ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_______________

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАЩИТА

От сверхвысокочастотного излучения

Методические указания к лабораторной работе № 13

По курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ПЕНЗА 2013

УДК 502.56

П81

Работа содержит необходимую терминологию, теоретические основы, методики определения параметров электромагнитных излучений СВЧ-диапазона, способы защиты от СВЧ-излучений, порядок выполнения лабораторной работы и последовательность обработки полученных результатов. В заключении даны контрольные вопросы для самостоятельной проверки усвоения теоретического материала.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей и форм обучения, а также могут быть использованы для выполнения научно-исследовательских студенческих работ.

Ил. 1, табл. 5, библиогр. 4 назв.

Автор-составитель:В.В. Костиневич

Научный редактор:д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность» Н. Н. Вершинин

Рецензент:д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» ПФ РГУ ИТП В. А. Казаков

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 3

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 4

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 10

2.1 Описание стенда 10

2.2 Технические характеристики стенда 11

2.3 Требования безопасности при выполнении лабораторной работы 12

2.4 Порядок проведения лабораторной работы 13

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 13

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы– ознакомить студентов с характеристиками электромагнитного излучения, нормативными требованиями к электромагнитному излучению, провести измерения электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от расстояния до источника и оценить эффективность защиты от СВЧ излучения с помощью экранов.

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны (λ): от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте (f): от 310²до 310²⁰Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМП радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов и приведены в таблице 1.

Таблица 1

Название диапазона	Длина волны	Диапазон частот	Частота	По международному регламенту
				Название диапазона частот	№
1	2	3	4	5	6
Длинные волны (ДВ)	10-1 км	Высокие частоты (ВЧ)	от 3 до 300 кГц	Низкие (НЧ)	5
Средние волны (СВ)	1 км – 100 м		от 0,3 до 3 МГц	Средние (СЧ)	6
Короткие волны (КВ)	100-10 м		от 3 до 30 МГц	Высокие (ВЧ)	7
Ультракороткие волны (УКВ)	10-1 м	Высокие частоты (УВЧ)	от 30 до 300 МГц	Очень высокие (ОВЧ)	8

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6
Микроволны:
Дециметровые (дм):	1 м-10 см	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	от 0,3 до 3 ГГц	Ультравысокие (УВЧ)
Сантиметровые (см);	10-1 см		от 3 до 30 ГГц	Сверхвысокие (СВЧ)	9
Миллиметровые (мм)	1 см- 1 мм		от 30 до 300 ГГц	Крайневысокие (КВЧ)	10

ЭМП складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.

В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 10⁶Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50 – 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины склеивание и нагрев пластмасс и др.). В соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 значения предельно допустимой напряженности ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06 – 300 МГц на рабочих местах приведены в таблице 2.

Таблица 2

Составляющая ЭМП, по которой оценивается его воздействие, и диапазон частот, МГц	Предельно допустимая напряженность ЭМП в течение рабочего дня
Электрическая составляющая:
0,06 – 3	50 В/м
3-30	20 В/м
30-50	10 В/м
50-300	0,5 В/м
Магнитная составляющая:
0,06-1,5	5,0 А/м
30-50	0,3 А/м

Предельно допустимые уровни (ПДУ) по электрической составляющей, согласно [2], не должны превышать 20 В/м, а по магнитной составляющей – 5 А/м. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант ЭМ излучения.

Связь между энергией U и частотойfколебаний определяется как

(1)

или, поскольку длина волны и частота связаны соотношением

(2),

то

, (3)

где с– скорость распространения электромагнитных волн в воздухе,с = 310⁸м/с,h– постоянная Планка, равная 6,6310^-34Джс.

ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 3 зоны

• ближнюю – зону индукции,

• промежуточную – зону интерференции

• дальнюю – волновую зону.

Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения (то есть источник можно рассматривать как точечный), границы зон определяются следующими расстояниямиR:

• ближняя зона (индукции) ;

• промежуточная зона (интерференции) ;

• дальняя зона (волновая) .

Работающие с источниками излучения низкочастотного (НЧ), среднечастотного (СЧ) и, в известной степени, высокочастотного (ВЧ) и очень высокочастотного (ОВЧ) диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов сверхвысоких частот (СВЧ) и крайне высоких частит (КВЧ), работающие часто находятся в волновой зоне.

В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), то есть количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. В этом случае ППЭ выражается в Вт/м² или производных единицах: мВт/см², мкВт/см².

ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает.

ЭМ волны диапазонов ультравысоких частот (УВЧ), СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии.

Биологические эффекты от воздействия ЭМП могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с определенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), причем развитие катаракты является одним из немногих специфических поражений, вызываемых ЭМИ радиочастотой диапазона 300 МГц...300 ГГц при плотности потока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы.

Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления. В последнее время особое беспокойство у специалистов в области ЭМ безопасности человека вызывают сотовые телефоны и компьютеры, а также разнообразные радиоэлектронные и электрические изделия, широко используемые в быту: телевизоры, игровые приставки, микроволновые печи, электроплиты, электрочайники, холодильники, электроутюги, электрофены, электробритвы, электромассажеры, электрогрелки, электроодеяла, отопительные электрорадиаторы и другая бытовая техника.

ЭМП со сравнительно небольшой интенсивностью не обладает термическим действием на организм, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что согласно ряду теорий считается специфическим нетепловым действием, то есть переходом ЭМ энергий в объекте в определенную форму нетепловой энергии. Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1 мВт/см². Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракты) – последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступают немедленно, но быстро проходят. В то же время при частотах около 35 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.

Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона проводится по [1, 2].

Клинические исследования людей, подвергшихся производственному воздействия СВЧ-облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см², показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.

Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводит к изменениям функционального состояния сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, нарушению обменных процессов [2]. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ поля может возникать более или менее выраженное помутнение хрусталика глаза (катаракты). Нередко отмечают изменения и в составе крови.

В соответствии с [2] при работе с источниками ЭМП СВЧ частот предельно допустимые интенсивности ЭМП на рабочих местах приведены в таблице 3.

Таблица 3

В диапазоне СВЧ (300 МГц – 300 ГГц)	Предельно допустимая интенсивность
1. Для работающих при облучении в течение:
1) всего рабочего дня	10 мкВт/см2
2) не более 2 ч за рабочий день	100 мкВт/см2
3) не более 15-20 мин за рабочий день	1000 мкВт/см2
2. Для лиц, не связанных профессионально, и для населения	1 мкВт/см2

В данной лабораторной работе в качестве источника СВЧ-излучения рассматривается микроволновая печь. Микроволновая печь, (или СВЧ-печь) – бытовойэлектроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогревапищи, размораживания продуктов, а также разогрева материалов (клеев) в производственных целях. Обычно работает на частоте 2450МГц, хотя в некоторых производственных печах частота излучения может варьироваться.

В отличие от классических печей, разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не с поверхности, а по всему объёму продукта, содержащемуполярныемолекулы(например,воды), так какрадиоволныпроникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта.

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольныйсдвиг, под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярныемолекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называетсядипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так кактемпература– это средняякинетическая энергиядвижения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг – это механизм преобразования энергииэлектромагнитного излученияв тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке, требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередач используется частота 33 КГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты. Защитные экраны делятся на:

• отражающие излучение;

• поглощающие излучение.

К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов. К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки (при интенсивности выше 1 мВт см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.