Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Методические указания
по выполнению лабораторной работы по курсу
«БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Исследование эффективности защиты от электромагнитных излучений
Красноярск
СФУ
2013
УДК 53.082.74(07)
ББК 31.22я73
(авт. знак дает РИО. Буква по первой фамилии или по названию)
Рецензенты: А.А. Калинин, к.т.н., профессор, академик МАН экологии и безопасности.
Составители: А. А Емец, Ю. Д. Кан, М. Л. Мальцева, О. В. Чурбакова
Исследование эффективности защиты от электромагнитных излучений: вид издания : для студентов всех специальностей /сост. А. А Емец, Ю. Д. Кан, М. Л. Мальцева, О. В. Чурбакова. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. – 17 с.
Методические указания посвящены изучению электромагнитных полей на примере микроволновой печи и методам защиты от них.
Предназначено для студентов всех направлений и специальностей.
УДК 53.082.74(07)
ББК 31.22я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2013
Учебное издание
Подготовлено к изданию РИО БИК СФУ
Подписано в печать 2013 г. Формат 60х84/16
Бумага офсетная. Печать плоская
Усл. печ. л. Уч.-изд. л.
Тираж ??? экз. Заказ (дает РИО)
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
Тел. 206-26-58, 206-26-49
Лабораторная работа № 12
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ОТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ (ЭМИ)
1. Цель и задачи лабораторной работы
Цель работы: изучить особенности и методику замеров напряженности электрического поля и плотности потока магнитного поля ВЧ и СВЧ – диапазона на рабочем месте; ознакомиться с основными средствами и способами защиты от ЭМ облучения.
2. Общая часть
Источниками ЭМ являются приборы, применяемые в промышленности для индукционного нагрева металлов и полупроводников, а также приборы диэлектрического нагрева, применяемые для сварки синтетических материалов, прессовки синтетических порошков. Свойства электромагнитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используются в таких областях, как радиосвязь, телевидение, радиолокация, дефектоскопия. Поэтому телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМИ диапазона радиочастот. Ряд технологических процессов в пищевой промышленности (сушка, термообработка, варка, экстракция, выпечка и др.) осуществляются в установках с применением сверхвысоких частот (СВЧ), позволяющим сократить длительность термической обработки. В быту источниками ЭМИ являются все работающие электроприборы: печи СВЧ, телевизоры, холодильники, компьютеры и др. Радиочастотные установки, выполняя свои функции, могут создавать зоны высокой интенсивности излучения, в пределах которых могут находиться люди.
Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой совокупность как переменного электрического, так и неразрывно с ним связанного магнитного поля. ЭМП характеризуются следующими величинами: частотой f (Гц), длиной волны λ (м), напряжённостью электрического поля Е (В/м), напряжённостью магнитного поля Н (А/м), плотностью потока энергии (интенсивностью излучения) I (Вт/м2).
Плотность потока энергии определяют вектором Умнова-Пойтинга, Вт/м2:
I=Е*Н,
В зависимости от частоты ν или длины волны в вакууме λ, а также способа излучения и регистрации различают несколько видов электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение, рентгеновское излучение и гамма-лучи.
,
где с – скорость света.
Радиоволнами называются электромагнитные волны, длина λ которых в вакууме больше 5х10-5 м. В связи с особенностью распространения весь диапазон радиоволн принято делить на 9 поддиапазонов. В таблице 1 дана классификация электромагнитных полей диапазона радиоволн.
Таблица 1
Классификация электромагнитных полей диапазона радиоволн
Спектр радиоволн |
Частота колебания, Гц |
Длина волны, м |
Высокая |
||
Сверхдлинные |
менее 3х104 |
более 104 |
Длинные |
3х104-3х105 |
10000-1000 |
Средние |
3х105-3х106 |
1000-100 |
Короткие |
3х106-3х107 |
100-10 |
Ультравысокая |
||
Метровые |
3х107-3х108 |
10-1,0 |
Дециметровые |
3х108-3х109 |
1,0-0,1 |
Сверхвысокая |
||
Сантиметровые |
3х109-3х1010 |
0,1-0,01 |
Миллиметровые |
3х1010-3х1011 |
0,01-0,001 |
Субмиллиметровые |
3х1011-6х1012 |
10-3-5х10-5 |
В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.
