения № 1 к санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам “Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03” (приложение).

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”.

МСанПиН 001-96 “Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях”.

СанПиН 2.1.2.1002-00 “Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям”.

СН 2550-82 “Предельно допустимые нормы напряженности электромагнитного поля, создаваемого индукционными бытовыми печами, работающими на частоте 20 - 22 кГц”.

СН 2666-83 “Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами”.

Апполонский С. М., Каляда Т. В., Синдаловский Б. Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: Учеб. пособие. - СПб.: Политехника, 2006. - 263 с.: ил. - (Сер. Безопасность жизни и деятельности).

Защита человека от опасных излучений/ Н. Н. Грачев, Л. О. Мырова - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 317 с.

Приложения

Приложение 1 - Классификация электромагнитных излучений

Частности, микроволновые излучения с большими длинами волн нередко относятся к сверхвысокочастотному диапазону радиоволн. ... при действии микроволнового излучения . 4. Защита от электромагнитных излучений Действие электромагнитного излучения на организм...

Даются разъяснения по вредному действию СВЧ излучения их нормированию и методам определения. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Цель работы – ознакомиться с характеристиками электромагнитного излучения с принципом установления нормативных требований к электромагнитному излучению провести измерения электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от расстояния до источника и оценить эффективность экранов из различных материалов. Спектр электромагнитных ЭМ колебаний находится в широких пределах по длине...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Набережные Челны

2006

УДК

Защита от сверхвысокочастотного излучения: Методические указания к лабораторной работе по БЖД /Составители: И.М.Нуриев, Г.Ф.Юсупова. - Набережные Челны: КамПИ. 2004. – 15с.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения. Даются разъяснения по вредному действию СВЧ излучения, их нормированию и методам определения. Предлагается порядок проведения эксперимента и оформление полученных результатов.

Рецензент: д.т.н., профессор кафедры МиТЛП Н.Н.Сафронов .

Печатается по решению научно-методического совета Камского государственного политехнического института.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы – ознакомиться с характеристиками электромагнитного излучения, с принципом установления нормативных требований к электромагнитному излучению, провести измерения электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от расстояния до источника и оценить эффективность экранов из различных материалов.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны λ: от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте  : от 3*10 2 до 3*10 20 Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМ полей радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов (табл.1).

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.

Таблица 1

Таблица 2

В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающее на переменном токе частотой от 10 до 10 6 Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50 - 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.). В соответствий 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.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) по электрической составляющей, согласно , не должны превышать 20В/м, а по магнитной составляющей – 5А/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 вследствие 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 Е и частотой  колебаний определяется как:

Е = h ·  или, поскольку длина волны λ и частота связаны соотношением  = c /λ,

Е = h · c / λ,

где: с – скорость распространения электромагнитных волн в воздухе (с = 3*10 8 м/с), h – постоянная Планка, равная 6,62 * 10 -34 Вт/см 2 .

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) формирования волны находится на расстоянии R < λ/2π;
• промежуточная зона (интерференции) – наличия максимумов и минимумов находится на расстоянии λ/2π < R < 2πλ;
• дальняя зона (волновая) – зона излучения находится на расстоянии R > 2πλ.

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/м 2 или производных единицах: мВт/см мкВт/см 2 . 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 на человека ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при пребывании в электрическом поле. Величина поглощаемой человеком: энергии зависит от квадрата силы тока, протекавшего, через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей, человека.

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 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 энергию, 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 Вт/см 2 , высоких – 2250 Вт/см 2 , очень высоких – 150 Вт/см 2 , дециметровых – 40 мВт/см 2 , сантиметровых – 10 мВт/см 2 , миллиметровых – 7 мВт/см 2 .

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/см 2 . 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 35 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.

Клинические исследования людей, подвергшихся производственному воздействия СВЧ облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см 2 , показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.

Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводит к изменениям функционального состояния сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, нарушению обменных процессов . 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 приведенные в табл. 3.

Таблица 3

Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, уменьшению излучения в источнике, изменению направленности излучения, уменьшению времени воздействия, увеличению расстояния до источника излучения, 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/см 2 ), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, иди сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Внешний вид стенда представлен па 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 ЭМ колебаний с  = 2,45 ГГц, длиной волны  = 12,5 см) 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 стоику 6, но 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 полуволнового вибратора, рассчитанного на частоту 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 используется строительный красный 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.

