9. Электоромагнитные излучения

Электромагнитное загрязнение биосферы. Многолетние наблюдения и результаты специальных экспериментов 5, 9 показывают, что электро- магнитные поля (ЭМП) космического происхождения (например, ЭМП, возбуждаемые в земной атмосфере «солнечным ветром» – потоками за- ряженных частиц от Солнца), околоземного происхождения (например, возбуждаемые движением зарядов атмосферного электричества, в том числе при грозовых электрических разрядах), литосферного происхожде- ния (например, постоянное магнитное поле Земли, объясняемое наличием

электрических токов в проводящей жидкости земного ядра; ЭМП, воз- буждаемые динамическими процессами в земной коре), составляющие естественный электро-магнитный фон Земли, играют важную роль в фор- мировании жизненных процессов на Земле. Так, известно влияние солнеч- ной активности, например, магнитных бурь на биологическую деятель- ность всех организмов, на рост эпидемий инфекционных заболеваний. Из- менение геомагнитного поля значимо коррелирует с годовым приростом деревьев, урожаем сельхозкультур, обострением психических, сердечно- сосудистых заболеваний, числом дорожных катастроф. Это неудивитель- но: живые организмы постоянно находятся в сфере влияния естественных ЭМП, более того, они функционируют на основе действия очень слабых биоэлектрических токов и потенциалов (микроамперы, милливольты) и биомагнитных полей (нано-и пикотесла).

В связи с особенностями взаимодействия ЭМП с биологическими объектами диапазон частот радиоволн можно разделить на три поддиапа- зона [10]:

1. 0 ... 10⁶ Гц – влияние магнитной и электрической составляющих ЭМП на биосферу можно рассматривать отдельно;

2. 10⁶ ... 10⁹ Гц – влияние магнитной и электрической составляющих ЭМП на биообъекты разделить невозможно;

3. 10⁹ ... 10¹² Гц – указанное влияние разделить также невозможно; в данной области частот на биообъекты всегда действует сформировавшаяся электромагнитная волна.

Эти особенности электрических, магнитных и электромагнитных по- лей определяют механизмы влияния ЭМП на биообъекты. Так, постоянное магнитное поле приводит к проявлению диа – и пара-магнитных эффектов, постоянное электрическое поле – поляризационных эффектов, переменное магнитное поле индуцирует электрический ток в биообъектах, переменное электрическое поле вызывает токи смещения в живом веществе биообъек- тов.

Основные искусственные источники ЭМП: радиолокационные, ра- дио- и телепередающие станции, электростанции и трансформаторные подстанции, энергосиловые установки, воздушные линии электропередачи (ЛЭП), наконец, телеприемники, СВЧ-печи, радиотелефоны, компьютеры, широко разветвленные электрические, в том числе кабельные сети и др. Как отмечалось, напряженность техногенных ЭМП на значительных тер- риториях на 2…5 порядков превышает естественный ЭМП-фон населён- ной местности – по крайней мере, в отдельных областях радиоволнового диапазона. Суточные колебания техногенного ЭМП изменяют электромаг- нитную обстановку в биосфере в целом.

Нельзя не обратить внимание на статические электрические поля: на поверхности таких широко распространенных материалов, как линолеум, пластиковые плитки, синтетические ткани одежды образуются большие

электрические заряды. Последние способны возбудить огромные напря- женности электростатического поля – до 3000 кВ/м, вызывающие электри- ческий пробой воздуха (напомним, что напряженность электростатиче- ского поля Земли составляет  130 В/м). Эти поля создают своеобразный техногенный фон локальных электростатических полей. То же можно ска- зать о статических магнитных полях, например, в электрометаллургии, об электрических полях 50 Гц в приземном слое вдоль высоковольтных ЛЭП. Уровни электромагнитных излучений (ЭМИ, радиочастотный диапазон) очень часто превосходят допустимые санитарные нормы: в районах аэро- портов, радио- и телестанций, военных, радиотехнических и других объек- тов. Например, в районе расположения теле- и радиостанции плотность

потока энергии достигает сотен Вт/м² при ПДУ в рабочей зоне 10 Вт/м² (в населённой местности ПДУ должен быть на порядки величины меньше).

Можно сказать, что мощный техногенный радиоволновой фон либо значительно сузил зону нормальной жизнедеятельности (толерантности) живого вещества (организмов), либо где-то даже «выдвигает» организмы из этой зоны. Это позволяет полагать электромагнитное (в данном случае – радиоволновое) загрязнение одним из основных экологических факторов антропогенного воздействия на биосферу.

