Влияние магнитных полей на ранние стадии онтогенеза на представителей семейства бобовых

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

«Влияние магнитных полей на ранние стадии онтогенеза на представителей семейства бобовых (горох)»

Введение

Основная часть

1. Магнитное поле

1.1 Единицы измерения

1.2 Электромагнитное поле

2. Источники магнитного поля

2.1 Естественные источники МП

2.2 Основные источники электромагнитных полей

2.3 Магнитное поле промышленной частоты и мероприятия по защите от него

3. Воздействие магнитных полей на биологические объекты и человека

3.1 Механизмы воздействия МП

3.2 Роль МП в онтогенезе биологических объектов

3.3 Влияние ЭМП на человека

4. Основы системы санитарно-гигиенического нормирования электромагнитных полей в России

Практическая часть

I. Конструкция куба катушек Гельмгольца

II. Расчет параметров магнитного поля Проведение эксперимента Результаты экспериментов Заключение Используемая литература

Введение

В процессе эволюции и жизнедеятельности человек испытывает на себе влияние естественного электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды. Результаты современных исследований свидетельствуют, что живые организмы, от одноклеточных до высших животных и человека, обнаруживают высокую чувствительность к магнитным полям, параметры которого близки к естественным параметрам полей биосферы.

Магнитные поля (МП) естественных источников (геомагнитное поле) существенно влияют на формирование биологических ритмов. Выявлены достаточно достоверные взаимосвязи между солнечной и геомагнитной активностью и возрастанием проявлений гипертонических кризисов, инфарктов миокарда, психопатологических расстройств.

Искусственные источники создают МП значительно больших интенсивностей, нежели естественные. Клинико-физиологическими и эпидемиологическими исследованиями установлено, что МП искусственного происхождения играют определенную роль в развитии сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических заболеваний, болезней крови, а также могут оказывать влияние на генетические структуры, при систематическом воздействии МП вызывают выраженные изменения в состоянии здоровья населения, в том числе у лиц, профессионально не связанных с источниками МП, причем эффекты воздействия слабоинтенсивных полей могут носить отдаленный характер.

Отмечена высокая чувствительность и поражаемость нервной системы, хрусталика глаз, семенных желез у мужчин, выявлены нарушения функциональной регуляции всех звеньев эндокринного аппарата, нарушение липидного обмена и ряд других отклонений. Значительное число работ свидетельствуют об отрицательном воздействии МП на генетические структуры, клеточные мембраны, иммунную систему, гормональный статус. В публикациях последних лет активно обсуждается вопрос о канцерогенной опасности ЭМП промышленной частоты (50,60 Гц).

Исследование влияния электромагнитного излучения антропогенных источников представляет большую сложность. Это обусловлено следующими основными причинами:

· в большинстве случаев неприемлемо ограничение выброса загрязняющего фактора в окружающую среду;

· невозможна замена данного фактора на другой, менее токсичный;

· невозможна очистка эфира от нежелательных излучений;

· неприемлем методический подход, состоящий в ограничении ЭМП до природного фона;

· вероятно долговременное воздействие ЭМП (круглосуточно и даже на протяжении ряда лет);

· воздействие на большие контингенты людей, включая детей, стариков и больных;

· трудности статистического описания параметров излучений от многих источников, распределенных в пространстве и имеющих различные режимы работы.

Признается, что проблема электромагнитной безопасности приобретает в последнее время социальное значение. Ситуация осложняется тем, что органы чувств человека не воспринимают ЭМП до частот видимого диапазона, в связи с чем определить степень опасности облучения без соответствующей аппаратуры практически невозможно. Но воздействие МП может оказаться и полезным. Более 100 лет назад естествоиспытатель Трандо сделал открытие, что в магнитном поле все химические реакции, в том числе и в живых организмах, протекают быстрее. Под влиянием магнитного поля все процессы внутри организма резко активизируются.

Новейшими исследованиями установлено, что магнитное поле Земли воздействует на живой организм на клеточном уровне, регулируя механизмы тканевого дыхания, упорядочивает структуру клеточных жидкостей.

1. Магнитное поле Появление жизни, ее эволюция во многом обязаны магнитному полю. Есть предположение, что даже тоска по родине обусловлена не соответствием внешнего магнитного поля внутреннему.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется связь и взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Везде, где существует движущийся электрический заряд или ток, возникает магнитное поле. Постоянным называется магнитное поле, в котором значение вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяется со временем. Постоянное магнитное поле существует вокруг неподвижного магнита или неподвижного проводника с постоянным током.

Переменное магнитное поле получается не только при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя. Также магнитное поле изменяется в пространстве, окружающем неподвижный проводник с изменяющимся током. Так, при замыкании электрической цепи ток за некоторый промежуток времени возрастает от нуля до своего наибольшего значения, достигнув которого, он перестает изменяться. При этом вместе с током изменяется и его магнитное поле. Наоборот, при размыкании цепи ток и его магнитное поле уменьшаются до нуля. При этом вектор В меняется не только по модулю, но и по направлению[23].

