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

ется ППМ) за время Тп. Для краткости, а также когда имеется в виду вполне определенное значение Тн, либо когда оно для понимания текста не имеет значения, ин­ декс Тп или его конкретное числовое значение можно не ставить.

Исторически (табл. 3.2.1) этот подход возник как за­ конное стремление связать с интенсивностью облучения другой равноправный параметр воздействующего поля— время облучения, как это уже сделано в радиометрии ионизирующих излучений, при воздействии химических факторов и т. д. [182]. В дальнейшем дозный подход оказался полезным и для оценки существенно неста­ ционарных излучений и при расширении пределов ис­ пользования существующих нормативов [74, 85].

Биофизической основой для разработки дозного под­ хода служат две известных группы явлений, наблюдае­ мых при взаимодействии организма человека с радио­ излучением.

1. Кумуляция эффекта воздействия в организме при длительном непрерывном и дробном воздействии, осо­ бенно в пределах дотепловых уровней, где зависимость этого эффекта от уровня поля оказывается наиболее линейной. Наличие кумулятивного эффекта отмечено в трудах ряда исследователей, в том числе 3. В. Гордон [34], А. С. Пресмана [118], а также других ученых. Ку­ муляция говорит о типичной реакции тела с большой инерцией на импульсное воздействие.

2. Обратимость, адаптация, нормализация состояния организма, облучаемого короткими импульсами, наблю­ дается при больших паузах. Результаты многих биофи­ зических экспериментов по изучению реакции организма на воздействие полей разных интенсивностей, приводи­

ность» обнаруживают в широком диапазоне ППМ при­ близительное постоянство величины дозы, необходимой для появления некоторого биологического эффекта (см., например, рис. 3.2.1 и табл. 3.2.2). Несомненно, на осно­ вании имеющихся к настоящему времени эксперимен­ тальных данных, которые содержат оба регистрируемых параметра: ППМ и время, трудно говорить о линейности «интегрирования» при подобного рода процессах.

Иными словами, получаемая критическая доза облу­ чения, соответствующая появлению определенной реак­

70

СВЧ поля (из-за непостоян­ ства ракурса освещения, частоты и т. п.; см. § 2.1 и 4.1)

позволяет считать такую нелинейность «интегрирования» в общем допустимой, тем более, что нормативы, устанав­ ливаемые, как правило, для очень малых интенсивностей, разрабатываются на основании результатов, полученных при оценке исключительно слабо выраженных эффектов, и потому эти нормативы, естественно, имеют значитель­ ную степень неопределенности и очень большой коэффи­ циент запаса.

При разработке повой концепции—беспорогового рис­ ка заранее предполагается линейная зависимость доза— эффект; разного рода нелинейности нейтрализуются вве­ дением дополнительных коэффициентов запаса. Напри­ мер, исследованиями, приведенными в работе [119а]*, в основном подтверждена эта зависимость при воздейст­ вии на организм крупных животных и человека СВЧ по­ ля в диапазоне интенсивностей 1 .. 50 мДт/см2, но одно­ временно выявлена и нелинейность, которая приводит к необходимости снижения допустимой дозы при верх­ ней ППМ в 4 раза по сравнению с дозой на малых ин-

* Использован весьма «дорогой», но зато единственно верный способ количественной оценки облучаемости путем подбора ППМ или времени (или того и другого вместе), дающий определенный, один и то т же для всего цикла исследований биологический эффект. В ка­ честве отправной точки взята доза 18 Дж/см2.

71

73

74

тенсивностях, т. е. вместо дозной зависимости Д = П -і оказывается более точной Д = ПІ’35Н. Эта нелинейность может быть учтена введением заранее дополнительного коэффициента запаса, равного четырем, и последующего использования линейной дозиметрии либо применением средств нелинейной дозиметрии, учитывающей эту нели­ нейность автоматически. Разработка подобных приборов в настоящее время ведется.

