Лабораторные работы / Лаб5 / БЖД_Лаб_5_Давыдов_Крахотин_Смирнова

Основные теоретические положения

Радиочастотные электромагнитные поля (ЭМП) используются для получения и передачи информации, а также для технологических целей. На человека могут воздействовать высокочастотные ЭМП, создаваемые генераторами, линиями передачи и технологическими устройствами.

Облучения персонала, возможно, как прямым излучением, так и отражённым.

Электромагнитные поля могу вызывать механическое воздействие;

тепловое и нетепловое воздействия. Взаимодействия с телом человека,

переменно ЭМП вызывает в нём поляризацию, появление вихревых токов и зарядов. Результатом воздействия могу быть заболевания нервной и сердечно-

сосудистой систем, электромагнитная катаракта, выпадение волос и другие нежелательные последствия.

Для ограничения вредного воздействия ЭМП радиочастот установлены предельно допустимые уровни по значениям напряжённости электрического

, и магнитного полей , для частот 10кГц…300МГц (длины волн от 30км до

1 м) и по плотности потока энергии (ППЭ) или плотности потока мощности

(ППМ) для частот 300МГц…300ГГц (длины волн от 1 м до 1 мм).

Для радиочастотного диапазона введён такой нормативный параметр,

как энергетическая нагрузка (ЭН), или энергетическая экспозиция (ЭЭ),

который характеризует дозу поглощённой человеком электромагнитной энергии.

Энергетические экспозиции, создаваемые электрическим, магнитным и электромагнитным – равны, соответственно, ЭЭ = 2 ; ЭЭ = 2 ; ЭЭППЭПД = ППЭ . Предельно допустимые значения , или ППЭ на рабочих местах персонала определяются исходя из допустимой энергетической экспозиции и времени воздействия:

2

случаев облучения, исключая облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50, которое составляет 20 Втм2∙ч. Максимальное значение ППЭПД даже кратковременно не должно превышать 10 Втм2∙ч.

Защита человека от сверхвысокочастотного (СВЧ) облучения осуществляется за счёт ограничения расстояния до источника или времени нахождения в зоне облучения, экранирования рабочего места или источника излечения, а также использования средств индивидуальной защиты.

3

Цель работы

Ознакомиться с санитарно-гигиеническим нормированием излучения радиочастот и изучить методы защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором.

Ход выполнения работы

1.Исследование зависимости уровня облучения от расстояния до источника

Чтобы определить экспериментальной плотность потока энергии, необходимо знать мощности излучения Рпр и эффективную площадь приёмной антенны эф:

Рпр

ППЭэ = эф

2эф = 4 ∙ пр,

где длина волны λ = 3 см = 0,03 м и коэффициент усиления антенны Gпр

= 55.

Теоретическая плотность потока энергии ППЭт на расстоянии l от антенны в направлении максимума вычисляется по формуле:

ППЭт = Г П 2, 42

где коэффициент искажения F = 1, выходная мощность генератора PГ =

4мВт = 0,004 Вт и коэффициент усиления передающей антенны по мощности

Gп = Gпр = 55.

Все последующие расчеты представлены в таблице №1.

4

Таблица 1. Расчетные значения плотности потока энергии

В качестве примера расчета рассмотрим случай L = 5 см = 0,05 м.

Эффективная площадь приемной антенны:

Экспериментальные значения плотности потока энергии (ППЭэ)

отличаются от теоретических (ППЭт) в 5–10 раз. Это объясняется тем, что формула для ППЭт справедлива только в дальней зоне, тогда как измерения частично проводились в ближней и переходной зонах. Кроме того, при эксперименте коэффициент искажений F<1 из-за несовпадения осей рупоров, отражений и потерь мощности. Реальные уровни облучения значительно ниже расчётных, что соответствует требованиям безопасности.

Далее на основе значений таблицы №1 построим график зависимости мощности от расстояния (рис. 1), график зависимости ППЭэ от расстояния

(рис. 2) и график зависимости ППЭт от расстояния (рис. 3).

Рисунок 1. График зависимости мощности от расстояния

6

Рисунок 2. График зависимости ППЭэ от расстояния

Рисунок 3. График зависимости ППЭт от расстояния

Предельно допустимая плотность потока энергии (ППЭПД) для диапазона 300 МГц – 300 ГГц на рабочих местах персонала составляет 1 Вт/м² при длительном (8-часовом) воздействии и 10 Вт/м² при кратковременном (до

20 минут) воздействии.

7

Далее определим безопасное расстояние от источника для

кратковременного воздействия:

То есть даже на расстоянии 4–5 см уровень излучения уже не превышает

кратковременную норму.

2. Снятие диаграммы направленности антенны

По экспериментальным данным, отраженным в таблице 2, построим

диаграмму направленности антенны на рисунке 4.

Таблица 2. Зависимость мощности излучения от угла поворота антенны

Рисунок 4. Диаграмма направленности антенны

8

Из графика видно, что при L=25 см максимальная мощность достигается при повороте антенны на 5°, после чего мощность уменьшается и достигает 0 уже при повороте на 35°.

3. Исследование защитных свойств экранов из различных материалов

Определим коэффициент ослабления, или экранирования излучения экранами.

Коэффициент экранирования определяется формулой:

1 Кэкр = 2,

где P1 и P2 – значения мощности до экранирования и после соответственно.

Далее в таблице №3 приведены значения мощности до и после экранирования, а также коэффициент экранирования.

Таблица 3. Расчетные значения коэффициента ослабления

В качестве примера расчета возьмем случай с резиновым экраном.

<0,001 мВт. В таком случае в значении «Оргстекло с водой» и «Медная сетка мелкая» будем считать не 0, а <0,001 мВт. Тогда их коэффициент экранирования ниже, а в таблице запишем «>110»:

Наибольшие коэффициенты экранирования (> 100) показали материалы, полностью поглотившие или отразившие излучение до уровня, не фиксируемого прибором (оргстекло с водой, мелкая медная сетка). Это свидетельствует об их высокой эффективности в диапазоне частоты 10 ГГц.

Наименьшую эффективность показала крупная медная сетка (Кэкр < 1),

что объясняется большим размером ячеек и частичным прохождением излучения.

10