Электромагнитным излучением называется изменение состояния электромагнитного поля (возмущение), способное распространяться в про- странстве. Электромагнитное поле – это поле, образующееся в результате взаимодействия магнитного и электрического полей. Причиной появления, источников электромагнитных полей становятся разнообразные излучаю- щие объекты микромира, например, заряженные частицы, атомы, молеку- лы, и макромира, в частности, средства связи и компьютеры, радиолокации и бытовые приборы.

Квантовая электродинамика предлагает рассматривать электромаг- нитное излучение как поток фотонов, то есть частиц, представляющих со- бой элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля. Сами же волны характеризуются такими признаками как длина (или частота), поляризация и амплитуда.

Электромагнитное излучение – проблема, с которой человечество столкнулось не так давно. Современные технологии уже прочно вошли в нашу жизнь, стали ее неотъемлемым атрибутом, присутствуют в каждом доме. Именно поэтому риск оказаться в зоне, где плотность потока энергии превышает нормы, сегодня предельно высок.

Особенно резко напряженность полей возрастает вблизи линий элек- тропередач (ЛЭП), радио-и телестанций, средств радиолокации и радио- связи (в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических и энергоемких установок, городского транспорта. В бытовых условиях по- вышение электромагнитных полей вызывается применением электропри- боров, видеодисплейных терминалов, сотовых телефонов, пейджеров, ко-

торые излучают ЭМП самой различной частоты, модуляции и интенсивно- сти.

Электромагнитное загрязнение среды достигло такого уровня, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных в этом столетии для здоровья человека.

Установлено, что негативное воздействие на организм работающих оказывают и электромагнитные поля токов промышленной частоты (ха- рактеризуются частотой колебаний от 3 до 300 Гц). Неблагоприятные воздействия токов промышленной частоты проявляются только при напряжённости магнитного поля порядка 160-200 А/м. Зачастую магнитная напряжённость поля не превышает 20-25 А/м, поэтому оценку опасности воздействия электромагнитного поля достаточно производить по величине электрической напряженности поля.

В соответствии [2, 16] нормы допустимых уровней напряженности электрических полей зависят от времени пребывания человека в опасной зоне. Присутствие персонала на рабочем месте в течение 8 часов допуска- ется при напряженности электрического поля (Е), не превышающей 5 кВ/м.

Основными видами средств коллективной защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты являются экранирую- щие устройства. Экранирование может быть общим и раздельным. При общем экранировании высокочастотную установку закрывают металличе- ским кожухом – колпаком. Управление установкой осуществляется через окна в стенках кожуха. В целях безопасности кожух контактируют с за- землением установки. Второй вид общего экранирования – изоляция высо- кочастотной установки в отдельное помещение с дистанционным управле- нием.

Конструктивно экранирующие устройства могут быть выполнены в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов, пру- тьев, сеток. Переносные экраны могут быть оформлены в виде съемных козырьков, палаток, щитов и др. Экраны изготовляют из листового металла толщиной не менее 0,5 мм.

Наряду со стационарными и переносными экранирующими устрой- ствами применяют индивидуальные экранирующие комплекты. Они пред- назначены для защиты от воздействия электрического поля, напряжен- ность которого не превышает 60 кВ/м. В состав индивидуальных экрани- рующих комплектов входят: спецодежда, спецобувь, средства защиты го- ловы, а также рук и лица. Составные элементы комплектов снабжены кон- тактными выводами, соединение которых позволяет обеспечить единую электрическую сеть и осуществить качественное заземление (чаще через обувь).

Электромагнитные поля воздушных линий электропередачи высоко- го и сверхвысокого напряжений характеризуются напряженностью маг-

нитной и электрической, составляющих соответственно до 25 А/м и 15 кВ/м (иногда на высоте 1,5-2,0 м от земли). Поэтому в целях уменьше- ния негативного воздействия на здоровье, при производстве полевых работ вблизи линий электропередачи напряжением 400 кВ и выше, необходимо либо ограничивать время пребывания в опасной зоне, либо применять ин- дивидуальные средства защиты.

Источники электромагнитных полей радиочастот являются: ра- диовещание, телевидение, радиолокация, радиоуправление, закалка и плавка металлов, сварка неметаллов, электроразведка в геологии (радио- волновое просвечивание, методы индукции и др.), радиосвязь и др.

Электромагнитная энергия низкой частоты 1-12 кГц широко исполь- зуется в промышленности для индукционного нагрева с целью закалки, плавки, нагрева металла. Энергия импульсивного электромагнитного поля низких частот применяется для штамповки, прессовки, для соединения различных материалов, литья и др. При диэлектрическом нагреве (сушка влажных материалов, склейка древесины, нагрев, термофиксация, плавка пластмасс) используются установки в диапазоне частот от 3 до 150 МГц. Ультравысокие частоты используются в радиосвязи, медицине, радиове- щании, телевидении и др. Работы с источниками сверхвысокой частоты осуществляются в радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и др.

