37. Характеристики электромагнитного излучения
Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.
Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света[1].
Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий[2]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.
Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной[3] из завершённых и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.
Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:
наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.
Нормирование электромагнитного излучения
Допустимые уровни ЭМП на рабочих местах при работе с источниками электромагнитных излучений (ЭМИ) устанавливаются в соответствии с требованиями ГОСТа 121006-84 ССБТ \"Электромагнитные поля радиочастотам Допустимые уровни на рабочих местах и ??требования к проведению контроля на рабочих местах \", которая распространяется на диапазоны частот 60 кГц - 300 ГГГГц.
В ближней зоне, которая имеет физическое значение при частотах до 300 МГц, нормируются напряженности электрической и магнитной составляющих полей
В дальней зоне в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц, в котором, как правило, и находится персонал, обслуживающий источники ЭМИ с длиной волны меньше метра, нормируется плотность потока энергии и энергетической не нагрузкой.
В диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц предельно допустимая напряженность ЭМП на рабочих местах в течение рабочего дня не может превышать следующих значений:
для электрических полей:
f, МГц 0,06-3 3-30 30-50 50-300
Е, В / м 50 20 10 5
для магнитных полей:
f, МГц 0,06-1,5 30-50
Н, А / м 5 0,3
В случаях, когда время воздействия ЭМП на персонал не превышает 50% продолжительности рабочего дня, допускаются уровне, выше указанных, но не более чем вдвое
Предельно допустимые значения ГПЭ ЭМП в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц на рабочих местах для персонала следует определять, исходя из предельно допустимого энергетической нагрузки ЕНГДР на организм и времени воздействия Т, по формуле
Нормированное значение ЕНГДР за рабочий день составляет 2 Вттод / м2 для всех случаев облучения, кроме облучения от вращающихся и сканирующих антенн, и 20 Вттод / м2 для случаев облучения от таких антенн
На практике встречаются ситуации, когда в помещение или в окружающую среду одновременно поступает излучения различных частотных диапазонов, для которых установлены разные санитарные нормативы В таком в случае измерения выполняют отдельно для каждого источника при исключении других При этом суммарная интенсивность воздействия всех источников в исследуемой точке в диапазоне 60 кГц -300 МГц должно удовлетворять следующему условиюі:
где Е12 п - напряженность электрического поля от каждого источника ЭМИ; ЕГДР12 - предельно допустимые уровни напряженности электрического поля для соответствующего частотного диапазона
В том случае, когда на рабочее место поступают ЭМП от нескольких источников, работающих в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц, для которых установлен один и тот же норматив, суммарную интенсивность воздействия обч вычисляют по формулам
В случае одновременного воздействия на персонал ЭМП диапазона частот 60 кГц - 300 ГГц с различными нормируемыми параметрами соответствие уровней облучения требованиям нормативов достигается при условии:
Чаще человеку приходится работать с источниками ЭМП промышленной частоты 50 Гц В этом случае обслуживающий персонал находится в ближней зоне, а основным параметром, характеризующим биологическое действие ЭМИ, является электрическая напряженность Магнитная же составляющая заметного влияния на организм не оказывает, потому напряженность магнитного поля в действующих установках и вокруг высоковольтных линий напряжением до 750 кВ включительно о не превышает 25 А / м Согласно ДНАОП 003-313-85 (СН 3206-85) \"Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц\" их вредное биологическое действие проявляется при напряженности 1,4 кА / кА/м.
На напряженность электрического поля промышленной частоты и характер его распределения влияет напряжение электроустановок и высоковольтных линий Специальные наблюдения и исследования, проведенные во многих стран аинах, позволили выяснить, что заметные изменения в здоровье обслуживающего персонала возникают в случае напряжения выше 400 кВ Допустимые уровни напряженности электрического поля частотой 50 Гц в зависимости от трех длительности его воздействия на человека предусмотренные ГОСТом 121002-84 ССБТ \"Электрические поля промышленной частоты Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местахстах".
ГДР напряженности электрического поля устанавливается 25 кВ / м Пребывание в электрических полях напряженностью более 25 кВ / м без средств защиты запрещается Пребывание в электрических полях напряженностью до 5 5 кВ / м допускается в течение рабочего дння.
Оценку постоянных магнитных полей осуществляют согласно ДНАОП 003-304-77 (СН 1742-74) \"Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материал ламы \"Напряженность постоянных магнитных полей не должна превышать 8 кА /А/м.
Для измерения напряженности электрического и магнитного полей в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц используют приборы ВЕМП-1 и ВЕМП-Т, для измерения плотности потока энергии в диапазоне частот 300 М МГц - 300 ГГц применяют приборы ПЗ-9, ПО-13, а напряженность электрического поля промышленной частоты измеряют приборами ПЗ-1 и внеп-5