Исследование сверхвысокочастотного излучения и эффективности защитного экранирования

     В случае источников, работающих в частотных  диапазонах, для которых установлены  разные значения ПДУ, измерения проводятся от каждого источника раздельно, допустимость воздействия оценивается следующим образом: в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц сумма отношений энергетических нагрузок, создаваемых каждым источником, к соответствующим предельно допустимым значениям параметра должна отвечать следующему условию:

.   (1.12)

     При воздействии на персонал ЭМП с различными нормируемыми параметрами соответствие уровней облучения гигиеническим нормативам достигается при выполнении условий:

     *Скважность – величина, определяющая отношение длительности импульса (сек) к периоду его посылки (сек). 

    (1.13) 

1.2.3. Биологическая значимость и воздействие на 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 биологически и 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 энергий внешнего поля в тепловую, 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 В/м, высоких – 2250 В/м, очень высоких – 150 В/м, дециметровых – 40 мВт/см, сантиметровых – 10 мВт/см², миллиметровых – 7 мВт/см².

     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/см². 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  воздействию СВЧ–облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см², 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 [2]. 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 СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 и ГОСТ 12.1.006-84 [6,7] ЭМП СВЧ предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия ЭМИ радиочастот (РЧ) на человека за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указанных в таблице 1.3. 

Таблица 1.3

Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

 

     Предельно допустимые значения интенсивности  ЭМИ РЧ (Е_ПДУ, Н_ПДУ, ППЭ_ПДУ) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня (рабочей смены) и допустимое время воздействия в зависимости от интенсивности ЭМИ РЧ и энергетической экспозиции (ЭЭ) определяются следующими формулам (1.14):

Е_ПДУ = (ЭЭ_ЕПД / Т)^1/2  Т = ЭЭ / Е²

Н_ПДУ = (ЭЭ_НПД / Т)^1/2  Т = ЭЭ / Н²   (1.14)

ППЭ_ПДУ = ЭЭ_ППЭПД / Т  Т = ЭЭ_ППЭПД / ППЭ 
 
 

 

1.2.4. Меры и средства защиты от действия ЭМП

 

     1) Защита по мощности в основном сводится, к применению защитного экранирования.

     Защитные  экраны делятся на:

• отражающие излучение;
• поглощающие излучение.

     К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической  сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов.

     2) Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны, в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетом, для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются соответствующие знаки.

     3) Защита временем применяется,  когда нет возможности снизить  интенсивность излучения в данной  точке до предельно допустимого уровня. Сокращение времени нахождения на рабочем месте под облучением практически всегда снижает производительность труда. Защита временем может осуществляться путем смены работающих, частичной автоматизацией процессов, дистанционным управлением установкой, перерывом в работе и т.д. В действующих, ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и времени облучения.

     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/см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки. 

1.3. Экспериментальная часть 

1.3.1. Требования безопасности при выполнении

лабораторной  работы 

     

1. Ознакомиться  с настоящими методическими указаниями.
2. Перед выполнением лабораторной работы, ознакомиться с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.
3. Не допускается работать с открытой дверцей СВЧ печи.
4. Не допускается самостоятельно  регулировать  или ремонтировать дверь,   панель управления, выключатели системы блокировки или какие-либо другие части печи. Ремонт должен производиться только специалистами.
5. СВЧ печь должна быть занулена.
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.
7. При появлении признаков неисправности стенда необходимо стенд отключить от сети питания и сообщить о неполадке преподавателю.

 

1.3.2. Описание лабораторного стенда 

     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), гнезда для установки сменных защитных экранов 2 и координатное устройство 4. Внешний вид стенда представлен на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1. Лабораторный стенд по изучению ЭМИ: 1 - столешница; 2 -защитные экраны (сетка из оцинкованной стали с ячейками 50 мм; сетка из оцинкованной стали с ячейками 10 мм; лист алюминиевый; полистирол; резина); 3 - микроволновая печь; 4 - разметка; 5 - датчик; 6 - штатив с разметкой; 7 - мультиметр. 

     Координатное  устройство 4 выполнено в виде планшета, на который нанесена координатная сетка. Планшет приклеен непосредственно  к столешнице 1. 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.

     Стойка 6 изготовлена из диэлектрического материала (органического стекла), чтобы  исключить искажение распределения  СВЧ поля.

     В качестве нагрузки в СВЧ печи используется огнеупорный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, обеспечивающая стабильность измеряемого сигнала.

     Принцип измерения заключается в том, что ЭМИ поступает на датчик (5), выполненный в виде полуволнового вибратора, с частотой 2,45 ГГц и состоящего из диэлектрического корпуса, вибраторов и СВЧ диода.

     Сигнал  с датчика 5 поступает на мультиметр 7 (измерения проводят по шкале DCА в мкА), размещенный на свободной части столешницы 1 (за пределами координатной сетки). 

Таблица 1.4

Технические характеристики стенда

 

1.3.3. Порядок проведения работы 

     1. В СВЧ печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.

     2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

     3. Установка режима работы СВЧ печи осуществляется в следующей последовательности: открыть дверцу нажатием прямоугольной клавиши в нижней части лицевой панели; установить ручку «Мощность» в крайнее правое положение «V Высокая»; установить ручку «Время, мин.» в положение 5 мин; плотно закрыть дверцу.