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

пазона 10. ..20 ім приходится на дневные и вечерние ча­ сы, 30.. .70 — на вечерние и ночные, 200.. .500 м — на ве­ черние, ночные и утренние.

На рис. 1.1.1 показано распределение интенсивности основных естественных и искусственных источников ра­ диоизлучения в диапазоне 0,010. ..ІО5 МГц я условия прохождения различных участков волн сквозь атмос­ феру, облака и ионосферу.

Созданные в ходе эволюции электромагнитные систе­ мы живой природы надежно защищены от воздействия спонтанных изменений ЭМП внешней среды; многие же из .обнаруженных нами связей с внешней средой необхо-

Рис. 1.1.1. Распределение плотности мощности по спек­ тру основных естественных источников радиоизлучения и некоторые примеры источников искусственного проис­ хождения, а также пропускания земной атмосферы для излучения различных длин волн [41, 1451,

20

димы, ло-видимому, для организации собственных про­ цессов жизнедеятельности. Например, известна исклю­ чительно высокая степень влияния солнечной активности буквально на все виды биологической и физиологической деятельности организмов, л, в частности, на состав кро­ ви, лимфы и клеточной протоплазмы, на рост эпидемий различных инфекционных заболеваний, на скорость раз­ множения рыб, насекомых и ряда млекопитающих и даже на численность популяций животных.

Как правило, регулирующее действие оказывают цик­ лические изменения ірадиополя; спорадические измене­ ния приводят к нарушению процессов жизнедеятельно­ сти, особенно заметных в период развития организма и в патологическом состоянии. При исследованиях влия­ ния СВЧ поля на живой организм следует иметь в виду, что само по себе экранирование также может быть вредным. Поэтому наиболее правильным следует счи­ тать изучение влияния излучений в неэкранированных кабинах либо в кабинах с достаточно хорошей ими­ тацией естественных условий. Для бытовых целей в США в настоящее время делается попытка создать имитатор естественных условий, применять который считается осо­ бенно целесообразным в бетонных и железобетонных домах.

1.2. РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ СВЧ АППАРАТУРЫ

Можно назвать в основном три группы людей, под­ вергаемых воздействию радиоволн СВЧ: специалисты, производящие радиоаппаратуру, персонал, эксплуатиру­ ющий ее, а также определенный контингент людей, по роду своей деятельности не связанных с источниками излучений, т. е. подвергаемых облучению случайно.

Первая труппа людей относительно невелика, но под­ вергается облучению более или менее постоянно. При правильно организованной технике безопасности в подав­ ляющем большинстве случаев интенсивность поля можеі быть доведена до необходимого минимума, но опыт по­ казывает, что на определенных этапах производства, осо­ бенно при наладке, регулировке, когда предотвратить избыточное воздействие удается далеко не всегда, и при существующей технике защиты тенденции к уменыпе-

2!

нию облучаемости в этой категории работ еще не на­ блюдается.

Возрастает количество людей второй группы, занятых эксплуатацией мощной GB4 радиоаппаратуры. Сейчас нельзя назвать их общее число, однако, естественно, оно во много раз превышает число людей первой группы. Серьезность положения заключается ів том, что в боль­ шинстве случаев, особенно если излучателем является антенна, предотвратить облучение территории с людьми или трудно технически, или принципиально невозможно.

Третья категория людей подвергается облучению, не имея никакого отношения ни к аппаратуре, ни к выпол­ няемой ею задаче. Сюда можно отнести жителей насе­ ленных пунктов, находящихся в зоне действия излучате­ лей, летчиков и космонавтов, пролетающих в зоне дей­ ствия огромного количества наземных станций, и т. д. Несмотря на очевидную многочисленность людей этой труппы, как показывает опыт, сейчас говорить об особой опасности для нее не приходится.

1.2.1. Заполнение спектра радиоволн диапазона СВЧ.

Рассмотрим подробнее, как заполнен к настоящему вре­ мени спектр диапазона СВЧ [58]. Участок 30. ..1000 МГц занимает телевизионное вещание (всего 85 каналов). На­ земные и воздушные подвижные виды связи занимают

Аппаратура промышленного научного и медицинского на­

Частота, Мгц

Рис. 1.2.1. Использование спектра в диапазоне СВЧ.

22

и 5800±75 МГц (рис. 1.2.1). Каждая из этих служб об­ ладает бесконечным разнообразием возможных ситуа­ ций, при которых человек оказывается подвергнутым об­ лучению энергией СВЧ.

