Защита жилых и промышленных помещений от электромагнитного излучения

Министерство инфраструктуры Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. академика В. Лазаряна Индивидуальная работа на тему: «Защита жилых и промышленных помещений от электромагнитного излучения«

Выполнила: студентка 645 группы Тимошенко И. А.

Проверила: доц. Зеленько Ю. В.

Днепропетровск 2011

Электромагнитное излучение

Классическая электродинамика

Рис. 1 Электромагнитный спектр (свет выдвинут на первый план) Электромагнимтное излучемние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение.

Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме (пространстве, свободном от вещества), но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом свое поведение).

Рис. 2 Классификация диапазонов спектра электромагнитного излучения по-английски Колонки: 1 (чёрная) — аббревиатуры обозначения диапазонов, 2 — частота, 3 — длина волны, 4 — энергия фотона

Характеристики электромагнитного излучения

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света.

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определенные более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и ее разделы) и радиофизика. Жестким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий[2]; в соответствии с современными представлениями (Стандартная модель) при высоких энергиях электродинамика перестает быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при еще более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной из завершенных и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других, медицинских и биологических позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей, фундаментальных и прикладных, таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

· наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.

· электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Радиоволны. Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые (микрометровые). Волны с длиной л < 1 м (н > 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны

Из-за больших значений л распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение

Инфракрасное излучение (тепловое)

Видимое излучение (оптическое) Рис. 3 Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов по Кельвину и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения. При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие.

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение

Жёсткое излучение В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов

Распространение электромагнитных волн, временныме зависимости электрического и магнитного полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жестких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

История исследований

Первые волновые теории света (их можно считать старейшими вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят по меньшей мере к временам Гюйгенса, когда они получили уже и заметное количественное развитие. В 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем (принцип Гюйгенса — Френеля) и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции. В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.

Многие положения корпускулярно-кинетической теории М. В. Ломоносова (1740−1750-е годы) предвосхищают постулаты электромагнитной теории: вращательное («коловратное») движение частиц как прообраз электронного облака, волновая («зыблющаяся») природа света, общность её с природой электричества, отличие от теплового излучения и т. д.

В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.

В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение.

Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.

В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической (неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на ее основе получив твердое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.

В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.

8 ноября 1895 года Рентген открыл электромагнитное излучение (получившее впоследствии название рентгеновского) более коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.

В 1900 году Поль Виллард при изучении излучения радия открыл гамма-излучение.

В 1900 году Планк при теоретическом исследовании проблемы излучения абсолютно чёрного тела открывает квантованность процесса электромагнитного излучения. Эта работа стала началом квантовой физики.

Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало началом создания квантовой теории электромагнитного излучения.

Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к формированию квантовой электродинамики в ее современном виде, принадлежат ряду ведущих физиков середины XX века, среди которых можно выделить, применительно именно к вопросу квантования электромагнитного излучения и его взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе, Бора, Гейзенберга, де Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера, Томонагу.

Защищаем дом от ЭМИ

В доме/квартире, источниками ЭМИ является внутренняя электропроводка и из электроприборов всех видов.

Внутренняя электропроводка является существенным и одним из основных источников ЭМИ, но об этом редко кто задумывается. Некоторые компании предлагают экспертизу на наличие ЭМИ в квартирах.

Защита от излучения бытовых приборов

Что касается электроприборов, у некоторых очень распространенных видов бытовой техники довольно высокий уровень ЭМИ. Поставьте их на более дальнее расстояние от людей, и помните что Ваше общение с ними должно быть не долгим.

Если Вы часто или длительное используете какой-то прибор — может имеет смысл найти ему альтернативу с более низким уровнем ЭМИ (например, ноутбук или телефон).

К примеру, переносные фены часто имеют высокий уровень ЭМИ, но если Вы используете его в течение всего 1 минуты в день, то Вы вряд ли подвергнетесь какому-либо серьезному воздействию.

Однако, если Вы — парикмахер, использующий переносной фен в общей сложности примерно 60 минут в день, то тогда Вам следует задуматься о приобретении фена с низким ЭМИ. То же самое относится к швейным машинам.