Электромагнитных полей радиочастот, они делятся по длине волны на ряд диапазонов табл. 5.3 [16].

Таблица 5.3

Электромагнитные поля радиочастот

Название диапазона	Длина волны	Диапазон частот	Частота	Нормируемые величины
Длинные волны (ДВ)	10-1 км	Высокие ча- стоты (ВЧ)	от 3 до 300 кГц	Е, Н, ЭНЕ, ЭНН
Средние волны (СВ)	1 км-100 м		от 0,3 до 3 МГц
Короткие волны (КВ)	100-10 м		от 3 до 30 МГц
Ультракороткие волны (УКВ)	10-1 м	Ультравы- сокие часто- ты (УВЧ)	от 30 до 300 МГц	Е, Н, ЭНЕ, ЭНН
Микроволны:
Дециметровые (дм)	1 м-10 см	Сверхвысо- кие частоты (СВЧ)	от 0,3 до 3 ГГц	I, ЭНППЭ
Сантиметровые (см)	10-1 см		от 3 до 30 ГГц
Миллиметровые (мм)	1 см-1 мм		от 30 до 300 ГГц

Электромагнитное поле – это совокупность двух неразрывно свя- занных между собой переменных полей, характеризующихся напряженно- стью электрической (Е, В/м) и магнитной (Н, А/м) составляющих. Различ- ные соотношения радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого – по дей- ствию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и

больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант элек- тромагнитного излучения. Связь между энергией (W) и частотой (f) коле- баний определяется как [4, 8, 9]

W  h  f ^{, (5.15)}

где h – постоянная Планка, равная

6 ,6 10 ³⁴

_{Вт / см} ² ; f – частота

колебаний, равная f=c/  , (5.16) где с – скорость распространения электромагнитных волн в воздухе

(с  3 10⁸ , м/c);  – длина волны, м.

Таким образом, энергию колебаний можно определить как

W  h  f   ,

(5.17)

Электромагнитные волны вокруг любого источника излучения раз- деляют на три зоны: ближнюю – зону индукции, промежуточную – зону интерференции и дальнюю – волновую зону. Если геометрические разме- ры источника излучения меньше длины волны излучения (т. е. источник можно рассматривать как точечный), границы зон определяются следу- ющими расстояниями:

• ближняя зона (индукции) R   2 ;

• промежуточная зона (интерференции)  2  R  2   ;

• дальняя зона (волновая) R  2   .

При распространении ЭМП происходит перенос энергии, величина которой определяется вектором Умова-Пойтинга. Величина этого вектора измеряется в Вт/м² и называется интенсивностью I или плотностью потока энергии (ППЭ).

В первой зоне характеристическими критериями ЭМП являются от- дельно напряженности электрической и магнитной составляющих, в зонах интерференции и излучения – комплексная величина ППЭ I.

Работающие с источниками излучения – низкочастотными, среднечастотными, в некоторой степени высокочастотными, – находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов сверхвысокочастотных и крайневысокочастотных диапазонов работающие часто находятся в волно- вой зоне. В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии, т. е. количеством энергии, падающей на едини- цу площади поверхности (мВт/см²). Значения данного параметра вблизи

установок СВЧ могут изменяться в широких пределах, что в первую оче- редь зависит от их мощности, а также от конструктивного исполнения.

Диапазон СВЧ используется не только в технике, связи, но и в раз- личных технологических приложениях. Генераторы СВЧ нашли широкое применение в электронной промышленности, радиолокации, радиоастро- номии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии, ядерной физике и т. п. Бытовые СВЧ-печи, переносные радиотелефоны, сотовые телефоны являются в настоящее время широко применяемыми бы- товыми приборами.

В ВЧ- диапазоне электромагнитного поля длина волны намного больше размеров тела человека. диэлектрические процессы, происходящие под воздействием ЭМП этого диапазона, выражены слабо. В результате происходит сокращение мышц, разогрев организма, страдает нервная си- стема, повышается утомляемость.

Наиболее опасными для человека являются электромагнитные волны высокой и сверхвысокой частот. Критерием оценки степени воздействия на человека может служить количество электромагнитной энергии, поглощае- мой им при пребывании в электрическом поле.

Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биоло- гического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров электромагнитных волн радиочастотного диапазона: длины вол- ны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма, а также от площади облучаемой поверхности и анато- мического строения органа или ткани [10].