книги из ГПНТБ / Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека

Шеіши его биологической эффективности в особое поло­ жение. Поэтому основное внимание в этой работе уделе­ но методам и измерительной аппаратуре, пригодным для использования именно в этом участке диапазона.

Техника радиогигиены СВЧ включает в себя три ос­ новных аспекта (табл. 1): нормирование, т. е. определе­ ние на основе клинико-физиологических и биофизических данных необходимого перечня биологически эффектив­ ных параметров воздействующего фактора (электромаг­ нитного поля), предельно допустимых значений каждого из этих параметров и форму их представления; обнару­ жение биологически значимых параметров и защиту — систему мероприятий инженерного, организационного и медико-биологического плана, направленную на предот­ вращение или снижение до минимума вредных последст­ вий воздействия.

Современные масштабы организации защиты от из­ быточного действия СВЧ излучений таковы, что зачастую ее стоимость оказывается соизмеримой со стоимостью радиоизлучающей аппаратуры, поэтому весьма важно найти оптимальные формы нормирования, обнаружения и защиты, предусматривающие максимум экономичности при необходимой степени безопасности.

Наиболее распространенной формой нормирования СВЧ излучений является нормирование по уровню плот­ ности потока мощности (ППМ) *. Значения допустимой ППМ, принятые в различных странах, приведены в табл. 2 (составлена по данным, представленным А. Г. Субботой, кроме сведений по США); эволюция норм в нескольких организациях и фирмах США [85, 124] показана на рис. 1. Сейчас, с усложнением форм воздействия радиоизлуче­ ний, пользоваться нормативами в принятом виде затруд­ нительно. Эти трудности увеличиваются при оценке почти одновременного воздействия излучений нескольких излу-

* В Международной системе единиц измерения (СИ) ППМ со­ ответствует поверхностной плотности потока излучения (интенсивно­ сти излучения) — величине, равной отношению средней мощности излучения за время Л£, значительно большее периода колебаний, к площади. В соответствии с Государственными стандартами, плот­ ность потока, испускаемого с данной поверхности, обозначается На­

падающего на облучаемую поверхность. В дальнейшем для краткости «плотность потока мощности» будем называть «плотностью мощ­ ности».

10

aiiHdouivdogvtf

12

13

чателей с различными ППМ. Например, -современный авианосец с атомным двигателем типа «Интерпрайз», (ВМФ США) оснащен более чем 500 антеннами. Значи­ тельная часть их — передающие, многие из которых — сканирующие или вращающиеся. Для оценки подобных случаев вопрос об оптимизации форм нормирования стоит особенно остро.

Пока за основу при выработке нормативов в области СВЧ принята концепция, согласно которой гигиениче­ ское значение имеют только нритепловые интенсивности*

мВт/см2

Рис. 1. Уровни максимально допустимой плотности мощно­ сти электромагнитных излучений в организациях и фирмах США в период 1953—1966 гг.:

и ниже, т. е. ППМ^ЛО м В т/ cm2. Ощущение тепла при воздействиях радиополей на этих уровнях ничтожно, вследствие чего человек обычно не подозревает об опас­ ности. Поэтому приходится разрабатывать целую систе­ му контроля облучаемости — достаточно надежные мето­ ды обнаружения радиоизлучений (инструментальные методы индикации наличия радиополей и количественно­ го измерения необходимых параметров, например ППМ), а также расчет на основе определенных характеристик излучателя.

* В данной книге понятие «интенсивность», если нет особой ого­ ворки, соответствует понятию «величина ППМ» или «величина напря­ женности» одной из составляющих поля.

14

Особое значение расчетных методов заключается в том, что они дают возможность предвидеть биологиче­ скую опасность до ввода излучателя радиотехнической станции (РТС) в строй, т. е. в возможности осуществить радиопрогноз. Основным направлением в совершенство­ вании расчетных методов является минимизация исход­ ных данных, необходимых для радиопрогноза, снижение расчетного времени и упрощение использования готовых результатов расчета при сохранении необходимой точно­ сти в заданном диапазоне применимости.

После ввода РТС в эксплуатацию, если позволяет ее режим работы, расчетные данные проверяются путем

измерений ів реальных условиях. В некоторых случаях измерения вообще являются единственным способом оценить радиообстановку: например,на сложных трассах при сложных диаграммах антенн. 'Во многих случаях измерения, проводимые с помощью универсального ком­ плекса аппаратуры типа ПО-1, позволяют получить до­ статочно полную картину облучаемости отдельных мест внутри технологических помещений и даже территории объектов вблизи излучающих антенн. Сложная прост­ ранственная структура внутренних* полей, необходи­ мость проведения массовых измерений на больших пло­ щадях (десятки и сотни квадратных километров) застав­ ляют усложнять измерительную аппаратуру, применять электрически малые зонды, пиковую индикацию, а в ряде случаев —накопление результатов.

