9.5. Методы и средства защиты

Анализ закономерностей распространения электрического и магнит­ного полей в ближней зоне излучателя и электромагнитного излучения - в дальней зоне - формулы (9.1), (9.2) и (9.3) - приводит к выводу, что уменьшение напряженностей полей или плотности потока энергии из­лучения может быть достигнуто следующими методами:

а) увеличением расстояния между излучающим устройством и этой точкой;

б) уменьшением силы тока в генераторе или зависящей от нее мощ­ности, излучаемой антенной (проводником).

Как видно, увеличение расстояния между излучающим устройством и местом нахождения людей (метод "защиты расстоянием") является на­иболее простым и эффективным методом. Он вполне приемлем для персона­ла, которому при выполнении работы нет необходимости находиться вбли­зи источников излучения, а также в случаях возможности дистанционно­го управления излучающей установкой. В других случаях необходимо ид­ти по пути уменьшения силы тока или мощности излучения.

Уменьшение мощности излучения в принципе может быть достигнуто непосредственно регулировкой генератора. В современных генерирующих установках, как правило, не предусмотрено непосредственное регулиро­вание мощности излучения или оно возможно в очень малой степени. Поэ­тому необходимо прибегать к косвенным путям достижения этого. Одним из таких путей является замена мощного, основного генератора установ­ки менее мощным, вспомогательным. В целом ряде случаев таким путем добиваются ослабления излучения при настройках, регулировках и испы­таниях радиотехнической аппаратуры в процессе ее изготовления или пе­ред установкой на изделия-носители.

В радиотехнике для полного или частичного поглощения энергии излучения с длинами волн от 3 до 1000 см, а также отбора части энергии применяются специальные устройства. В целях охраны труда из их числа могут эффективно использоваться оконечные нагрузочные сопротивления, аттенюаторы и направленные ответвители. В оконечных нагрузочных со­противлениях, используемых в качестве эквивалентов согласованных антенн и нагрузок радиоаппаратуры, происходит полное поглощение энергии. Они представляют собой отрезки коаксиальных или волноводных линий, частично заполненных поглощающими материалами, которые отражают незначительную долю энергии излучения. Энергия излучения поглощается в заполнителе, преобразуясь в тепловую энергию (рис.9.2).

Аттенюаторы (ослабители) применяются для понижения уровня мощности излучения с длинами волн от 1 до 300 см до необходимого значения, они могут быть переменными или фиксированными. Переменные аттенюаторы характеризуются тем, что мощность на их выходе можно плавно регулиро­вать, изменяя и одновременно измеряя величину ослабления (затухания), вносимого аттенюатором. В фиксированных аттенюаторах степень ослабле­ния мощности является постоянной.

Для отвода из линии передачи незначительной части высокочастот­ной мощности, проходящей по линии, и для связи линии передачи с измери­тельными приборами служат направленные ответвители. Они обычно являют­ся встроенными элементами высокочастотных трактов станций.

При эксплуатации мощных наземных радиолокационных станций (РЛС) на открытых площадках метод уменьшения мощности излучения реализуется применением устройств, которые либо отключают генератор передатчика РЛС, либо уменьшают в необходимой мере ток генератора на время прохождения главного луча антенны по телесному углу (его вершина - антенна), в кото­ром расположен защищаемый объект.

При невозможности уменьшения мощности излучения вышеупомянутыми путями применяются заземленные металлические экраны, которые как непропроницаемые или слабо проницаемые преграды устанавливаются на пути излучения. Экраны могут быть замкнутыми, т.е. полностью изолирующими излучающее устройство или защищаемый объект, либо незамкнутыми. Формы и размеры экранов разнообразны и соответствуют разнообразию условий их применения (см. примеры на рис. 9.3).

Экраны выполняются из сплошных или сетчатых листов. Сплошной металлический лист обладает весьма высокой отражательной и некоторой поглотительной способностью.

Ослабление L излучения каким-либо устройством, в т.ч. экраном, чаще всего измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по формулам

, (9.6)

где U, P, I - напряженность поля, мощность и плотность потока энергии излучения соответственно, которую необходимо ослабить;

U₀, P₀, I₀ - напряженность поля, мощность и плотность потока энергии излучения после ослабления.

