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

Рис. 7.2.8. Номограмма для определения е3 и Д3.

1.3. ЛОКАЛЬНАЯ И ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

Средства и методы ограниченной защиты можно на­ звать подчиненными по отношению к общей защите, хотя по эффективности и массовости применения они, как пра­ вило, превосходят коллективные. Причиной этого явля­ ется, прежде всего, высокая стоимость коллективных средств защиты, а иногда и действительно малый тех­ нический эффект при разумных затратах. Например, при рассмотрении расчетных графиков для определения ве­ личины дифракционного затухания непрозрачных экра­ нов можно было заметить, что их постановка перед за­ щищаемыми объектами с большой протяженностью в глубину неэффективна. То же можно сказать о подъ­ еме излучающих антенн: эффективность этого способа уменьшается с удалением защищаемого объекта от антенны. Основой методов локальной защиты (выделе­ ние метода локальной защиты в отдельный класс до сих пор остается дискуссионным) является экранирование каналов просачивания электромагнитной энергии в за­ щищаемый объем извне или из находящегося в нем ко­ жуха, экранирующего излучающую аппаратуру. Инди­ видуальные средства предохраняют от облучения все тело или отдельные его части, наиболее чувствительные

квоздействию радиоволн.

Илокальные и индивидуальные средства защиты предполагают использование радиоотражающих (экра­ нирующих), в некоторых случаях поглощающих мате­ риалов (РЭМ и РПМ), которые должны удовлетворять комплексу необходимых радиотехнических и механиче­ ских, гигиенических, технологических и эстетических требований. На практике это удается далеко не всегда. Отсюда отсутствие универсального РЭМ и РПМ и необ­ ходимость подбора материала к каждому конкретному случаю.

Ниже кратко рассмотрим принципиальные и техно­ логические особенности применяемых в технике защиты радиозащитных материалов (РЭМ), вкратце остановим­ ся на описании конкретных методов и средств локаль­ ной и индивидуальной защиты.

7.3.1.Принципы использования радиоэкранирующих

ирадиопоглощающих материалов. Для защиты имеют

значение две характеристики радиозащитных материа­ лов: за экраном — сквозное затухание; перед экраном — отражение от поверхности материала. Сквозное затуха-

292

ние обусловлено тепловыми потерями в толще материа­

верхности материала. Отражение энергии обусловлено в основном -несоответствием волновых характеристик воздуха и материала, из которого изготовлен экран. Сквозное затухание и отражение электромагнитной энергии определяются через коэффициенты сквозного затухания Кскв и отражения Котр, выражаемые как отно­ шение соответственно прошедшей и отраженной энергии

Рис. 7.3.1. Соотношения сквозного (Вскв) и отражающего (ßorp) затуханий при использовании экрана, РПМ с экраном А и без экрана Б (РПМ без экрана — крайне редкий случай); В скв и ßoTp в натуральных -отношениях.

В зависимости от практической потребности мате­ риалы изготавливаются либо с большим коэффициентом отражения и соответственно большими ВСкв (РЭМ, экра­ ны в виде сплошных металлических листов или сеток), либо с малым коэффициентом отражения (РПМ, выпол­ няемые в виде объемных блоков из полупроводящих материалов, характеризующихся определенным распре­ делением е, р, о по толщине материала). В РПМ основ­ ным параметром является коэффициент отражения; сквозное затухание специально не оценивается, так как обычно вследствие наклейки фольги (с задней стороны РПМ) оно оказывается очень большим (рис. 7.3.1). В процессе разработки РПМ подбором специальных сред и распределения их электромагнитных характери­ стик по толщине материала добиваются очень малых отражений, -вплоть до долей -процента.

293

В радиоэкранирующих материалах, устанавливаемых между излучателем и защищаемым объектом, имеет значение фактически только сквозное затухание, кото­ рое может быть представлено как результат отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и погло­ щения оставшейся высокочастотной энергии в толще экрана. Для экрана, ориентированного перпендикулярно направлению распространения волны, выражение для экранного ослабления (сквозного затухания) в дБ имеет вид [39]

Из приведенных формул видно, что поглощение уве­ личивается с ростом частоты поля, толщины, магнитной проницаемости и проводимости металла экрана, а отра­ жение в основном определяется несоответствием волно­ вых характеристик диэлектрика и металла. На рис. 7.3.2 приведены зависимости экранного ослабления от часто­ ты для некоторых широко применяемых в технике экра­ нирования материалов. Нанесение тонких проводящих прозрачных пленок (в частности, двуокиси олова) по­ зволяет получить защитное стекло с ослаблением СВЧ поля около 30 дБ. Как видно из рис. 7.3.2, сплошные металлические листы имеют очень большое затуха­ ние, что на практике не требуется. Поэтому для защиты целесообразно использовать тонкие листы, выбирая их толщину исходя лишь из соображений механической прочности, или металлические сетки, обладающие доста­ точным ослаблением, но отличающиеся от листовых ма­ териалов меньшим весом и стоимостью. Ослабление сетчатых экранов зависит от размера ячеек и диаметра проволоки и с достаточной для практики точностью до­ вольно просто определяется по номограмме [84], по­ строенной по эмпирической формуле:

2 9 4

П и П3— падающая и проходящая ППМ (за экраном), 2г — диаметр проволок сетки, а — расстояние между центрами проволок.

