4.. Правила техники безопасности при работе с источниками свч излучения

При работе с аппаратурой СВЧ необходимо соблюдать правила работы с электроустановками и, кроме того, со специфическими требованиями, обусловленными особенностями СВЧ диапазона длин волн. Это связано с тем, что размеры элементов СВЧ устройств, как правило, сравнимы с величиной длины волны, а, значит, использование открытых систем или наличие неплотностей в соединениях СВЧ тракта приводит к значительному просачиванию (излучению) СВЧ мощности. Открытыми системами СВЧ называют системы, в которых СВЧ тракт незамкнут. К открытым системам относят волноводы с отверстиями, коаксиальные линии с прорезями в наружном проводнике, несимметричные, щелевые и копланарные полосковые линии. Необходимо следить за тем, чтобы соединения элементов закрытых трактов производились без прерывания линий тока на границах (фланцах), соответствующих элементов. В случае волноводных элементов предпочтительно использование дроссельных фланцев. При использовании коаксиальных элементов необходимо следить за их качественным соединением друг с другом. Предпочтительным является использование резьбовых соединений коаксиальных линий, а не байонетных соединений. Генераторы и открытые тракты СВЧ являются источниками электромагнитных волн СВЧ диапазона, т.е. источниками неионизирующего излучения. Высокие уровни СВЧ мощности могут приводить к специфическим заболеваниям. Для каждого поддипазона длин волн известна предельно допустимая плотность потока СВЧ мощности q, которая не вызывает возникновения такого рода заболеваний. Для длины волны =3см такая пороговая плотность потока мощности равна q= 10мкВт/см².

Промышленные СВЧ генераторы имеют очень большую выходную мощность. Даже если небольшая часть этой мощности просачивается в окружающее установку пространство, это может представлять опасность для окружающих: воздействие достаточно мощного СВЧ излучения на зрение, нервную систему и другие органы человека может вызвать серьезные болезненные явления. Поэтому при работе с мощными источниками СВЧ энергии необходимо неукоснительно соблюдать требования техники безопасности. В нашей стране санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.1191-03 установлена безопасная норма СВЧ излучения, т.е. так называемая предельно допустимый уровень энергетической экспозиции- 1000 мкВт/см2. Энергетическая экспозиция плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГЦ рассчитывается формулой: ЭЭ=ППЭ*Т, (мкВт/см2)*ч где ППЭ – плотность потока энергии, (мкВт/см2) Т-время воздействия поля за смену, (час) Следует отметить, что по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности - от резонаторных камер или волноводных систем, где производится обработка с помощью СВЧ энергии, — поток излученной энергии быстро ослабевает (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно установить безопасную границу, где уровень излучения ниже нормы, и выполнить ее в виде ограждения, за которое нельзя заходить во время выполнения технологического процесса. При этом защитные устройства получаются достаточно простыми и недорогими. В настоящее время существует несколько видов как твердых, тик и мягких (типа резины) поглощающих материалов, которые уже при толщине в несколько миллиметров обеспечивают практически полное поглощение просачивающейся СВЧ энергии. Поглощающий материал закладывается в щели между теми металлическими деталями резонаторных камер или волноводных структур, которые не могут быть соединены сваркой или пайкой. Предотвращение излучения через отверстие для наблюдения или подачи воздуха осуществляется применением металлических трубок достаточно малого внутреннего диаметра и необходимой длины. Такие трубки являются запредельными волноводами и практически не пропускают СВЧ энергию. Необходимо, чтобы внутренний радиус R был в 10 — 15 раз меньше рабочей длины волны. В этом случае погонное затухание (в децибелах на сантиметр) на низшем типе волны H11 может быть приблизительно определено по формуле L=16/R, а общее затухание при длине трубки l становится равным 16l/R дБ. Плотность потока энергии можно определить измерителем плотности потока энергии электромагнитного поля П3-33 Рис. 1. Измеритель плотности потока энергии электромагнитного поля. Измеритель П3-33 обеспечивает обнаружение и контроль биологически опасных уровней плотности потока энергии электромагнитных излучений в соответствии с действующими правовыми и нормативными документами Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии и Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Может применяться для аттестации рабочих мест, сертификации продукции и в научных исследованиях. Предназначен для измерения плотности потока энергии (ППЭ) в режиме непрерывной генерации при проведении контроля уровней электромагнитного поля на соответствие требованиям норм по электромагнитной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.006, ГН 2.1.8./2.2.4.019 и СанПин 2.2.4/2.1.8.055 и СанПиН 2.2.41191-03. В качестве датчика ППЭ используется всенаправленная широкополосная антенна с телескопической рукояткой. Программное обеспечение работы Измерителя П3-33 предоставляет широкие потребительские возможности для пользователей: - Определение полной экспозиционной дозы облучения за время измерения - Проведение длительных серий измерений с запоминанием результатов измерений в серии и возможностью последующего считывания их из памяти Измерителя. - Возможность передачи данных по стандартному RS 232 – интерфейсу в персональный компьютер с последующим редактированием их (добавление комментариев, заключения и пр.) и распечаткой в форме Протокола измерений. Основные характеристики: рабочий диапазон частот 0,3 - 4,0 ГГц диапазон измеряемых потоков СВЧ-излучения 0,1 - 250 мкВт/см2 основная относительная погрешность измерения ± 3 Дб ресурс автономной работы не менее 10 ч.

Перед началом выполнения экспериментальной части лабораторной работы все ее участники обязаны: ознакомиться со структурной схемой установки,

разобраться со схемой соединений приборов,

оптимальным образом расположить на рабочем столе элементы СВЧ схемы, определить и усвоить местонахождения тумблеров включения СВЧ мощности и розеток питания приборов, используемых в данной лабораторной работе.

