- •Глава 9 защита от электромагнитных полей, радиочастот и лазерного излучения
- •9.1. Количественная оценка нормируемых параметров излучения
- •9.2. Источники радиоволнового и лазерного излучений
- •9.3. Действие на организм человека
- •9.4. Санитарные нормы
- •9.5. Методы и средства защиты
- •Вопросы для самопроверки
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, = 2f;
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), Iп, 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 Iоп - ППЭ прямого излучения, которое достигло отражающего предмета. Iоп определяется по формуле (9.3) при R = Rоп;
Rоп - расстояние от излучателя до отражающего предмета, м;
- коэффициент отражения этого предмета в относительных единицах;
Rтн – 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 Iоп величину Iот 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 Iп может быть использована формула (9.3). Практически часто бывает известна площадь сечения Sл почти нерасходящегося луча лазера. Поэтому Iп 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.