Зона индукции имеет радиус, равный:
R = λ /2π.
В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряжённость электрического и магнитного полей.
Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле:
В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряжённость электрического, магнитного поля, а также плотность потока энергии.
Дальняя зона характеризуется тем, что эта зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействует только энергетическая составляющая ЭМП - плотность потока энергии I. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создаёт вокруг себя зону энергетического воздействия - дальнюю зону, имеющую радиус:
R >2πλ
Организм человека, находящегося в ЭМП, поглощает его энергию, в тканях возникают высокочастотные токи с образованием теплового эффекта. Под тепловым эффектом подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных его частей при общем или локальном облучении. Тепловой эффект тем выше, чем выше напряжённость электромагнитного поля и время его воздействия. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность всегда возрастает. Биологическая опасность облучения (СВЧ-полей) оценивается величиной поглощенной телом энергии W, Вт:
,
где SЭФ – эффективная поглощающая поверхность тела человека, м2.
Последствиями таких воздействий могут быть повышенная утомляемость, появление сердечных болей, нарушение функционирования иммунной, репродуктивной, центральной нервной и эндокринной систем, риск развития злокачественных опухолей (особенно головного мозга и молочной железы), лейкозов, катаракты, ломкости ногтей и выпадения волос.
Вредное воздействие электромагнитные поля оказывают уже на промышленной частоте 50 Гц в установках сверхвысокого напряжения (свыше 330 кВ). Степень вредности возрастает по мере увеличения частоты электромагнитных колебаний. Воздействие электромагнитных полей различных частот на организм зависит от характера поля, интенсивности облучения, его длительности и индивидуальной чувствительности человека. Электромагнитные излучения при интенсивностях, превышающих гигиенические нормативы, могут вызвать в организме человека определенные функциональные изменения и нанести ущерб здоровью.
В диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля ЭП (Е, В/м) и напряженности магнитного поля МП (Н, А/м).
В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м2, мкВт/см2).
Воздействие ЭП на человека обусловлено протеканием через тело человека тока.
Влияние ЭП выражается в его тепловом воздействии на молекулы, клетки и ткани, которые под действием ЭП приобретают свойства проводников. Избыточное тепло в организме и повышение температуры тканей, органов человека ведет к их заболеванию.
Воздействие МП на персонал может быть как общим, так и преимущественно локальным (на конечности).
МП индуцирует в теле человека вихревые токи. Согласно современным представлениям, индуцирование вихревых токов является основным механизмом биологического действия МП. Основным параметром, его характеризующим, является плотность вихревых токов. Биологическая эффективность МП зависит от интенсивности и продолжительности воздействия. Показана возможность неблагоприятного влияния МП на здоровье человека.
Реакции организма имеют неспецифический характер. При длительном систематическом пребывании человека в МП могут возникать изменения функционального состояния нервной, сердечно-сосудистой, иммунной систем. Имеется вероятность увеличения риска развития лейкозов и злокачественных новообразований центральной нервной системы.
При действии СВЧ на органы человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией (мозг, глаза, семенники) отмечается выраженный нагрев глубоких тканей и органов по сравнению с кожей и подкожным слоем, что приводит к их поражению.
Поглощение энергии электромагнитных полей на молекулярном, клеточном и тканевом уровне приводит к нетепловому эффекту: нарушению структуры и функций нервной клетки, снижению активности головного мозга.
Пространство рабочего места высокочастотных полей может быть как зоной индукции, так и зоной излучения, в зависимости от частоты генератора и расстояния до рабочего места.
В диапазоне СВЧ рабочее место всегда оказывается в зоне излучения. В этой зоне напряженности электрической и магнитной составляющих поля связаны постоянным соотношением
,
где 120π – волновое сопротивление вакуума.