Комбинированное магнитное поле является суперпозицией коллинеарных постоянного (им может быть геомагнитное поле ~50 мкТ) и переменного магнитных полей. Магнитное поле действует на электрические токи, движущиеся заряды и постоянные магниты, на схемах условно изображается магнитными силовыми линиями (линиями индукции). Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этих точках поля. Линии магнитной индукции замкнуты. Замкнутость линий магнитной индукции означает, что в природе отсутствуют свободные магнитные заряды. Особенностью МП является то, что оно является не потенциальным вихревым полем.

Вектор В магнитной индукции служит силовой характеристикой магнитного поля. Индукция магнитного поля в вакууме называется напряженностью Н магнитного поля. Она зависит от силы тока и также убывает с увеличением расстояния между источниками последнего. Поток вектора В через перпендикулярную ему поверхность называют магнитным потоком Ф, который является скалярной величиной.

1.1 Единицы измерения В СИ за единицу магнитной индукции принимается Тесла — магнитная индукция такого однородного поля, в котором на проводник с током в 1 А, помещенный перпендикулярно к линиям индукции, действует сила в 1 Н на каждый метр длины.

[В]=[H/(А*м)]=[кг/(с2*А)]=[Тл].

За единицу напряженности магнитного поля Н принимается напряженность магнитного поля, которая создается током в 1 А, текущем по длинному прямолинейному проводнику, на расстоянии (½р) м от него.

[Н]=[А/м].

За единицу магнитного потока принят вебер. Это магнитный поток, который пронизывает перпендикулярную линиям индукции поверхность в 1 м² при индукции магнитного поля в ней в 1 Тл

[Ф] = [Тл*м2] - [кг*м2/(с2*А)] = [Вб].

2. Источники магнитного поля Изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся магнитное поле — вихревое электрическое поле. Это является физической причиной существования электромагнитного поля. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей). Однако при ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует в окружающей среде независимо, в виде электромагнитных волн (рис.), не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока в излучившей их антенне).

Рис1. Электромагнитная волна.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны л [м] или частотой колебания f [Гц]:

л = с*Т = с/f, или с = л* f, (1)

где с = 3−108 м/с — скорость распространения электромагнитных волн, равная скорости света;/- частота колебаний, Гц; Т = 1/f — период колебаний. Спектр электромагнитных излучений (ЭМИ) очень широк и охватывает диапазон от крайне низкочастотного радиоволнового до ионизирующих излучений.

Важная особенность ЭМП — это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны по степени удаленности от источника/носителя.

«Ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0−3L, где Lдлина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает с расстоянием, пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника. В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.

«Дальняя» зона — это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3L. Здесь интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:

Е=377*Н (2)

где 377 — константа, волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только напряженность электрического поля Е.

В российской практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 МГц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойнтинга. За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. ППЭ определяется из формулы:

у = Wпогл/Sэф (3)

где уплотность потока мощности излучения электромагнитной энергии, Вт/м2;

Wпогл — количеством электромагнитной энергии, поглощаемой объектом (человеком) при нахождении его в поле, Вт;

Бэф — эффективная поглощающая поверхность (тела человека), м2.

ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.

2. Источники магнитного поля

2.1 Естественные источники МП О существовании магнитных полей люди знали уже много веков тому назад, а практическое использование магнитных явлений на благо человека началось с создания компаса за 2−3 тысячи лет до н.э. Давно обнаружена биологическая ориентация развития растений, перелета птиц и т. д. Серией наблюдений показано, что при отсутствии каких-либо четко выраженных естественных или искусственных ориентиров животные при свободном перемещении ориентируются по силовым линиям магнитного поля Земли. Рост и развитие семян зависят от ориентации их посадки относительно магнитного поля Земли. Магнитное поле окружающей человека и животных среды складывается из двух основных составляющих:

магнитных полей, создаваемых электрифицированным транспортом, работающими электродвигателями и генераторами, линиями электропередачи (ЛЭП) и т. д.

магнитного поля Земли.

Наличие естественных ЭМП в окружающей среде является совершенно необходимым для существования нормальной жизнедеятельности, а их отсутствие или дефицит — приводит к серьезным негативным, порой даже необратимым последствиям для живого организма. Информационное значение данного фактора трудно переоценить. Это самый надежный переносчик информации среди других геофизических факторов. При помощи ЭМП информация может передаваться в любые среды обитания живых организмов и при любых метеорологических условиях — в течение полярного дня, ночи, в речной и морской воде, в толще земной коры и, наконец, в тканях живых организмов.

1.1 Магнитное поле Земли.

Магнитное поле Земли характеризуется следующими основными параметрами: величинами магнитного склонения и магнитного наклонения и численными значениями напряженности магнитного поля. Магнитное склонение представляет собой угол между астрономическим (географическим) меридианом. Астрономический меридиан — направление, определяющее истинное положение север — юг в данном месте. Магнитный меридиан — воображаемая линия на земной поверхности, совпадающая с направлением земного магнитного поля. Магнитное наклонение — угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора напряженности магнитного поля.