Превышение уровня или дозы предельно допустимых значений является основанием для проведения защит­ ных мероприятий, которые оказываются наиболее трудо­ емкой и практически важной частью общей программы биологической защиты. Кроме организации и пропаган­ ды определенных мер предосторожности, во многих слу­ чаях приходится применять сложные технические соору­ жения, снижающие уровень до необходимого минимума в границах защищаемого объекта. Применение подобных сооружений связано с затратой более или менее значи­ тельных сил и средств, и поэтому их следует тщательно рассчитывать.

Правильное нормирование, своевременное обнаруже­ ние и реализация защитных мероприятий позволяет уст­ ранить вредное воздействие радиоизлучений, обеспечить нормальную жизнедеятельность людей.

* Определение внутренних полей см. ниже, в п. 1.2.2.

15

1.ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ БИОСФЕРА ЗЕМЛИ.

ПРИРОДА И ЭКОЛОГИЯ

Радиоволновая гигиена как 'наука и как комплекс практических мероприятий основывается па данных биофизики, которая определяет физику взаимодействия излучений с живой материей на всех уровнях — от це­ лостного организма до молекулы, служит качественному пониманию этого взаимодействия и, главное, установле­ нию количественных отношений между величиной и формой воздействия, с одной стороны, и реакцией орга­ низма, с другой.

В. И. ВернадскийА. Сент-Дьердьи, И. С- Шклов­ ский, А. Л. Чижевский — эти имена и имена многих дру­ гих исследователей для нас тесно связаны с проблемой взаимосвязи «жизнь и биосфера». Биосфера как нераз­ рывное целое сочетает в себе огромный набор факторов, взаимосвязь с которыми позволяет организму Жить. Многие из них явны, о них человечество узнало с самого начала осознания своего Я, другие были открыты в са­ мое последнее время, о многих мы, очевидно, еще не догадываемся.

Нашу планету миллиарды лет пронизывают потоки ионизирующих частиц, электромагнитных излучений — космических, земного или околоземного іпроисхождения. Длины волн электромагнитного спектра этих излучений простираются от долей миллиметра до тысяч километ­ ров, каждый из участков этого огромного спектра сыг­ рал свою роль в развитии живого на Земле; многие участки используются, как полагают, самими организ­ мами в процессе их жизнедеятельности (в частности, для синхронизации ряда важнейших физиологических процессов и организации биологической связи внутри сообществ).

Электромагнитное поле как особая форма организа­ ции материи обладает как общими, присущими всему ма­ териальному, так и некоторыми особыми свойствами. Широкий диапазон частот, огромные пределы изменения амплитуды во времени и по спектру, а в последнее время и высокая когерентность излучений в совокупно­ сти определяют характер взаимодействия поля с живыми организмами. Прежде чем перейти к описанию этих форм, есть смысл хотя бы кратко напомнить о свойствах

16

электромагнитной части биосферы (далее— просто элек­ тромагнитной биосферы) нашей планеты, об основных

физических явлений, характеризующих электромагнит­ ное поле.

1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ КАК БИОФИЗИЧЕСКИЙ ФАКТОР.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ БИОСФЕРА ЗЕМЛИ

Характерной формой взаимодействия электромагнит­ ного поля с живым организмом (подробные исследова­ ния на эту тему приведены в книге А. С. Пресмана [118], материалы которой использованы при написании этого параграфа) является сочетание нагрева ткани, завися­ щего ^от поглощенной тканями (как полупроводящей средой) энергии, и информационного акта, определяю­ щего нетепловое воздействие на организм. Вторая сторона воздействия — нетепловое, или, как иногда говорят, спе­ цифическое действие радиоволн — определяется именно этим информационным аспектом воспринимаемых орга­ низмом электромагнитных излучений. Спектр и форма этого воздействия зависят от свойств источника и канала связи. Как показывают наблюдения, чувствительность организма в этом случае оказывается намного выше рас­ считанной исходя из простейших соображений о тепло­ вом действии радиоволн. Очевидно, что информационные процессы играют определенную роль и при тепловом (более 10 мВт/см2) воздействии когерентных микроволн на организм. Больше того, такой специфический фактор, как концентрация электромагнитной энергии в объемах тела, ограниченных радиоконтрастными средами, приво­ дит к локальному нагреванию, к «микронагревам». По­ этому деление двух сторон взаимодействия «поле — ор­ ганизм» на информационные и тепловые весьма условно.