Рис.1

2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕНДА

2.2.1 Диапазон плотности потока электромагнитного излучения в изучаемой зоне СВЧ печи, мкВт/см 2 0...120.

2.2.2 Соотношение показаний мультиметра М3900 и измерителя плотности потока ПЗ-19:

1 мкА = 0,35 мкВт/см 2 .

2.2.3 Значения перемещении 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 А, не 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

2.2.10 Масса 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. Включать установку только с разрешения преподавателя.

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

2.3.5. СВЧ печь должна быть заземлена.

2.3.6. 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.

2.3.7. Приборы лабораторной установки держать под напряжением только при проведении эксперимента.

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 клавиши в нижней части лицевой панели; установить ручку «мощность» в крайнее правое положение; установить ручку «время» в положение 5 мин; плотно закрыть дверцу.

3.5. Разместить датчик на отметке 0 по оси Х координатной системы.

Перемещая датчик по оси У координатной системы и оси Z (по стойке), определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью, мультиметра зафиксировать их численные значения. Перемещая стойку с датчиком по координате Х (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 X. Зафиксировать показания мультиметра.

3.7. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра.

3.8. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле:

(1)

где I – показание мультиметра без экрана;

I э – показание мультиметра с экраном.

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

3.10. Составить отчет о работе.

4. ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

4.1. Общие сведения

4.2. Схема стенда

4.3. Данные измерений (табл. 4 и 5)

Таблица 4

Таблица 5

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

Контрольные вопросы

1. Что в техносфере является источником ЭМП?
2. Какими характеристиками оценивается величина электромагнитного поля?
3. Как ЭМП воздействует на организм человека?
4. По какому принципу нормируется ЭМП промышленной частоты?
5. По какому принципу нормируется ЭМП радиочастотного диапазона?
6. Влияют ли на людей излучения радиолокационных станций?
7. Какие существуют способы защиты человека от высоких уровней ЭМП?
8. Каков физический принцип действия и как оценивается эффективность экранирования ЭМП?
9. Какие ныне существуют гигиенические предельные нормативы допустимых уровней воздействия ЭМП на человека при профессиональном и непрофессиональном воздействии?

литературА

1. Охрана труда. Г.Ф. Денисенко, - М.: Высшая школа, 1985. –319с.
2. Охрана труда в химической промышленности. Г.В.Макаров. - М.: Химия, 1989. – 496с.
3. Справочник по технике безопасности. П.А. Долин, - М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. Техника безопасности в электроэнергетических установках. Справочное пособие П.А. Долин. – М.: 1987.
5. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. С.В. Белова - М.: Высшая школа, 2005. –606с.
6. ГН 2.1.8./2.2.4.019-94. Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия ЭМИ, создаваемых системой сотовой связи.
7. ГОСТ 12.1.002-84. Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах.
8. ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования.
9. ГОСТ 12.1.045-84. Система стандартов безопасности труда. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.
10. Влияние электромагнитного излучения на жизнедеятельность человека и способы зашиты от него. Учебное пособие. С.Г. Захаров, Т.Т. Каверзнева. – СПГТУ; 1992, -74с.
11. Охрана труда в радио и электронной промышленности. Под редакцией С.Ш.Павлова. - М.: Энергия; 1986.
12. СанПИН 2.2.4/2.1.8.055 - 96;
13. Инфракрасное излучение ГОСТ 12.1.005 98, СанПиН 2.2.4.518 96;
14. Ультрафиолетовое излучение СН 1557 - 88;
15. Лазерное излучение СН 5801 - 91;
16. СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях.

В наше время микроволновые печи получили настолько широкое распространение, что невозможно, порой, представить нашу жизнь без данного девайса.

О вреде и пользе микроволновых печей на просторах интернета можно найти огромное количество информации. Не будем «убивать» ценное время на эту тему. Проведем реальный эксперимент с дорогой микроволновой печью известного производителя на предмет электромагнитного излучения. Заодно продемонстрируем работу экранирующей ткани VIOLE (производится в Швейцарии).

Уровень электромагнитного поля, излучаемого СВЧ печью, будем определять в 2-х диапазонах: 50 Гц (промышленная частота) и 2,4 ГГц (частота работы магнетрона).

В качестве измерительных приборов будем использовать поверенный П3-33М и детектор ЭМИ SOEKS (настроена сигнализация на превышение уровней ЭМП по СанПин).

Микроволновая печь установлена в максимальную мощность (900 Вт). После включения, нами были проведены замеры уровней электромагнитных полей вокруг СВЧ печи. Результаты измерений приведены ниже.