Магнитное поле Земли имеет две пространственные составляющих: горизонтальная максимальна у экватора (20−30 А/м) и убывает к полюсам (2−10 А/м), а вертикальная составляющая у полюсов составляет 50−60 А/м, уменьшаясь к экватору до пренебрежимо малого значения.

Наши суточные и месячные биоритмы, благоприятные и неблагоприятные дни тесно связаны с периодическими изменениями (вариациями) векторов напряженности этих полей по величине и направлению в пределах до 80% от средних значений. Выделяются солнечно-суточные вариации, вызванные суточным движением Земли вокруг Солнца, лунно-суточные, годовые, циклические с периодом 11 лет, связанные с изменением солнечной активности.

Строгой теории происхождения магнитного поля Земли пока нет. По одной из самых распространенных гипотез в толще Земли, в ее расплавленной части (ядре), происходит движение зарядоносителей, создающее вихревые токи. Магнитное поле этих токов и образует наблюдаемое земное магнитное поле. Перемещение отдельных замкнутых систем токов в ядре или изменение их интенсивности приводят к изменению МП во времени, наблюдаемому на поверхности Земли в виде векового хода. Следует принять во внимание то, что существует движение зарядоносителей и в атмосфере. Особенно сильно оно в верхних слоях атмосферы, в частности в ее ионизационных слоях. МП, созданные этими токами, накладываются на магнитные поля вихревых токов массы Земли, в результате чего в атмосфере, во всех ее слоях, существует суммарное единое МП, в котором возникла жизнь, а затем и человек.

Воздействие корпускулярного излучения Солнца на постоянное магнитное поле Земли вызывает магнитные бури (МБ), которые начинаются одновременно на всем Земном шаре и имеют цикличность 27 суток, связанную с цикличностью оборотов Солнца и появления в его атмосфере коронарных дыр.

Магнитная буря — это состояние атмосферы при измененной конфигурации магнитного поля Земли в результате резких выбросов солнечной энергии. Происходят эти выбросы двумя способами: либо энергия выделяется из дыр в солнечной короне (областей очень горячей, кипящей плазмы), либо на солнце случается взрыв.

Энергия, исходящая их коронарных дыр, не очень активна, и бури, вызванные ею, соответственно, не так сильны. А вот «взрывные» выбросы порой в тысячу раз больше того количества энергии, которое могло бы выделиться при детонации всех существующих на планете водородных бомб. Поэтому такие вспышки серьезно сказываются на здоровье метеочувствительных людей.

Аномалии в МП Земли (месторождения свинца, меди, ртути, никеля, молибдена, асбест, динамически напряженные породы, трещины земной коры, карстовые пустоты, грунтовые воды [5, 6]) приводят к возникновению так называемых геопатогенных зон (ГПЗ). Они представляют собой локальные геофизические аномалии. При длительном нахождении в зоне их действия отмечена повышенная заболеваемость раком, рассеянным склерозом и другими тяжелыми недугами. Земное излучение характеризуется рядом физических особенностей — подобно лазерному лучу, он распространяется вертикально верх, без рассеивания, не экранируется обычными средствами радиационной защиты (свинец, бетон). Это позволяет ему проникать без ослабления через многоэтажные перекрытия до верхних этажей здания. Изучая проблему земного излучения, физики установили еще одну особенность ГПЗ: в местах их расположения изменяются параметры геофизических полей — увеличивается потенциал атмосферного электричества, повышается уровень естественного радиационного фона, возрастает электросопротивление почвы и одновременно с этим уменьшается напряженность вертикальной составляющей геомагнитного поля, замедляя прохождение радиоволн в определенном диапазоне частоты. Прослежена связь между изменением геофизических параметров этих зон с климатопогодными факторами — появлением теплых и холодных фронтов воздушных масс, изменением атмосферного давления, солнечной активностью.

Один из ведущих специалистов по проблеме ГПЗ физик П. Швейцер с помощью разработанной им биолокационной рамки исследовал волновую структуру земного излучения. Он пришел к выводу, что характер излучения в ГПЗ зависит от многих факторов — ширины геологического разлома, пород и минералов, слагающих разлом, химического состава воды в подземных потоках и др.

1.2 Излучения живых организмов.

Биотоки, создаваемые мигрирующими по молекуле электронами и ионами переменны по значению и являются источником МП живого организма.

Получение железа, обладающего большой магнитной проницаемостью, использование новых физических явлений позволили провести первые исследования магнитных свойств живого организма. Установлено наличие переменного МП (ПеМП), возникающего при работе сердечной мышцы, и это сразу нашло практическое применение. Использование в клиниках магнитокардиографов показало возможность выявления начала серьезных сердечных заболеваний значительно раньше, чем это делается с помощью электрокардиографа.