Приведенная на рис. 7.3.3 номограмма построена для случая нормального падения энергии на сетку из парал­ лельных проволок, когда вектор электрического поля Е

Рис. 7.3.2. Зависимость экранного ослабле­ ния металлического листа толщиной 0,05 мм от частоты:

им параллелен. Номограмма применима и для сетчатых экранов, при этом считается возможным пренебречь дей­ ствием проволок, перпендикулярных вектору Е. Для пользования номограммой необходимо линейкой соеди­ нить точку (а/Х) на левой шкале с точкой (а/г) на пра­ вой шкале. Пересечение линейки со средней шкалой [101g (П[П3)] и даст ослабление в дБ, вносимое сеткой. При выборе сеток необходимо ориентироваться на типы сеток, выпускаемых промышленностью, которые подраз-

2 9 5

которой тонкие металлические нити образуют сетку. Медная проволока скручена с хлопчатобумажными ни­ тями, которые защищают ее от внешних воздействий и служат изоляцией.’Ослабление СВЧ поля такой тканью в диапазоне частот 600... 10 000 МГц составляет соот­ ветственно от 40 до 20 дБ. Расчет затухания перфориро­ ванных металлических листов приведен в л. 7.3.2 (7.3.10).

В новых американских костюмах применяется нейло­ новая нить диаметром 0,157 мм, пропитанная серебром. Эти костюмы обеспечивают затухание 18 дБ (вместе со специальной застежкой — молнией).

Радиопоглощающие материалы получили пока малое распространение в технике защиты от СВЧ излучений. Причиной тому, видимо, является значительный вес, относительно высокая стоимость, а также малый ассор-

297

тимент имеющихся типов РПМ. Примером использова­ ния РИМ могут служить антенные насадки, применяе­ мые во время некоторых измерений в качестве аналога свободного пространства антенн; обкладки в местах стыков внутренней поверхности шкафов с генераторной и усилительной СВЧ аппаратурой в виде ферритовых пластин. Пока еще обсуждается целесообразность использования подвесных радиопоглощающих объемов в помещениях, экранированных фольгой или металли­ ческим листом. Подробные описания принципа действия РПМ и их использования можно найти в работе [163J. Основные характеристики некоторых радиопоглощаю­ щих материалов приведены в табл. 7.3.2.

ства используются при проведении ряда работ: ремонте антенных устройств, исследовании поля антенн, неко­ торых биофизических исследованиях и т. д., когда орга­ низация коллективной или локальной долговременной защиты нецелесообразна или невозможна. К средствам индивидуальной защиты относят костюмы, очки, фарту­ ки и т. п.

Радиозащитный костюм в общем случае шьется из хлопчатобумажного материала, вытканного вместе с ми­ кропроводом [75]. Шлем и бахилы костюма сделаны из

298

такой же ткани, но в шлем спереди вшиты очки и спе­ циальная проволочная сетка для облегчения дыхания. Индивидуальные средства защиты, в том числе и кос­ тюм, рассчитаны на длительную носку и во многих слу­ чаях обеспечивают необходимые эксплуатационные ка­ чества и заданную степень защиты: на средних часто­ тах СВЧ диапазона до 25 ...30 дБ. В таком костюме непрерывная работа в течение всего рабочего дня допу­ стима при ППМ до 5 . . . 10 мВт/см2.

На крайних частотах СВЧ диапазона защитные свой­ ства обычных костюмов снижаются. На высоких часто­ тах это ограничение обусловлено увеличением радио­ прозрачности материала костюма из-за увеличения отно-

Рис. 7.3.4. Результаты проверки сквозного затухания отдельных эле­ ментов радиозаіцитного костюма одного из распространенных типов.

в пределах нескольких десятков гигагерц. Нижняя гра­ ница защитного действия костюма составляет, в соответ­ ствии с проведенными измерениями, 300 . .. 600 МГц; далее затухание резко падает (рис. 7.3.4). Дело в том,

299

что щри сшивании ткани (в соответствии с выкройкой) не обеспечивается и не может обеспечиваться необходи­ мый контакт эмалированных проводов отдельных дета­ лей одежды на всех частотах. На высших частотах вели­

димого модуля переходной проводимости; на низких же частотах элементы одежды начинают вести себя как индивидуальные изолированные вибраторы, к тому же теперь соизмеримые с длиной волны. Это определяет ре­ зонансный характер изменения величины затухания от частоты.

Сейчас предложена конструкция радиозащитной одежды (с ис­ пользованием ткани с микропроводом), которая может заменить существующие конструкции костюмов и очков и предназначена для работ во всем диапазоне СВЧ с затуханием, близким к затуханию ткани [98]. Комплект радиозащитной одежды состоит из трех элементов: шле­ ма, куртки и брюк (рис. 7.3.5). Перчат­ ки и бахилы для обычных значений ин­ тенсивности радиополя СВЧ оказались фактически ненужными, так как допу­ стимая величина ППМ для рук и ног во много раз выше, чем ППМ при облуче­ нии всего тела. Отличительной особен­ ностью костюма является пропитка всех швов электропроводящей массой или

клеем.

зоо