СВЧ диапазон: Максимальная плотность потока электромагнитной энергии 286 мкВт/см2 при непосредственной близости к стеклу микроволновки (10 см от стекла). При нахождении антенны на расстоянии 60 см от стекла СВЧ печи, максимальная плотность потока электроэнергии составляет 36-50 мкВт/см2.

Диапазон 50 Гц: превышение электрического поля от допустимого наблюдалось на расстоянии 50-70 см от микроволновой печи со стороны стекла. Превышение магнитного поля наблюдалось со стороны магнетрона.

Выжимка из СанПин 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)»

Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

Примечание: в настоящих Санитарных нормах и правилах во всех случаях при указании диапазонов частот каждый диапазон исключает нижний и включает верхний предел частоты.

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

Примечание: при продолжительности воздействия менее 0,2 часа дальнейшее повышение интенсивности воздействия не допускается.

Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности

Отсюда можно сделать вывод, что при работающей микроволновой печи, для обеспечения безопасности здоровья человека, необходимо находиться от нее на расстоянии более 1-1,5 метров.

В рамках данного эксперимента, мы применили экранирующую ткань, которая не требует заземления (наименование ткани - VIOLE). После очередных замеров в различных диапазонах частот (СВЧ и 50 Гц), данная ткань нас просто удивила. Электрические поля были погашены более чем в сотни раз!

Технологические процессы (сушка, термообработка, варка, экстракция, выпечка и др.) осуществляются изменением теплового состояния вещества в установках с СВЧ-энергоподводом, позволяющих уменьшить длительность термической обработки. Использование СВЧ-эпергоподвода стимулирует создание малоотходных я безотходных процессов, улучшение качества и сохранность продуктов и сырья. Их применение также способствует существенному улучшению условий труда, так как снижаются загазованность воздуха и интенсивность теплового облучения на рабочих местах.
Новые технологические процессы на пищевых предприятиях выдвинули ряд проблем, в частности по защите работающих от электромагнитных излучений, создаваемых установками высокой и сверхвысокой частот.
Воздействие СВЧ-полей на человека зависит от на-пряженностей электрического и магнитных полей, потока энергии, частоты колебаний, размера облучаемой поверхности тела, длительности облучения и индивидуальных особенностей организма.
Биологическая опасность облучения оценивается величиной поглощенной телом энергии 1Р, Вт:

W=b*Sэф

где b — плотность потока мощности, Вт/м2; Sэф — эффективная поглощающая поверхность тела человека.
Степень воздействия СВЧ-поля на человека зависит от содержания в облучаемых тканях кровеносных сосудов. Поглощаемая тканями энергия электромагнитного поля превращается в теплоту, избытки которой первоначально отводятся механизмом терморегуляции организма человека. Однако, начиная с величины при токе о5*Ю МВт/см2, этот механизм не справляется с отводом теплоты и температура тела в течение 15— 20 мин может повыситься на I—2 °С. После этого она начинает падать за счет резкого увеличения потока крови, отводящего теплоту. Поэтому более уязвимыми к СВЧ-облучению являются ткани, не содержащие кровеносных сосудов, В этом случае отвод теплоты отсутствует. К ним относятся желудочно-кишечный тракт и глаза. Интенсивное облучение приводит к необратимым изменениям, в частности помутнению хрусталика глаз.
Воздействие электромагнитных полей вызывает ряд тормозных процессов центральной нервной системы (головные боли, вялость, сонливость, быстрое утомление), изменения в функционировании сердечно-сосудистой системы (учащение пульса, повышение температуры, изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов и уменьшения эритроцитов). Функциональные нарушения, вызванные биологическим действием СВЧ-полей, способны накапливаться в организме, но являются обратимыми, если исключить воздействие излучения и улучшить условия труда.
Нормирование СВЧ-излучений. СВЧ-поле, распространяясь в пространстве, переносит определенное количество энергии, характеризуемое ее объемной плотностью (а Дж/м3):