2.2 Основные источники электромагнитных полей Среди основных источников ЭМИ можно перечислить:

Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда и т. д.)

Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные и т. д.)

Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации и т. д.)

Бытовые электроприборы Телеи радиостанции (транслирующие антенны) Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны) Радары Персональные компьютеры

1. Электротранспорт Транспорт на электрической тяге — электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. — является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al., 1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции в пригородных «электричках» достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл.

2. Линии электропередач Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров.

Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП — например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.

Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Санитарные нормы Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60−70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. Несмотря на то, что в настоящее время магнитное поле во всем мире считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина — нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.

На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или «нормальный» уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 — 0,3 мкТл.

3. Электропроводка Наибольший вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. В настоящее время многие специалисты считают предельно допустимой величину магнитной индукции равной 0,2 — 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний — прежде всего лейкемии — очень вероятно при продолжительном облучении человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течении периода более года).

4. Бытовая электротехника Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками электромагнитных полей.

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея», кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры.

Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора — чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе.

Кроме СВЧ-излучения работу микроволновой печи сопровождает интенсивное магнитное поле, создаваемое током промышленной частоты 50 Гц протекающим в системе электропитания печи. При этом микроволновая печь является одним из наиболее мощных источников магнитного поля в квартире. Для населения уровень магнитного поля промышленной частоты в нашей стране до сих пор не ограничен несмотря на его существенное действие на организм человека при продолжительном облучении. В бытовых условиях однократное кратковременнное включение (на несколько минут) не окажет существенного влияния на здоровье человека. Однако, сейчас часто бытовая микроволновая печь используется для разогрева пищи в кафе и в сходных других производственных условиях. При этом работающий с ней человек попадает в ситуацию хронического облучения магнитным полем промышленной частоты. В таком случае на рабочем месте необходим обязательный контроль магнитного поля промышленной частоты и СВЧ-излучения.

Для обеспечения безопасности при использовании печей в быту в России действуют санитарные нормы, ограничивающие предельную величину утечки СВЧ-излучения микроволновой печи. Называются они «Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами» и имеют обозначение СН № 2666−83. Согласно этим санитарным нормам, величина плотности потока энергии электромагнитного поля не должна превышать 10 мкВт/см2 на расстоянии 50 см от любой точки корпуса печи при нагреве 1 литра воды. На практике практически все новые современные микроволновые печи выдерживают это требование с большим запасом.

5. Телеи радиостанции Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.

Сравнительный анализ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трехи шестиэтажные антенны ОВЧ ЧМ-вещания.

Основной принцип обеспечение безопасности — соблюдение установленных Санитарными нормами и правилами предельно допустимых уровней электромагнитного поля. Каждый радиопередающий объект имеет Санитарный паспорт, в котором определены границы санитарно-защитной зоны. Только при наличии этого документа территориальные органы Госсанэпиднадзора разрешают эксплуатировать радиопередающие объекты. Периодически они производят контроль электромагнитной обстановки на предмет её соответствия установленным ПДУ.

6. Спутниковая связь Спутниковая связь также может являться источником облучения Эл/м полем. Существуют два основных возможных опасных случая облучения:

непосредственно в районе размещения антенны;

при приближении к оси главного луча на всем его протяжении.

7. Сотовая связь Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. В настоящее время во всем мире насчитывается более 85 миллионов абонентов, пользующихся услугами этого вида подвижной (мобильной) связи (в России — более 600 тысяч).

Сеть сотовой связи состоит из прилегающих друг к другу ячеек («сот») радиусом 0,5 — 10 км, которые обеспечивают полный охват зоны обслуживания (город, район, область). Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ).

Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами в режиме приема и передачи сигнала, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.

Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона. Поэтому владельцам МРТ рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности:

не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;

разговаривайте непрерывно не боле 3−4 минут;

не допускайте, чтобы МРТ пользовались дети;

при покупке выбирайте сотовый телефон с меньшей максимальной мощностью излучения;

в автомобиле используйте МРТ совместно с системой громкоговорящей связи «hands-free» с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши.

Для людей, окружающих человека, разговаривающего по мобильному радиотелефону, электромагнитное поле, создаваемое МРТ не представляет никакой опасности.

8. Радарные установки Радиолокационные станции оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси.

Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин — излучение, 30 мин — пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно.

9. Персональные компьютеры Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является средство визуального отображения информации на электронно-лучевой трубке. Ниже перечислены основные факторы его неблагоприятного воздействия.

Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации называемое по-разному — монитор, дисплей. Как правило, в его основе — устройство на основе электроннолучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа «Pilot»), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя.

Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное поле имеет электрическую (Е) и магнитную (H) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна поэтому оценка Е и Н производится раздельно.