В табл. 1.2.1 в качестве примера приведены характе­ ристики некоторых зарубежных станций, которые помо­ гут представить общую картину облучаемости (следует иметь в виду, что на позиции интенсивности облучения на 20.. .40 дБ меньше, чем в центре апертуры).

Таблица 1.2.1

* Станции слежения за космическим кораблем „Апполсн“, расположенные в Голдстоуне (США), Робледо де Чавелла (Испания), Исганнесбурге (ЮАР), Тинбинбилла (Австралия).

Наибольшей насыщенностью радиосредствами отли­ чаются суда морского флота, где я а сравнительно не­ большой территории приходится размещать большое ко­ личество больших и малых радиолокационных станций, таких, например, как «Нептун», «Дон», «Донец», «Створ», «Декка» ,[53]. Эти РЛС облучают открытые па­ лубы и надстройки полем высокой интенсивности, пред­ ставляющей определенную опасность для плавсостава. Наличие относительно широкой «мертвой» зоны антенн исключает опасное облучение на нижней палубе, под ан­ тенной, но на корме плотность мощности возрастает (от десятков и сотен до тысяч микроватт па квадратный сантиметр).

Опасность избыточного воздействия радиоволн СВЧ для летного состава вследствие малой мощности борто­

23

вых устройств и удаленности наземных радиолокаторов от аэродромов относительно невелика.

Рассмотрим подробнее пространственную энергетиче­ скую структуру полей, воздействующих на человека во время эксплуатации и настройки готовой аппаратуры. Условия облучения полем СВЧ достаточно подробно рас­ смотрены в работе [75].

1.2.2. Реальные условия облучения СВЧ полем. Даже без учета временных характеристик эти условия чрезвы­ чайно разнообразны.

В помещениях с генераторной аппаратурой и элемен­ тами фидерного тракта (рис. 1.2.2) как результат отсут­ ствия должной радиогерметичности имеют место так на­ зываемые внутренние* излучения аппаратуры (1, 2), создающие угрозу облучения непосредственно на рабо­ чем месте**. Иногда внутренние поля возникают вслед­ ствие проникновения через стены или крышу лучей — прямого (3) или переотраженного металлическими вклю­ чениями (4), имеющимися в материале стен и крыши. Картина поля осложняется отражениями от поверхно­ стей стен и шкафов с аппаратурой (5). На некоторых производственных участках и контрольно-испытательных станциях (КИС) внутри помещений находятся излуча­ ющие антенны, которые, если не закрыты необходимыми поглощающими насадками, и оказываются основным ис­ точником опасности.

* Внутренние поля — поля внутри помещений, ограниченных обычно хорошо отражающими поверхностями. Паразитные излуче­ ния — излучения, проникающие через электромагнитные неплотности устройств экранировки генераторов, фидеров, антенных коммутаторов и т. п. В большинстве случаев внутренние поля образуются только

врезультате паразитных излучений аппаратуры.

**Опасность переоблучения внутренними полями была отмечена еще с появлением диатермических установок, используемых для ВЧ

исключительно в промышленных условиях, но сейчас СВЧ генераторы появляются и в быту. Особую популярность приобретают магнетрон­ ные печи для приготовления пищи. По последним данным, производ­ ство таких печей мощностью 500 Вт только японской фирмой «Мацуста» к настоящему времени превышает 500 тыс. штук в год [109, 129, 155]. У нас такие печи используются в общественных сто­ ловых и кафе, в камбузах морских судов и т. п., т. е. здесь вопрос обеспечения безопасности при эксплуатации подобной аппаратуры является весьма актуальным.

24

Каждый из этих факторов вносит свой вклад в общий эффект, так что в некоторых случаях найти и определить вклад отдельных источников высокой интенсивности по­ ля в помещениях на основании общих измерений не уда­ ется и приходится прибегать к оценке конструкций от­ дельных блоков, шкафов и здания.

Как правило, внутренние поля возникают от строго локализованных источников, дополненных многократны­ ми отражениями от поверхностей стен, пола, потолка и аппаратуры. Такими источниками могут быть различные

Рис. 1.2.2. Общая картина внутренних полей.

электрические утечки через неплотности (щели) в дверцах шкафов генераторов, в фланцах волноводов, в сочленя­ ющих устройствах фазовращателей, ответвителей и т. п. Характерной особенностью таких внутренних (паразит­ ных) излучений является то, что при облучении ими че­ ловек может оказаться на расстояниях от места излуче­ ния, много меньших длины волны, вплоть до непосред­ ственного контакта, т. е. в ближней зоне.