Где E и H — напряженности электрического и магнитного полей; ε и μ — диэлектрическая и магнитная проницаемости; ε0 и μ0 — диэлектрическая и магнитная постоянные.
Характер распространения электромагнитного поля зависит от расстояний до источника, в зависимости от чего различают зоны волновую, дифракции и индукции. На расстоянии от источника R>λ/2π, находится волновая зона, в которой электрическая и магнитная составляющие поля связаны универсальной зависимостью E = 377 Н.. Поле распространяется в виде бегущих сферических волн, и плотность энергии может быть вычислена через Е или Н.
При R<λ/2π она переходит в зону дифракции, в которой энергия распространяется потоками волн, накладывающихся друг на друга и образующих максимумы и стоячие волны.
На СВЧ-установках рабочие места всегда находятся в волновой зоне или в зоне дифракции (Х<10 м), в которых излучение оценивается по суммарной плотности потока мощности о.
Предельно допустимые уровни облучения зависят от его длительности. В СССР были установлены следующие предельно допустимые уровни; 0,0! мВт/см3 при облучении в течение всего рабочего дня; 0,1 мВт/см2 в течение 2 ч; 1 мВт/см2 — не более 15—20 мин за рабочий день при обязательном использовании защитных очков (ГОСТ 12.1.006—76 «Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования безопасности»). Принятые у нас уровни СВЧ-облучения являются абсолютно безопасными для обслуживающего персонала. Однако необходимо строго соблюдать сроки проверочных замеров и в случае превышения допустимого уровня снимать СВЧ-установку с эксплуатации до устранения неисправности.
Среднее во времени значение плотности потока энергии в СВЧ-диапазоне оценивается с помощью прибора ПО-1, «Медик» или ВИМ-1, М3-1а, радар-тестеров ГК7-14, ГК4-ЗА, а также ПЗ-13, ПЗ-9, позволяющих проводить измерение 0,02—316 мВт/см2.
Для контроля превышения уровня СВЧ-излучення может быть использован индикатор (сигнализатор) СВЧ-колебаний П2-2.
Зашита от СВЧ-излучений обеспечивается снижением напряжения и плотности потока СВЧ-энергии, экранированием оборудования и рабочих мест; дистанционным управлением; рациональным размещением оборудования в рабочей зоне; рациональными режимами работы оборудования, рациональными режимами труда и отдыха; средствами индивидуальной защиты; предупредительной сигнализации. В конструкции СВЧ-установок предусмотрены устройства, обеспечивающи-бсзопасную эксплуатацию.
В СВЧ-печах периодического действия все панели ограждения корпуса оборудованы концевыми выключателями, блокирующими включение печи при снятой панели или ослабление ее крепления. Дверцы печей имеют различные специальные шлюзовые устройства, из которых наиболее часто используются контактные. Для уплотнения применяют поглощающую жидкость (воду), уплотняющие устройства, работающие с помощью сжатого воздуха, или электромагнитные защелки. Уплотняющие устройства имеют блокировку и шарнирное замковое устройство, которые при закрывании дверцы обеспечивают звуковой контроль. Смотровое окно дверцы рабочей камеры снабжается металлической решеткой и металлизированным стеклом.
Система коммутации и блокировок СВЧ-установок обеспечивает правильную последовательность включения печи, отключение магнетрона при отклонении от нормального режима работы и безопасность работы обслуживающего персонала.
Пар из рабочих камер при тепловой обработке продуктов СВЧ-печи удаляется вентиляторами. Отток воздуха осуществляется через отверстия типа «запредельный волновод» (аттенюатор) в виде круглой, квадратной или прямоугольной трубки, длина которой рассчитывается исходя из необходимой величины ослабления энергии. Ослабление энергии а в дБ на 1 см длины рассчитывается по формулам: для трубки круглого сечения а = 32/<2, для трубок прямоугольного или квадратного сечения а = 27/а, где й — диаметр трубки, см; а — размер большей стороны прямоугольника, см.
Длина трубки l (см), создающей необходимое ослабление (дБ), 1=N/а, где N — мощность проникающего электромагнитного поля.
Вентиляционные отверстия в СВЧ-установках чаще всего выполняются в виде набора трубок, длина которых определяется следующим образом: для круглых трубок

Для прямоугольных трубок

Где n — число трубок.
В качестве технических средств защиты от электромагнитных излучений широко используют экраны и поглотители мощности.
Для экранирования источника излучения или рабочего места применяют отражающие и поглощающие экраны. Первые изготовлены из токопроводящих металлов (медь, латунь, алюминий, сталь). Защитное действие обусловлено тем, что э-кранируемое поле создает в экране токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранируемому полю. Вследствие этого их результирующее ноле быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную глубину.
Уменьшение амплитуды падающей волны по мере ее проникновения в проводящую среду характеризует понятие глубины проникновения (Z). Под ней понимают расстояние вдоль распространения волны, на котором амплитуда падающей волны Еа (или На) уменьшается в е раз. Ее находят из формулы