2.3 Магнитное поле промышленной частоты и мероприятия по защите от него На основании результатов научных исследований, выполненных в настоящее время в различных странах мира, пока не удается четко определить предельно допустимые величины или другие обязательные ограничения интенсивности низкочастотного магнитного поля (менее 0 до 3 кГц) в условиях продолжительного (хронического) воздействия на людей, профессионально не связанных с обслуживанием и эксплуатацией электроустановок, являющихся источником электромагнитного поля (условия непрофессионального воздействия). Тем не менее, уже имеющиеся данные о биологическом действии магнитного поля промышленной частоты 50 Гц (МП ПЧ), а также существенное повышение средней общей интенсивности фонового МП ПЧ в местах постоянного пребывания человека привлекают пристальное внимание гигиенистов к этой разновидности Эл/м поля как к новому, потенциально опасному фактору окружающей среды.

В октябре 2001 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) признает, что в свете современных научных представлений МП ПЧ со значениями плотности магнитного потока, превышающими 0,3−0,4 мкТл, в условиях продолжительного воздействия, возможно, является канцерогенным фактором окружающей среды. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, т. е. всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.

Впервые предупредительный принцип в отношении МП ПЧ был сформулирован в 1996 г. при этом как безопасный или «нормальный» уровень для условий постоянного воздействия, не связанных с профессиональной деятельностью в электроэнергетике, рекомендовано значение плотности магнитного потока 0,2 мкТл. В США исследователями из Университета Карнеги был сформулирован подход к проблеме действия МП ПЧ, названный «благоразумное предотвращение». Они считают, что пока наши знания относительно связи между состоянием здоровья и воздействием поля остаются неполными, но существуют подозрения относительно неблагоприятных последствий, необходимо предпринимать меры по обеспечению безопасности, которые не принесут значительных материальных расходов или других неудобств.

Обобщение результатов исследований указывает на возможное наличие корреляции между развитием опухолевых процессов и продолжительным воздействием МП ПЧ на организм человека. Еще одна проблема заключается в возможности развития нейродегенеративных болезней и нейрологических расстройств. К этим видам патологии в настоящее время относят депрессивный синдром, прогрессирующую мышечную атрофию, болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также учащение случаев самоубийств.

В связи с вышесказанным особенно актуальным является выявление источников продолжительного воздействия МП ПЧ и внедрение эффективных мероприятий по снижению интенсивности МП ПЧ в условиях непрофессионального воздействия, т. е. в ситуации, когда отсутствует регулярный инструментальный контроль Эл/м обстановки и надзор за состоянием здоровья людей, подвергающихся воздействию.

Результаты исследований свидетельствуют о значительном увеличении числа источников МП ПЧ. Это объясняется, с одной стороны, резким увеличением количества и единичной мощности электрического и электронного оборудования, используемого как в производственных, так и в бытовых целях, а с другой стороны, организационно-техническими недостатками в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей 0,4 кВ в зданиях промышленного и гражданского назначения в нашей стране.

Невозможно четко выделить группы профессий, представители которых подвергаются долгому воздействию МП ПЧ. Их всех объединяет то, что они, как правило, имеют постоянное рабочее место, находящееся в зоне повышенного уровня МП ПЧ. Т.о. человек может подвергаться воздействию МП ПЧ в течение всего рабочего дня. В условиях непрофессионального воздействия в подавляющем большинстве случаев источниками МП ПЧ являются элементы системы передачи и распределения электроэнергии, а также устройства конторского и бытового назначения. При этом наибольший вклад в создание продолжительного воздействующего МП в городских условиях вносят кабельные сети и электротехническое оборудование зданий, в том числе силовые трансформаторы и электродвигатели, разнесенные в пространстве системы шин электрощитов, металлические строительные конструкции и системы трубопроводов, гальванически связанные с системой зануления-заземления зданий. Режимом работы этих источников невозможно управлять ни по интенсивности, ни по продолжительности воздействия.

Известно, что МП в окружающем пространстве создается проводниками с током. Т.о. причина появления МП ПЧ вблизи силовых трансформаторов, электродвигателей и т. п. очевидна. Более сложная ситуация с системой кабельных линий здания. Суммарный ток по линиям питания однофазных и трехфазных нагрузок при отсутствии токов утечки тождественно равен нулю при любом распределении нагрузок по фазам, и МП, создаваемое протекающими в таких (без утечек) кабельных линиях токами в проложенных рядом друг с другом проводниках, также пренебрежимо мало, при появлении в кабельной линии тока утечки возникает дисбаланс, т. е. неравенство нулю суммарного тока по кабельной линии, что и создает в окружающем пространстве магнитное поле, медленно убывающее с увеличением расстояния от рассматриваемого кабеля, кроме того, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к протеканию по металлоконструкциям и трубопроводным системам, что также является причиной увеличения уровней МП ПЧ. Аналогичная ситуация возникает и в случае, когда токоведущие (фазные и нулевые рабочие) проводники разнесены в пространстве (даже при отсутствии тока утечки в кабельной линии). Указанные источники являются доминирующими в России. Дело в том, что национальные стандарты, основанные на рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК) и определяющие принципы построения кабельных сетей и опосредованно исключающие возможность появления токов утечки, приняты в 1997 году (ГОСТ Р 50 571.10−96) и 2000 г. (Правила устройства электроустановок, ГОСТ Р 50 571.10−96) и пока не нашли массового применения на практике.