Ослабление излучения экраном принято называть эффективностью экранирования. Для вычисления необходимого ослабления L_н в ка­честве U₀ и I₀ принимаются предельно допустимые напряженность поля U_д и плотность потока энергии I_д.

Для экрана из сплошного металлического листа минимальная доста­точная толщина , обеспечивающая ослабление на L_н децибелл, вычисляется по формуле

, (9.7)

где L_н - заданное ослабление излучения экраном (абсолютная величина), дБ;

f - частота экранируемого поля, Гц;

 - абсолютная магнитная проницаемость металла экрана, Гн/м;

 - проводимость металла экрана, 1/Омм.

При частотах экранируемого электромагнитного поля больше 10⁵ Гц и небольшом необходимом его ослаблении толщина листа, вычисленная по (9.7), может оказаться слишком малой с точки зрения возможности изготовления и удобства эксплуатации экранов. В таких случаях толщи­ну листа целесообразно принимать не меньше 0,5 мм.

Металлическая сетка, благодаря несплошной поверхности, облада­ет большей проницаемостью, чем лист, но иногда применяется при экра­нировании, т.к. позволяет производить наблюдение и осмотр экранированных установок или естественную вентиляцию пространства внутри замк­нутых экранов. Расчетные формулы ослабления излучения сетками доволь­но сложные, они приводятся в специальной литературе. Для ориентировочных оценок можно принять, что достаточное ослабление - на 20 дБ (в 100 раз) обеспечивает тканная сетка с квадратными ячейками, у которой отношение длины волны к расстоянию между осями соседних про­волок (шагу сетки) не менее десяти.

Световые, смотровые и вентиляционные окна и отверстия, а также отверстия для ввода в экранируемое пространство электрических кабе­лей и проводов и вывода органов дистанционного управления и др. могут существенно уменьшить защитную способность экрана. Степень этого уменьшения зависит от числа отверстий и от соотношения между их раз­мерами и длиной волны экранируемого излучения. Для того, чтобы эффек­тивность экрана при этом не уменьшалась или уменьшилась в допустимых пределах, упомянутые окна и отверстия закрываются металлическими сетками. Они также могут быть заполнены патрубками в виде отдельных отрезков трубы с сеткой на обоих концах (рис.9.4а) или без нее (рис. 9.4в), либо сотовых конструкций из отрезков труб (рис.9.46). Применение труб для этой цели основано на закономерностях распространения радиоволн в трубах-волноводах. Каждый волновод, в зависимости от формы и размеров его поперечного сечения, характеризуется определенной длиной критической волны, т.е. наибольшей длиной волны, которая мо­жет без ослабления распространяться по волноводу. Зная длину волны экранируемого излучения, нетрудно определить размер волновода, по кото­рому она не может пройти. Такой волновод называется предельным.

При длинах волн экранируемого излучения от 1 до 150 см световые и смотровые окна могут быть сделаны с применением специального радиоотражающего стекла с покрытием из двуокиси олова, ослабляющего излуче­ние не менее чем на 15 дБ.

При защите от воздействия сантиметровых и дециметровых волн для уменьшения отражений как от экранов, особенно экрана всего помещения, так и от других металлических предметов они могут покрываться специаль­ными материалами, обладающими незначительной отражающей и большой поглощающей способностями (табл.9.1).

Табл. 9.1. Характеристики радиопоглощающих материалов

Наименование материала	Марка	Диапазон волн, см	Коэффициент поглощения
Резиновые коврики	В2Ф-2 В2Ф-3 ВКФ-1	0,8 … 4	98
Магнитодиэлектрические пластины	ХВ-0,8 ХВ-2,0 ХВ-3,2 ХВ-10,6	0,8 2,0 3,2 10,6	98
Поглощающие покрытия	"Болото"	0,8 и более
на основе поролона	ВРПМ	3,0 и более	97 … 98
Ферритовые пластины	СВЧ-0,68	15 … 200	96 … 97

Рассмотренные два метода защиты от радиоволнового излучения на­правлены на уменьшение до безопасных величин мощности излучения, падаю­щей на тело человека. Но степень воздействия излучения зависит и от времени облучения. Следовательно, уменьшение этого времени также явля­ется методом защиты от излучения. Однако к нему следует прибегать, когда первые два метода не обеспечивают безопасности труда.