Несмотря на относительную общность взглядов о не­ обходимости и целесообразности интегрального подхода, у многих авторов (93, 158] имеются по крайней мере 3 группы разногласий, которые тормозят его повсеместное введение.

Первое — отсутствие единства взглядов на величину биологического эквивалента. Резкое различие величин биологического эквивалента зарубежных и отечествен­ ных нормативов по ППМ отражается и на величине дозного эквивалента. Например, уровень поля, взятый Мин­ цем и Неймером за основу при обосновании их метода измерения дозы [1011, определяется действующим нор­ мативом ППМ 10 мВт/см2, который, однако, в дозиме­ трии установлен допустимым средним за 30 секунд облу­ чения уровнем, безотносительно к величине пиковых ППМ, действующих в течение этих 30 с. В таких усло­ виях вместо ППЛ4 измеряется фактически мощность до­ зы с временем усреднения, равным Т„ = 30 с. Таким об­ разом, нормативная величина мощности дозы оказывает­

дартом США (USAS С95.1.1966) величина Т„ возросла до 6 мин [118]. При этом суточная доза, естественно, не

и1000 мкВт/см2*. Таким образом, в этом случае оказа­

*Работа же на крупных биообъектах, проведенная в Военно-ме­ дицинской академии им. С. М. Кирова, показывает обратное: при повышении интенсивности облучения количество допустимой падаю­

щей энергии «должно уменьшаться или по крайней мере быть неиз­ менным. но ни в коем случае не нарастать, что допускается дей­ ствующими нормативами» [119а].

75

лось возможным величину допустимой дозы принять по­ рядка 0,3 Дж/см2 [158], т. е. с запасом, равным прибли­ зительно 2 по отношению к средней расчетной величине. Отсюда же следует: для круглосуточного нормирования облучения (это характерно для населения) допустимая

10 мкВт/см2, возрастая с уменьшением времени воздей­ ствия (все это при использовании в качестве основы существующих нормативов).

Вторым неясным вопросом считается выбор нормируе­ мого времени интегрирования, или максимально разре­ шенного времени усреднения ППМ — Тп. Сейчас извест­

4. Вся жизнь человека *.

Естественно, чем больше время Т1Ътем больше ошиб­ ка «интегрирования» реакций воздействий СВЧ излуче­

Некоторые, весьма скудные данные о проявлении это­ го свойства организма сейчас имеются для очень высо­ ких энергий малого времени воздействия — единицы ми­ нут (см. рис. 3.2.1, составленный на основании данных рис. 2.1.2, и рис. 3.2.2, изображающий две аналогичные зависимости ППМ от времени воздействия, полученные разными авторами в разное время [135]). Эти исследо­ вания сыграли, видимо, определенную роль при выборе времени усреднения в нормативах США (6 мин).

При усреднении за очень большое время увеличи­ вается также предел пикового уровня ППМ при одно­

* Оценка дозы облучения, полученной за всю жизнь, проведена совсем недавно Барнесом Г170]. Он подсчитал, что за 50-летний ра­ бочий период по ПДУ США человек получает: шума — 5 • ІО-2 кВт • ч, микроволнового облучения—5- 103 кВт-ч, радиации — 5- ІО-5 кВт-ч.

76

кратном кратковременном воздействии, т. е. появляется опасность переоблучения высокими пиковыми уровнями, контроль над которыми, естественно, теряется при лю­ бом усреднении. Однако случаи однократного излучения с очень высокой ППМ на практике почти не встречаются. При оценке импульсных периодических сигналов пиковая ППМ приближается к пробойной лишь при очень высо­ ких скважностях и очень высоких средних ППМ, па практике также встречающихся крайне редко. Поэтому

Рис. 3.2.2. Пороговые значения плотности потока мощности, при которых наблюдалось образование катаракты глаза, в за­ висимости от времени , облучения.