Методика диагностирования состояния электромагнитной обстановки, в том числе МП ПЧ, разработанная и внедренная в практику ЦЭМБ, позволяет с помощью составления карт распределения интенсивности МП ПЧ в помещении локализовать источники поля и оптимизировать размещение рабочих мест по критерию воздействия поля на персонал и технические средства. В зависимости от имеющейся задачи и типа источника составляются однослойные или многослойные карты. Реализация методики требует использования специализированных средств измерения. Наиболее совершенными для контроля МП ПЧ являются анализаторы Эл/м поля серии EFA производства компании «Narda Safety Test Solutions» .

Своеобразным индикатором повышенного уровня МП ПЧ в помещении являются видеомониторы компьютеров, сконструированные на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). если величина плотности магнитного потока В внешнего МП ПЧ превышает значение 0,9−1,1 мкТл для дисплеев с диагональю экрана 15 дюймов и 0,4−0,6 мкТл для 19-ти дюймовых моделей, на экранах мониторов возникает заметный глазу эффект пространственной нестабильности изображения («дрожание» по амплитуде). Это явление свойственно всем дисплеям с ЭЛТ. Оно исчезает после перемещения видеомонитора в зону с уровнем ниже порогового, приведенного выше.

Уместно напомнить, что в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.2.542−96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» предельно допустимое значение плотности магнитного потока В МП ПЧ, создаваемое компьютером, на рабочем месте пользователя на должно превышать 0,25 мкТЛ в диапазоне частот 5−2000Гц, т. е. наличие «дрожания» видеомонитора свидетельствует как минимум о 2−4 кратном превышении данных требований. При работе в таких условиях кроме эффектов непосредственного воздействия МП ПЧ на организм чрезвычайно быстро развиваются утомляемость, а затем и заболевания зрительного анализатора.

При выборе мероприятий по защите от воздействия МП ПЧ необходимо исходить из того, что выбор их крайне ограничен. Защита временем принципиально не может быть использована в условиях непрофессионального воздействия. Метод защиты расстоянием, как правило, также трудно реализуем, поскольку подавляющее большинство источников выявляются на уже введенных в эксплуатацию объектах и принципиальные изменения в инженерной инфраструктуре крайне сложны, а зачастую трудно даже изменить конфигурацию рабочих мест. Таким образом, наиболее реальное решение — уменьшение величин МП ПЧ. Технически для этого могут быть использованы следующие способы: применение магнитного экранирования, использование системы активной компенсации магнитного поля, уменьшение создающего МП ПЧ тока.

Как правило, при выявлении источника повышенного уровня МП ПЧ первой реакцией является желание «заэкранировать» источник. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, при попытках реализации этого способа защиты приходится столкнуться с рядом серьезных проблем, способных существенно сократить область его реального применения.

Для реализации способа необходимо выполнить длительные мониторинг величин плотности магнитного потока МП ПЧ в помещениях, поскольку магнитные поля значительно изменяются с течением времени вследствие изменения нагрузок электропотребителей и соответственно токов в системе электроснабжения. Затем по полученным данным рассчитать параметры магнитного экрана. К сожалению, в настоящее время использование данного метода в России является экономически неоправданно.

Пассивное магнитное экранирование может быть рекомендовано в случаях, когда за стеной помещений находится трансформаторная подстанция или разнесенная в пространстве система токоведущих шин распределительного устройства, однако при этом целесообразно решать вопрос на стадии планирования размещения рабочих мест и проводить мониторинг эл/м обстановки до принятия решения о размещении постоянных рабочих мест.

В качестве альтернативы пассивному магнитному экранированию в ряде случаев может быть применено активное магнитное экранирование, при котором используются компенсирующие внешнее магнитное поле катушки с автоматически управляемым в них током. В следствие векторного сложения результирующее МП в определенной пространственной области оказывается минимизированным, активное экранирование может быть успешно применено для компенсации внешнего, практически однородного МП в какой-то небольшой пространственной области (это следует из топологи МП колец Гельмгольца). Такая задача решается с помощью системы трехмерной компенсации магнитного поля MR-3 фирмы «Stefan Mayer Instruments».

Способ уменьшения создающего МП ПЧ тока требует диагностики системы электроснабжения здания и последующих работ по приведению ее в порядок в соответствии с требованиями недавно введенных в действие национальных стандартов. Четырехлетний опыт работы показывает, что практически в 90% случаев именно этот метод позволяет с минимальными затратами избавиться от повышенного фона МП ПЧ. Наиболее типичными из них являются следующие: фазные и нулевые рабочие проводники системы электроснабжения разнесены в пространстве, в этом случае необходима замена таких проводных линий на кабельные, в которых токонесущие проводники находятся на минимальном расстоянии друг от друга.