Где E, H — соответственно электрическая и магнитная составляющие; ω — круговая частота электромагнитных колебаний; μ — магнитная проницаемость экрана; V — удельная электропроводность экрана; — коэффициент затухания; Z — глубина проникновения магнитного поля в экран.
При распространении в вакууме или в воздухе Е = 377 Н0 фазы колебания векторов E и H происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Глубину проникновения определяют из выражения КZ=1. Например, если электромагнитная волна имеет частоту малую λ = 9 кГц и проникает в среду, у которой v = 10 5 * 1/0м*м (сталь), а μ= 10 3 μо (μо— магнитная постоянная), глубина проникновения Z=0,005 см.
Глубину проникновения для любого заранее заданного ослабления электромагнитного поля можно вычислить по формуле

Обычно по соображениям прочности экратпл изготавливают толщиной не менее 0,5 мм из листового материала с высокой электропроводностью. Смотровые окна и другие технологические отверстия в экранах закрывают густой металлической сеткой с ячейками не более 4X4 мм. Экран должен заземляться. Швы между отдельными листами экрана или сетки должны обеспечивать надежный электрический контакт соединяемых элементов. Шов выполняют сваркой, пайкой или точечной сваркой с шагом не более 50—100 мм.
Для защиты работающих от электромагнитных излучений применяют заземленные экраны в виде камер или шкафов, кожухов, ширм, защитных козырьков, устанавливаемых на пути излучения.
Средства защиты (экраны, кожухи и т. д.) из ра-диопоглощающнх материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона или волокнистой древесины, пропитанной соответствующим составом, ферромагнитных пластин. Коэффициент отражения не превышает 1—3%.
В зависимости от технологического процесса СВЧ-установки могут размещаться в отдельных или общих помещениях. При мощности до 30 кВт установка размещается на площади не менее 25 м2, а выше 30 кВт — более 40 м3. Электромагнитная энергия, излучаемая отдельными СВЧ-установками, при отсутствии экранов распространяется в помещении, отражается от стен и перекрытии, частично проходит сквозь них и в небольшой степени рассеивается. В результате образования стоячих волн в помещении могут создаваться зоны с повышенной плотностью электромагнитного излучения. Поэтому установки следует размещать в отдельных, специально выделенных помещениях, которые должны быть изолированы от других помещений данного здания и иметь непосредственный выход в коридор или наружу.
Толщину стен н перекрытий помещений определяют в каждом случае расчетным путем, исходя из мощности установок и поглощающих свойств строительных материалов.
Материалы стен и перекрытий помещений, в том числе и окрасочные материалы, различно поглощают и отражают электромагнитные волны. Масляная краска создает гладкую поверхность, отражающую до 30 % электромагнитной волны. Известковые покрытия имеют малую отражательную способность. Поэтому для уменьшенная отражения электромагнитной энергии потолок целесообразно накрывать известковой или меловой краской.
Если рассмотренные методы не обеспечивают требуемого эффекта, необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты (капюшоны, халаты или комбинезоны из металлизированной ткани), при пользовании которыми следует строго соблюдать требования электробезопасности.
Для защиты глаз применяются специальные радиозащитные очки ОРЗ-5 из стекла, отражающего электромагнитные излучения или очки марки ЗП5-90. вмонтированные в капюшон или применяемые отдельно. Стекла очков покрыты полупроводниковым оксидом олова БпОз, ослабляющим электромагнитную энергию до 30 дБ в диапазоне волн 0,8—150 см не менее чем в 1000 раз при сохранении светопропускания не ниже 74%.
Организационные меры защиты от СВЧ-энергии.
К работе на установках СВЧ не допускаются лица моложе 18 лет, а также со следующими заболеваниями: все болезни крови, заболевания нервной системы прогрессирующего характера, хронические заболевания глаз, туберкулез в активной форме, выраженные эндокринные заболевания, функциональные расстройства нервной системы. При облучении, превышающем 10 мкВт/см2, рабочим предоставляется дополнительный отпуск и сокращается рабочий день.
Помещения, где работают СВЧ-устаиовки. оборудуют общеобменной вентиляцией. Вентиляционные устройства во избежание высокочастотного нагрева выполняют из неметаллических материалов (асбоцемента, текстолита, гетинакса).