На практике все три метода защиты от радиоволн нередко сочета­ются, так что общий эффект защиты достигается суммой эффектов от двух или всех трех методов.

Индивидуальная защита от электромагнитных полей радиочастот осуществляется методом экранирования. В качестве экранов используются халаты или комбинезоны, а при необходимости и капюшоны из металлизиро­ванной ткани или ткани из синтетических проводящих нитей. Такая ткань как металлическая сетка при достаточной плотности обеспечива­ет ослабление ППЭ полей с частотами 10 ГГц и ниже не менее чем в 300 раз.

Для защиты глаз применяются специальные очки, в которых испо­льзовано вышеупомянутое радиоотражающее стекло. Однако при указан­ных частотах защитный эффект очков резко снижается за счет дифракци­онного "затекания" излучения на краях очков. Поэтому целесообразно вмонтировать такие очки в маску с проводящим покрытием или в капю­шон из вышеупомянутой ткани.

Защита от лазерных излучений строится на принципах, изложенных выше. Поэтому рассмотрим лишь некоторые конкретные меры защиты, отве­чающие специфике работы лазерных установок.

Работы с лазерами 2-4 классов следует производить в отдельных, специально выделенных помещениях или отгороженных частях помещений. Само помещение изнутри, оборудование и другие предметы; находящиеся в нем, не должны иметь зеркально отражающих поверхностей, если на них может падать прямой или отраженный луч лазера. Эти поверхности лучше окрашивать в матовые тона с коэффициентом отражения не более 0,4 (цвета бежевый, светло-сиреневый, красный, синий, зеленый).

Лазеры 3 и 4 классов, генерирующие излучения видимого диапазо­нами лазеры 2, 3, 4 классов, генерирующие излучение ультрафиолетово­го и инфракрасного диапазонов, должны иметь сигнальные устройства, действующие в периоды их работы в режиме генерации.

Лазеры 4 класса должны иметь дистанционное управление с ключе­выми тумблерами их приведения в действие, исключающими возможность сделать это лицам, не допущенным к эксплуатации лазеров. При их раз­мещении в специальных помещениях должна быть обеспечена блокировка входных дверей с пусковыми устройствами лазеров.

В помещение или зону помещения с действующими лазерными установ­ками 2-4 классов должен быть ограничен доступ лиц, не имеющих отно­шения к работе установок.

Лазерная установка должна быть максимально экранирована:

а) генератор и лампа накачки должны быть заключены в светонепро­ницаемую камеру;

б) лазерный луч целесообразно передавать к мишени по световому волноводу (световоду) или по огражденному экраном пространству;

в) линзы, призмы и другие твердые с зеркальной поверхностью пре­дметы на пути луча должны снабжаться блендами (рис.9.5) – цилиндрическими и коническими светонепроницаемыми насадками;

г) в конце луча следует устанавливать диафрагмы, предупреждающие отражение от мишени в стороны на большие расстояния.

Лампы накачки должны иметь блокировку, исключающую возможность вспышки лампы при открытом положении ее экрана. Устройства для визу­альной юстировки должны иметь постоянно вмонтированные защитные све­тофильтры, поглощающие как излучение на основной частоте, так и наиболее интенсивное излучение на высших гармониках.

Для излучения каждого лазера 2-4 классов в помещении необ­ходимо выбрать направление и зону, в которых нахождение людей должно быть исключено.

Для изготовления экранирующих щитов, ширм, штор, занавесей следу­ет применять слабо отражающие свет непрозрачные огнестойкие материа­лы, не выделяющие ядовитых веществ при нагревании. При отсутствии опасности возникновения пожара от луча лазера ограждения могут быть сделаны из плотной ткани. Приведение лазера в рабочее положение полез­но блокировать с установкой экранирующих устройств.