25

Понятие ближней зоны тесно связано с полем антенны и, види­ мо, поэтому среди специалистов бытует разночтение терминов при разделении фактически трех разных понятий. Для дальнейшего клас­ сифицируем их следующим образом.

Зона индукции элементарного вибратора — область поля, в ко­ торой величины энергии, запасенной поочередно возникающими элек­ трическим и магнитным полями, существенно неодинаковы, т. е. здесь имеет смысл говорить не о «перекачке» энергии из магнитной в электрическую, как это имеет место в дальней зоне, а о перекачке энергии между полем и источником. С приближением к источнику в пределах от Л/2зт и ближе интенсивность составляющих возрастает пропорционально 2—3-й степени уменьшения расстояния. Зона индук­ ции является неотъемлемой частью поля любого излучателя, в том числе и апертурных антенн, отдельных активных вибраторов и пас­ сивных переизлучателей. Некоторые сведения о зоне индукции эле­ ментарного вибратора приведены в § 3.1.

Ближняя зона антенн, или зона Френеля, простирается от апер­ туры антенны с расстояния один — три раскрыва и плавно через промежуточную зону (приблизительно 0, 1 ... 1 расстояния до гра­ ницы дальней зоны) переходит в дальнюю (зона Фраунгофера), где

ционных явлений антенны, где внутренняя структура поля суще­ ственно реактивна, т. е. существуют выраженные минимумы и ма­ ксимумы плотности потока мощности на электрической оси антенны. Необходимость выделения этой области антенн в отдельную связа­ но с появлением в пей определенной специфики биологического дей­ ствия; границы ее весьма условны и пока могут быть определены

наличие зоны индукции. Граница же дальней зоны таких источников вследствие малости их размеров находится в непосредственной близости от них, т. е. геометрически поле сформировано па любых расстояниях R ^ 2 L 2/X, где

ся в непосредственной близости от металлических

волны, даже если он не является собственно элементом антенны, будучи облученным, имеет зону индукции, ин-

26

тенсивиость .поля в которой может со много раз превы­ сить интенсивность падающей волны. Для наглядности

терференционная картина, устанавливаемая в закрытых помещениях с излучающей аппаратурой, создает и опре­ деленные трудности при измерении этих полей. Напри­ мер, усложняется выбор параметров поля и единиц из­ мерения этих параметров, наилучшим образом опреде­ ляющих степень биологической вредности; появляются

Рис. 1.2.3. Качественная картина зон апертурной антенны:

трудности технического характера чіри измерении полей (которые здесь отличаются высокой пространственной фазовой и амплитудной неоднородностью) и т. д. Мно­ гие из этих трудностей пока еще не преодолены даже в теоретическом плане. Например, при измерениях обыч­ ными рупорными или вибраторными антеннами полей вблизи аппаратуры относительно низкочастотных уст­ ройств ошибка в сторону занижения может составить несколько десятков раз и более и, следовательно, резуль­ таты таких измерений не могут являться предметом сравнения с установленными нормативами по ППМ.

Естественная локализация внутренних полей в огра­ ниченном пространстве и относительная простота техни­ ческих возможностей снижения интенсивности внутрен­ них полей до необходимого минимума позволяют при

27

28

Рис. i .2.4. Гигиену СВЧ интересуют два класса антенн: измерительные и излучающие:

а — антенна радиолокационной станции AN/FPS-85; б — антенна р а ­ диолокационной станции AN/FPS-49; в — антенна ІІ6-22 [75] прибора ПО-1, предназначенного для измерения интенсивности поля в диа­ пазоне 150 . . . 300 МГц; г — антенна-зонд, применяемая для измере­ ния интенсивности поля вблизи аппаратуры.

определенных затратах внимания, сил и средств дооиться высокой степени защиты персонала по крайней мере на этапе эксплуатации аппаратуры.

Несмотря на то, что антенны СВЧ устройств, как пра­ вило, концентрируют энергию в пределах относительно малых пространственных коридоров, тем не менее значи­ тельная часть излучаемой энергии (доля ее колеблется в очень широких пределах: от единиц до десятков про­ центов) рассеивается в пространстве в виде четко сфор­ мированных боковых лепестков и «фона». Разработка и строительство антенн с малым уровнем паразитных из­ лучений требует больших затрат. Кроме удорожания ан­ тенных систем, работы, связанные с уменьшением пара-

29