Вследствие постоянно встречающихся на практике и многократно повторяющихся ошибок монтажа систем зануления и заземления, повреждения изоляции нулевых рабочих проводников, т. е. возникновение некорректных гальванических связей последних с металлоконструкциями и трубопроводами здания, возникают токи утечки, путем диагностики электрощитов и кабельных линий системы электроснабжения здания с помощью специально разработанной методики выявляется наличие и находятся конкретные места утечки тока от системы электроснабжения на металлоконструкции и трубопроводы здания, далее выполняются работы по ликвидации указанных гальванических связей, в крайнем случае может понадобиться перекладка или замена ряда кабельных линий.

При выполнении работ по защите персонала от воздействия МП ПЧ необходимо использовать комплексный подход, включающий точное диагностирование состояния эл/м обстановки, его временных вариаций, анализ режима работы источника МП ПЧ и факторов влияния на формирование эл/м обстановки, разработку мероприятий по защите на основе выбора метода с учетом технико-экономических показателей.

3. Воздействие магнитных полей на биологические объекты и человека Более 10 тыс. публикаций посвящено отдельным вопросам воздействия ЭМП на человека и природу. К настоящему времени, по данным экологов и врачей-гигиенистов известно, что все диапазоны электромагнитных полей оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей, на отдаленные последствия. Доказано, что наиболее чувствительной системой организма к действию ЭМП является центральная нервная система. Человек не способен физически ощущать окружающее его ЭМП, однако оно вызывает уменьшение его адаптивных резервов, снижение иммунитета, работоспособности, увеличивает риск заболеваний. Энергетическая нагрузка от электромагнитных излучений в промышленности и в быту возрастает постоянно в связи со стремительным расширением сети источников физических полей электромагнитной природы, а также с увеличением их мощностей.

3.1 Механизмы воздействия МП Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. Существует несколько механизмов действия ЭМП на биообъекты:

* тепловой механизм воздействия — связан с повышением температуры облучаемой ткани при относительно высоких уровнях облучающего ЭМП. Это происходит за счет возникновения в тканях токов смещения и проводимости, которые и вызывают нагревание.

* нетепловое или информационное воздействие — когда температура повышается несущественно, но действие электромагнитных волн проявляется на организменном уровне при относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) [4, 18]:

изменение ионной проницаемости клеточных мембран под действием слабоинтенсивных ЭМП, что связывается с раковыми заболеваниями, в частности лейкемией.

неблагоприятное воздействие слабоинтенсивных ЭМП на центральную нервную систему. Различают три степени воздействия: легкую, которая характеризуется начальным проявлением астенического и нейроциркулярного синдромов; среднюю, когда симптомы указанных синдромов усилены и сочетаются с начальным проявлением эндокринных нарушений; тяжелую, при которой усилена симптоматика нарушений функций центральной нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем человека и появляются разнообразные психические нарушения.

эффект «жемчужной цепочки», обусловленный силами, действующими на клетки крови (эритроциты и лейкоциты), помещенные в импульсной или постоянное поле. Образование цепочек связано с притяжением между частицами, которые под действием поля приобретают дипольные моменты.

насыщение диэлектрической проницаемости растворов белков или других биологических макромолекул, что приводит к резонансным поглощениям излучения живой клеткой.

эффект «радиозвука» у людей, облучаемых радиолокационными сигналами средней мощности.

влияние на сердечно-сосудистую систему, в том числе снижение артериального давления и замедление ритма сердца (брадикардия).

демодулирующее действие — наблюдались изменения электроэнцефалограмм и электрокардиограмм.

Уже в ранних публикациях по биологическому действию МП отмечалось, что в МП снижается устойчивость животных (крыс) к недостатку кислорода. Предполагалось, что МП, вызывая тканевую гипоксию в головном мозге, укорачивает срок жизни животных в условиях кислородного голодания. Было высказано предположение, что МП, снижая интенсивность свободного окисления и увеличивая сопряженность, повышает экономичность, но снижает биологическую эффективность работы дыхательной цепи, замедляет скорость выработки адезинтрифосфата (АТФ). Поскольку АТФ является конечным звеном метаболизма и служит своеобразным «топливом» для организма, то его дефицит — основное патологическое звено при любом виде гипоксии. Вопрос о механизме влияния МП на живые организмы до сих пор окончательно не изучен. Однако уже имеются достаточно убедительные доказательства участия в этом механизме мембранных процессов, а также ионов кальция и магния. Вероятно, воздействие ЭМП на целостный организм не сказывается на процессах, протекающих в самой нервной ткани, в связи с хорошей изоляцией нейронов от электрических и магнитных влияний межклеточной жидкостью и другими клеточными элементами. Средняя ионная концентрация межклеточной жидкости поддерживается на постоянном уровне механизмами мембранного транспорта и гематоэнцефалическим барьером. При воздействии ЭМП происходят локальные изменения концентрации ионов, в том числе кальция и магния, что может существенно влиять на синаптические передачи. С помощью ионов кальция мембранная поверхность нейрона способна воспринимать слабые электрические градиенты. Далее, согласно гипотезе М. А. Шишло, в мембране митохондрий за счет разности электрических потенциалов происходит скачок концентрации ионов водорода на границе раздела двух сред, который используется для синтеза АТФ.