имеет смысл нормировать не пиковую ППМ, а энергию или мощность дозы, т. е. ППМ, среднюю за некоторое время, определяемое интеграционными свойствами био­ логических процессов в воспринимающем органе или организма в целом*. В качестве примера можно сослать­ ся на подобные свойства глаза, определяющие кри­ тическую частоту мельканий воздействующих на него световых импульсов. Для многихфакторов, в том числе и для радиоволновой энергии, когда нет специального органа, воспринимающего энергию воздействующего

* Эти интеграционные процессы определяют. также характер реакции организма на резкие перепады интенсивности СВЧ поля.

77

фактора, интегрирующая способность различных орга­ нов и систем, к тому же в разной степени чувствитель­ ных к данному фактору, различна. Поэтому выбор вре­ мени Гн относительно произволен. Судя по некоторым данным биофизического плана, время Гн для нормиро­ вания мощности дозы не должно превышать десятков или сотен секунд. Как мы уже указывали, в США приня­ тая величина Г„= 6 мин.

Третьим ограничением является отсутствие доказа­ тельств против предположения о существовании для жи­ вого организма так называемых критических частот по­ вторения, для которых допустимый биологический экви­ валент надо было бы снижать.

Сейчас неизвестны какие-либо универсальные пред­ ложения, аннулирующие все перечисленные факторы, ко­ торые препятствуют повсеместному внедрению дозного подхода в гигиеническую практику. Однако нетрудно ви­ деть, что ни один из этих факторов не является принци­ пиальным. Действительно, выбор биологического экви­ валента фактически уже сделан каждой страной при разработке действующих нормативов и во многом опре­ деляется не столько биофизическими, сколько, увы, мо­ ральными причинами.

Важный параметр — предельно допустимая величина пиковой плотности мощности Ппик — может быть легко определен через про­ бойную напряженность электрического поля Елр как

т. е. пробойной величине пиковой напряженности ДПр=30 кВ/см соответствует допустимая плотность мощности Я ПИк = !1,1 • 10е Вт/см2. При реальных значениях импульсной скважности <7мин=103, скваж­ ности прерывания уМин=103 величина средней плотности мощности

Расчет Лпин можно проделать также через дозу. Даже при однократном высвечивании всей рассчитанной исходя из нормативов

0,9 Дж/см2 в сутки — опасность еще менее реальна.

Для характеристики облучаемости с выраженной периодичностью (например, при периодическом обзоре пространства одной или несколькими РТС) достаточно воспользоваться средним за период облучения уровнем плотности мощности, или мощностью плотности падаю­ щей дозы (3.2.2).

78

Если период вращения (сканирования) станций Е(к<Е„, замена 7',, на Тск в выражении (3.2.2) не изме­ няет величину М. Для медленнопериодических и не­ периодических процессов расчет или измерение величи­ ны М следует проводить для каждого акта воздействия отдельно или периодически, с частотой /)>1/7П.

Мощность дозы является относительно стабильной характеристикой каждой точки пространства в зоне дей­ ствия РТС с периодически перемещающимися диаграм­ мами и может быть измерена или рассчитана через ППМ (П) и время действия луча Т0 (за время Т) или скважность воздействия у (для каждой РТС):

Для стационарного воздействия М = П. Для нескольких источников М = '£МІ. Возможность суперпозиции частных эффектов от воздействия нескольких источников с пе­ риодическим облучением путем сложения мощности па­ дающей дозы каждого из них для получения суммарно­ го эффекта является важным достоинством дозного ме­

Таким образом, основные параметры облучения для поля с постоянным уровнем оказываются связанными следующим выражением:

при этом за любой отрезок времени Г„ должно соблю­ даться условие

Итак, для оценки безопасности необходима проверка

.обоих условий: по дозе и по мощности дозы. Обзор суще­ ствующих ситуаций облучаемости приведен в табл. 3.2.3 и 3.2.4, которые могут быть использованы па практике

в случае официального признания дозного подхода.

Нормирование — это первый важный и довольно труд­ ный шаг в осуществлении общей задачи оптимальной защиты человека от СВЧ излучений. Первый — потому,

79