Исследования показывают, что особой чувствитель­ ностью к ЭМП обладают органические тела только на

в наибольшей степени эта чувствительность проявляется только в целостном организме. Поэтому причинно-след­ ственные зависимости взаимодействия внешнего электро­ магнитного воздействия и организма часто заставляют прибегать к феноменологическому описанию, опираясь фактически на две группы довольно далеко отстоящих друг от друга исследований: па молекулярном уровне (на изолированных тканяхуклетках ш культурах'Іілеток),

2- 393 ; ‘ 17

С одной стороны, и па уровне изучения поведенческих реакций целостного организма и его отдельных сложных систем (сдвиги в нервно-гуморальной сфере, изменения в процессе размножения и развития организмов, морфо­ логические изменения в органах)— с другой.

Электромагнитная биосфера пашен планеты определя­ ется, и основном, электрическим п магнитным квазистатическиМ'іі полями Земли, атмосферным электричеством (грозовыми разрядами, в частности, молниями), радио­ излучением Солнца и галактик, а в последнее время по­ лем искусственных источников: полем «выделенных» излучателей (антенные поля и паразитные радиоизлуче­

электрического поля у поверхности земли £ 3ем^130 В/м и убывает с высотой примерно по экспоненциальному

величины Сзем достигают максимума в январе — феврале (до 150 ... 250 В/м) и минимума в июне—июле (100 ...

...120 В/м). Суточные вариации электрического поля атмосферы связаны с суммарной грозовой деятель­ ностью по земному шару, но зависят также от местной грозовой деятельности.

Напряженность магнитного поля Земли характеризу­ ется двумя параметрами. Горизонтальная составляющая максимальна у экватора (20.. .30 А/м) и убывает к по­

ном шаре оказываются отдельные области, где величина вертикальной составляющей намного выше («положитель­ ные аномалии») или ниже («отрицательные аномалии») среднего значения.

Частотный спектр атмосфериков простирается в диа­ пазоне от сотен терц до десятков мегагерц. Максимум интенсивности их находится вблизи 10 кГц и убывает с частотой. Среднегодовая интенсивность оценивается по площади, занятой грозами, максимальна на континентах

18

квадратных километров, уменьшаясь к высоким широ­ там. Интенсивность грозовой деятельности всегда « вез­

на зимние месяцы. Во время вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.

Спектр радиоизлучения Солнца и галактик занимает область приблизительно от 10 МГц до 10 ГГц. В «спо­ койном» состоянии интенсивность солнечного излучения находится в пределах от 10-10 до ІО-8 Вт/м2-МГц. Во время вспышек излучение усиливается в несколько де­ сятков раз. Спектр и интенсивность радиоизлучения га­ лактик близки к спектру и интенсивности спокойного Солнца.

Интенсивность радиоизлучения искусственных источ­ ников находится в непосредственной зависимости от мощности генераторов, доли энергии, передаваемой на излучение, а также от коэффициента направленного дей­ ствия излучателей и расстояния до излучателей. Интен­ сивность антенных полей может изменяться (в зависи­ мости от перечисленных условий) от долей микроватта до нескольких ватт на квадратный сантиметр, от сотен микровольт до сотен вольт на метр. «Паразитные» (или «внутренние»—определение см. п. 1.2.2.) излучения ап­ паратуры определяются, кроме мощности устройства, тщательностью выполнения экранировки.

Характерной особенностью этого вида радиоизлуче­ ния, в отличие от природных, является высокая когерент­ ность—частотная и фазовая стабильность, означающая также высокую концентрацию энергии в очень узких областях спектра (например десятки герц для телеграф­ ной, единицы килогерц для радиотелефонной, единицы мегагерц для радиолокационной аппаратуры и т. д.).

Радиофон — это суммарный эффект всех излучаю­ щих радиосредств земного шара и, прежде всего, длин­ новолнового, средневолнового и коротковолнового диа­ пазонов. Интенсивность радиофопа находится в преде­ лах от десятков микровольт до десятков милливольт на метр и имеет явно выраженные суточные колебания, ко­ торые при современной насыщенности радиодиапазона зависят фактически полностью от условий распростране­ ния радиоволн. Например, максимум деятельности диа-