Глава 9 защита от электромагнитных полей, радиочастот и лазерного излучения

9.1. Количественная оценка нормируемых параметров излучения

Пространство около антенны или вообще проводника с переменным током, где существует электромагнитное поле, делится на ближнюю, промежуточную и дальнюю зоны (рис. 9.1). [2] В ближней зоне электри­ческое и магнитное поля сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°. Энергия электромагнитного поля колеблется около проводника. Из­лучение энергии во внешнее пространство отсутствует. Поле характери­зуется только напряженностями Е и Н составляющих его электрического и магнитного полей. Для простейшей антенны - элементарного электрического излучателя - эти напряженности, например, имеют сле­дующий математический вид:

, (9.1)

, (9.2)

где I – ток в проводнике (антенне), А;

l - длина проводника (антенны), м;

 - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится излучатель, для воздуха  = 8,885 10^-12Ф/м;

 - кру­говая частота поля,  = 2f;

f - частота поля, Гц;

R – расстояние от центра излучателя до точки, для которой определяется напря­женность поля (точка наблюдения), м.

В дальней зоне, которая в свободном пространстве уходит в бес­конечность, поле характеризуется как напряженностями электрического и магнитного полей, так и плотностью потока энергии (ППЭ), I_п, т.е. энергией, проходящей в 1 с через 1 см² поверхности, перпендикулярной направлению распространения потока. ППЭ численно определяется по фор­муле:

, (9.3)

где Р - излучаемая антенной мощность, Вт;

G - коэффициент направ­ленного действия антенны.

Расчет ППЭ в промежуточной зоне направленной антенны затрудните­лен. Он описан в специальной литературе. Для оценки уровня опасности ее излучения в таком случае можно воспользоваться расчетом по форму­ле (9.3). Эта формула будет давать достаточно достоверные данные во второй половине промежуточной зоны.

Формула (9.3) справедлива для случая распространения радиоволн в свободном пространстве. Практическая ситуация, при которой возмож­но облучение людей радиоволнами, как правило, такова, что пространство, где распространяются радиоволны, нельзя назвать свободным в полном смысле слова, поскольку оно бывает с одной или нескольких сторон ограничено, например, землей, а также стенами, перекрытиями и другими ограждающими строительными элементами помещения.

Земля, как правило, рассеянно отражает радиоволны, особенно если она покрыта травой. Поэтому плотность потока энергии в точке наблюде­ния практически не увеличивается за счет энергии, отраженной от земли, и формула (9.3) применима в преобладающем числе случаев.

Ограждающие элементы помещения, как правило, выполнены из диэлект­рических материалов, их поверхности могут быть и гладкими, особенно при масляной окраске, и шероховатыми. Отражение от них сравнительно невелико, но при плоских поверхностях может быть существенным.

К примеру, сантиметровые волны до 30% отражаются от гладкой плоской поверхности масляной краски. Известковая покраска, менее плотная и гладкая, отражает не более 5% энергии сантиметровых волн, что можно не учитывать.

Наиболее существенным является отражение радиоволн от плоских гладких металлических поверхностей, какие встречаются, например, в экранированных помещениях. Внутренние поверхности какого помещения покрыты сплошным металлическим листом, зеркально отражающим не менее 30% падающей энергии радиоволн, т.е. в некоторой точке помещения плотность потока энергии почти удваивается по сравнению с ППЭ от прямого излучения. Дополнительную, отраженную часть ППЗ в данной точке, полученную за счет первого отражения, можно вычислить по формуле:

, (9.4)

где I_оп - ППЭ прямого излучения, которое достигло отражающего пред­мета. I_оп определяется по формуле (9.3) при R = R_оп;

R_оп - рас­стояние от излучателя до отражающего предмета, м;

 - коэффициент отражения этого предмета в относительных единицах;

R_тн – расстояние от отражающего предмета до точки наблюдения, м.

Расчет по формуле (9.4) имеет смысл, если точка наблюдения нахо­дится на направлении зеркального отражения луча.

ППЭ второго и последующих отражений можно определить таким же ме­тодом, беря вместо I_оп величину I_от из предыдущего расчета.

Полная ППЭ равна

(9.5)

Эффект лазерного облучения вещества зависит от энергетической экспозиции Е есть произведение плотности потока энергии I на длительность облучения t, E = It, Дж/см².

Для вычисления ППЭ прямого излучения I_п может быть использова­на формула (9.3). Практически часто бывает известна площадь сечения S_л почти нерасходящегося луча лазера. Поэтому I_п можно вычислить, разделив мощность излучения на эту площадь: .

ППЭ для отраженного лазерного излучения вычисляется по формуле (9.4).

Для измерения напряженностей электрического и магнитного полей с частотами от 60 кГц до 300 МГц на рабочих местах и местах возможно­го нахождения людей применяются специальные приборы, имеющие для каж­дого поля отдельные приемные антенны. Принцип их действия состоит в том, что исследуемое поле индуктирует в антенне электродвижущую силу, пропорциональную его напряженности. При частотах более 300 МГц ис­пользуются несколько иные приборы, в которых чувствительными элемен­тами также являются антенны. Исследуемое электромагнитное поле воз­буждает в антенне ток, энергия которого вызывает пропорциональный на­грев специального элемента прибора - термистора. По мере нагрева термистора уменьшается его электрическое сопротивление и, следователь­но, растет сила тока, протекающего через него. Шкала амперметра от­градуирована в единицах поглощенной мощности электромагнитного излу­чения.

Для измерения энергетических характеристик лазерного излучения на рабочих местах и в зонах возможного нахождения людей используется ряд типов приборов, основанных на трех видах взаимодействия лазерного излучения со средой - световое, тепловое и механическое. Наиболее чувствительны и поэтому более применимы фотоэлектрические приборы, реагирующие на свет лазерного луча. Фотоны света воспринимаются и преобразуются в электрический ток специальным приемником - фотоэлек­тронным умножителем.

На тепловом действии основаны калориметрические, болометрические и пирометрические приборы. В калориметрическом приборе энергия излу­чения превращается в тепловую. По повышению температуры рабочего по­глощающего элемента прибора оценивается энергия излучения. В боло­метрическом приборе энергия поглощенного излучения определяется по изменению электрического сопротивления рабочего элемента, нагреваю­щегося под действием излучения. В пирометрическом приборе поглощен­ная рабочим элементом энергия излучения вызывает его свечение. Его температура, определяемая по интенсивности свечения, характеризует энергию излучения. На механическом действии света работают пондеро-моторные приборы, в которых давление света перемещает рабочий элемент, перемещение характеризует энергию излучения.