Клетки различных тканей человеческого организма продуцируют очень слабые электрические сигналы, с помощью которых осуществляется межклеточное взаимодействие (т. н. «электромагнитный шепот»). В некоторых работах сообщается о регистрации сверхслабых магнитных полей, возникающих при работе сердца и головного мозга и составляющих всего 0,1 — 0,1 мкТл. Тем не менее, даже столь слабые сигналы чутко улавливаются клетками живых организмов. Так, выработка сосудистого условного рефлекса у человека возможна уже при интенсивности ЭМП, составляющей менее 0,0001 В/м.

Учитывая тот факт, что данные величины на десятки порядков меньше теоретически рассчитанных показателей интенсивности ЭМП, при которых возможны энергетические (тепловые) эффекты, можно предполагать, что сверхслабые ЭМП в биологических системах выполняют именно информационную функцию. При этом биологические эффекты, обусловленные информационными взаимодействиями, зависят уже не столько от величины энергии, вносимой в ту или иную систему, сколько от вносимой в нее информации. Если чувствительность воспринимающих систем достаточно высока, передача информации может осуществляться при помощи весьма малой энергии. Из признания информационной роли естественных ЭМП следует одно очень важное обстоятельство: для живого организма огромное значение имеет не столько величина воздействия ЭМП, сколько характер последнего.

Для объяснения биологического действия слабых (< 1 мТ) свехнизкочастотных (0,01−100 Гц) магнитных полей в последние годы предложены теории ионного циклотронного резонанса (А.Р. Либов) и ядерного параметрического резонанса (В.В. Леднев), согласно которым физиологические изменения в клетках могут быть обусловлены резонансным влиянием комбинированного магнитного поля (КМП), являющегося суперпозицией коллинеарных постоянного (им может быть геомагнитное поле ~50 мкТ) и переменного магнитных полей (ПМП и ПеМП), на движение катионов, в первую очередь Са2+, по ионным каналам (А.Р.Либов) или на связывание Са2+ такими внутриклеточными регуляторами, как кальмодулин или протеинкиназа С (В.В. Леднев). Эксперименты подтверждают резонансное влияние КМП, «настроенного» на резонансы Са2+, Mg2+ или К+, на разные биологические процессы. Но при ПМП ~50 мкТ резонансные частоты этих катионов соответствуют диапазону 20−64 Гц, поэтому резонансные теории не объясняют данных многих экспериментов 60−90 годов о влиянии СНЧ ПеМП других диапазонов: 0,001−0,02; 0,05−0,06; 0,1−0,3; 0,5−0,6; 3−12 Гц. Предполагая, что резонансные механизмы увеличения подвижности заряженных частиц в КМП справедливы и что поле действует не только на неорганические катионы, но и на другие заряженные частицы в клетках, можно расширить диапазон применения этих теорий. Вычисленные значения резонансных частот биохимических ионов (органических кислот, аминокислот, нуклеиновых кислот, макроэргов, фосфолипидов, некоторых белков и т. д.) попадают в диапазон 0,7−17 Гц, а их 2-я и 3-я гармоники — 0,2−8,5 Гц. Действие меньших частот поля могло бы объясняться влиянием КМП на крупные частицы типа небольших белков с малым зарядом порядка единицы. Следующие биохимические процессы рассматриваются как возможные «мишени» резонансного влияния КМП: реакции с переносом фосфатной группы РО43- включая фосфорилирование и дефосфорилирование белков, синтез и гидролиз макроэргических связей; связывание лигандов рецепторами (например, инозитолтрифосфата IР3 или нейромедиаторов) и диссоциация комплексов лиганд-рецептор; белок-белковые взаимодействия; взаимодействие основных белков (например, гистонов) с нуклеиновыми кислотами и т. п. Индуцированное магнитным полем изменение кинетической энергии заряженных частиц значительно меньше энергии тепловых флуктуации кТ. Однако предполагается, что КМП может оказать наибольшее влияние на движение частиц в существенно неравновесных условиях, когда для их перемещения (например, для сближения ADP3- и РО43- при синтезе АТР4- Н-АТР-синтазой), осуществляемого при конформационном переходе, в белковой макромолекуле кратковременно создается компенсирующее электрическое поле, позволяющее преодолеть отталкивание одновременных зарядов, и в этой бифуркационной точке небольшое смещение частицы может изменить поведение нелинейной системы. Также предполагается, что слабые сдвиги могут усилиться в клетках посредством механизма стохастического резонанса.