Производить или проверять юстировку лазерной установки необходи­мо только при отключенном питании возбуждающего устройства (например, батареи конденсаторов в твердотельных ОКГ и источника электрического тока в газовых ОКГ).

В качестве индивидуальных средств защиты лица и глаз применяются специальные очки, щитки и маски со стеклами- светофильтрами марок ОС-12, ОС-13 при длинах волн лазерного излучения  = 0,48-0,53 мим; от СЗС-21 до СЗС-26 при  = 0,69-1,54 мкм; БС-15 при  =10,6 мкм. Руки защищаются хлопчатобумажными перчатками. Для защиты остальных частей тела достаточна обычная рабочая одежда.

Пример.

В помещении производятся настроечно-регулировочные работы с ра­диолокационной станцией, сопровождающиеся излучением мощностью Р = 1 Вт с длиной волны  = 3 см (частота f = 10 ГГц). Антенна РЛС круглая параболическая с диаметром D = 0,4 м. Она имеет коэффи­циент направленного действия G = 1000. Стены помещения кирпичные, штукатуренные, покрытые известковой краской с коэффициентом диффузно­го отражения сантиметровых волн  = 0,05. В дальней зоне излучения антенны на расстоянии R = 5 м от нее располагается рабочее место одного из настройщиков. На это место попадает также излучение антен­ны, отраженное от стены, находящейся на R_от = 3 м от рабочего места и на R_оп = 7 м от антенны РЛС. Применение прямых методов уменьшения ее излучаемой мощности, а также встраиваемых в нее устройств для косвенного снижения мощности невозможно. Работа ведется не более 2 часов за рабочий день при непрерывном облучении данного рабочего мес­та.

Требуется вычислить плотности потока энергии на рабочем месте отдельно от прямого и отраженного излучения и суммарную, выбрать и обосновать расчетом меры защиты данного рабочего места от излучения.

Решение. На данном рабочем месте ППЭ не должна превышать

Фактически за счет прямого излучения, согласно формуле (9.3), создается I_п = 318,5 мкВт/см², что больше предельно допустимой. Отражением от известковой покраски стен и потолка пренебрега­ем.

Поскольку применение прямых средств уменьшения мощности невоз­можно, следует использовать косвенные. В данном случае целесообраз­но применить экранирование рабочего места. В качестве экрана исполь­зуем щит или ширму из листового алюминиевого сплава. Для определения достаточной толщины листа найдем необходимое ослабление излучения в децибеллах:

Тогда по (9.7)

где для алюминия  = 410^-7 Гн/м,  =3,54 10⁷ 1/Омм

Такая толщина листа для экрана непрактична. Целесообразно использо­вать лист толщиной не менее 0,5 мм.

При близком взаимном расположении излучающей антенны, экрана и рабочего места дифракционное "затекание" излучения с такой длиной волны в заэкранное пространство можно не учитывать.

Для устранения зеркального отражения от экрана на другие рабо­чие места его облучаемую поверхность необходимо покрыть радиопоглощающим материалом. Из табл.9.1 видно, что в нашем случае подходят магнитодиэлектрические пластины ХВ-3,2 с коэффициентом отражения _п = 0,02. Если коэффициент отражения металлического листа _м = 0,9, то по­крытие его поглощающими пластинами не просто уменьшит отражение от экрана, а превратит, его из зеркального в диффузное.

Предположим, что отраженное от экрана излучение может попасть на другое рабочее место, находящееся от экрана на R_от = 3 м и что экран расположен на R_оп = 4 м от излучающей антенны. Тогда на экран падает излучение с плотностью

На расстоянии R_тн = 3 м от него при отсутствии покрытия I_от = 256,5 мкВт/см², что недопустимо, а при наличии покрытия I_от = 0,011 мкВт/см², что вполне удовлетворяет.

Следовательно, выбранный экран обеспечивает надежную защиту первого рабочего места и не вызывает опасного отраженного излучения на другом рабочем месте.