Включение напряжения должно производиться одной правой рукой. В это время левая рука этого человека не должна касаться заземленных частей установки, токоведущих частей или частей установки, находящихся под напряжением.

Безопасность работы с устройствами СВЧ. Рост масштабов применения СВЧ устройств и особенно использование устройств большой мощности привело к заметному повышению уровня СВЧ энергии на земном шаре и к увеличению локальной интенсивности излучения СВЧ энергии передающими антеннами (особенно с острой диаграммой направленности). Кроме того, когда к антенне по фидеру подводится значительная СВЧ мощность, появляются высокие напряжения, опасные для здоровья и жизни находящихся поблизости людей. В связи с этим возник специальный раздел гигиены труда — радиогигиена, занимающаяся изучением биологического влияния радиоизлучений и разработкой мер по предотвращению вредного действия СВЧ энергии на человека и поражения его электрическим током СВЧ. Считаются безопасными для здоровья человека следующие предельно допустимые плотности потока мощности поля СВЧ: 10 мвт/см² в течение 7—8 ч, 100 мвт/см² в течение 2 ч, 1 вт/см² в течение 15—20 мин (при обязательном пользовании защитными очками). Допуск обслуживающего персонала к работе с промышленными СВЧ устройствами разрешается только после выполнения необходимых мер предосторожности в соответствии с правилами техники безопасности для такого рода устройств. Слабые дозы облучения волнами СВЧ диапазона применяются для электролечения (т. н. микроволновая терапия).

Лабораторные работы осуществляются с использованием маломощных генераторов СВЧ энергии. При этом уровень СВЧ мощности на выходе генератора не превышает одного милливатта. Тем не менее, и такой уровень излучения представляет опасность для организма человека, особенно для зрительной системы.

Длительное облучение глаз человека таким уровнем СВЧ мощности приводит к помутнению роговицы и катаракте глаз.

Техника безопасности при работе СВЧ источниками.

Промышленные СВЧ генераторы имеют очень большую выходную мощность. Даже если небольшая часть этой мощности просачивается в окружающее установку пространство, это может представлять опасность для окружающих: воздействие достаточно мощного СВЧ излучения на зрение, нервную систему и другие органы человека может вызвать серьезные болезненные явления. Поэтому при работе с мощными источниками СВЧ энергии необходимо неукоснительно соблюдать требования техники безопасности.

В нашей стране санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.4.1191-03 установлена безопасная норма СВЧ излучения, т.е. так называемая предельно допустимый уровень энергетической экспозиции- 1000 мкВт*час/см². Энергетическая экспозиция плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГЦ рассчитывается формулой:

ЭЭ=ППЭ*Т, (мкВт/см2)*ч

где ППЭ – плотность потока энергии, (мкВт/см²) , Т-время воздействия поля за смену, (час) .

Следует отметить, что по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности - от резонаторных камер или волноводных систем, где производится обработка с помощью СВЧ энергии, — поток излученной энергии быстро ослабевает (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно установить безопасную границу, где уровень излучения ниже нормы, и выполнить ее в виде ограждения, за которое нельзя заходить во время выполнения технологического процесса. При этом защитные устройства получаются достаточно простыми и недорогими.

В настоящее время существует несколько видов как твердых, тик и мягких (типа резины) поглощающих материалов, которые уже при толщине в несколько миллиметров обеспечивают практически полное поглощение просачивающейся СВЧ энергии.

Поглощающий материал закладывается в щели между теми металлическими деталями резонаторных камер или волноводных структур, которые не могут быть соединены сваркой или пайкой.

Предотвращение излучения через отверстие для наблюдения или подачи воздуха осуществляется применением металлических трубок достаточно малого внутреннего диаметра и необходимой длины. Такие трубки являются запредельными волноводами и практически не пропускают СВЧ энергию. Необходимо, чтобы внутренний радиус R был в 10 — 15 раз меньше рабочей длины волны. В этом случае погонное затухание (в децибелах на сантиметр) на низшем типе волны H11 может быть приблизительно определено по формуле L=16/R, а общее затухание при длине трубки L становится равным 16L/R дБ.

Плотность потока энергии в диапазоне частот (0.3-4) ГГц можно определить измерителем плотности потока энергии электромагнитного поля П3-33.

Поэтому для уменьшения облучения человека регуляторы выходной мощности генераторов СВЧ перед началом измерений и сразу после их окончания должны быть установлены в положение минимально возможной выходной мощности или вовсе отключены.

5. Воспрещается:

5.1 Оставлять без надзора работающие установки;

5.2 Производить какие-либо переключения или пересоединения СВЧ компонентов по ходу выполнения лабораторной работы на не отключенных выходах СВЧ энергии;

5.3 Смотреть в открытый конец волновода при не отключенном выходе работающего СВЧ генератора;

5.4 В случае применения открытых систем необходимо следить за тем, чтобы при значительном уровне мощности человек не попадал под прямой или отраженный пучок СВЧ мощности. Отражение может создаваться вследствие наличия незамкнутых металлических поверхностей, расположенных на пути прямого пучка, выходящего из СВЧ тракта.

5.5 После окончании работы вся аппаратура должна быть выключена.

6. Задание

6.1 Ознакомьтесь с конструкциями волноводных компонентов СВЧ техники по фотографиям на мониторе компьютера и найдите их в комплекте, представленном преподавателем.

6.2 Рассчитайте диапазон длин волн (частот), который соответствует распространению в волноводе, представленном преподавателем, только основной моды – моды ТЕ₁₀. Определите фазовую скорость волны, соответствующую центральной частоте, в данном волноводе.