Техника в спальне — или защита от ЭМИ в спальне

Попытайтесь идентифицировать свою личную подверженность электромагнитному излучению. Обратите особое внимание на те приборы и технику, с которыми Вы сталкиваетесь чаще всего в течение дня. Начните со своей спальни, потому что здесь Вы проводите приблизительно 8 часов в день, таким образом, даже небольшой уровень ЭМИ в Вашей спальне может существенно навредить Вашему здоровью.

Выключите электроодеяла, если они не нужны, или используйте самый низкий уровень его регулировки. Держите электрические часы/радио как можно дальше от спящего человека, предпочтительно на расстоянии 60 см или больше для сетевых устройств. Даже часы на батарейках и радиоприемники с таймером не должны быть рядом с Вашей головой.

Обратите внимание на то место, где заведено электричество заведено в Ваш дом и на положение главной распределительной коробки.

Если это находится в спальне, поместите кровати на расстояние не менее чем 1.5 метра от нее. Магнитная часть ЭМИ легко проникнет через стены, поэтому также думайте о том, что находится с другой стороны стены.

Защита от излучения сотовых телефонов.

Сотовые телефоны становятся главной биологической опасностью, почти оружием, возможно столь же губительным как и курение. Для того, чтобы уменьшить их негативное влияние — используйте альтернативные способы связи (наземные линии связи) при появлении любой возможности.

Не используйте сотовые телефоны для долгих бесед и думайте о других — не держите их на трубке больше, чем это необходимо.

Мы рекомендуем использование гарнитуры, или такое простое средство как громкая связь. Мы этого не замечаем, но у нас бывает действительно достаточно ситуаций, когда ее удобно использовать.

Дети, ради их здоровья, должны быть полностью защищены от использования сотового телефона, потому что их развивающийся мозг особенно уязвимы для ЭМИ сотовых телефонов, и их черепные коробки являются более тонкими.

Специалисты рекомендуют, чтобы дети до 10 лет вообще не использовали сотовые телефоны. Дети старшего возраста также нуждаются в соблюдении строгих принципов относительно использования телефонов.

Защита от ЭМИ на рабочем месте

электромагнитное излучение защита экранирование Если Вы проводите много времени, работая в офисе или на производстве, постарайтесь находиться на расстоянии не менее чем 1.5 метра от любого электрооборудования, например, нагревателей и кондиционеров, файловых серверов или принтеров. Придерживайтесь такого же расстояния от неоновых ламп или узлов соединения электропроводки.

Если Вы долго работаете за компьютером — размещайте его как можно дальше от себя (особенно от головы), если позволяют кабели. Если возможно, отдайте предпочтение ЖК-монитору вместо монитора с лучевой трубкой. Также держитесь от него как можно дальше, и на расстоянии, которое позволяет длина кабелей.

Если у Вас установлены Источники бесперебойного питания — помните, электромагнитное облучение от них значительно выше чем от самого компьютера. Попытайтесь поместить эти устройства на расстоянии в 1.5 метра от вас и других людей.

Стоит предпринять некоторые усилия один раз, чтобы оптимизировать свое жизненное пространство, если Вы проводите много часов каждый день в таком окружении.

Попытайтесь избежать нахождения или работу в обстановке, где используются беспроводные устройства — сети, Wi-Fi, модемы и радиотелефоны. Не обольщайтесь их якобы «безопасностью». Радиои микроволновое излучение еще более опасно чем низкочастотное.

Рассчитайте свою личную подверженность низкочастотным волнам.

После того, как Вы реализовали вышеперечисленные рекомендации, стоит проверить уровень ежедневного низкочастотного излучения, которому Вы подвергаетесь. Это поможет Вам понять откуда идет большая часть ЭМИ.

Допустимый предел для ЭМИ, по нашему мнению, относится только к низкочастотному излучению, но не к Радиои микроволновым ЭДС (которые, вероятно, опасны на намного более низких уровнях).

Постоянное облучение СНЧ (сверхнизкочастотными, т. е. <100 Гц) и ОНЧ (очень низкочастотными, т. е. 100 Гц- 10 кГц) волнами в 1.0 миллигаус считается безопасным. Это было бы эквивалентно 24 миллигаус/час (1.0×24) в день.

Наша рекомендация для допустимого уровня ЭМИ немного ниже — 20 мГ/час.

Чтобы корректно произвести этот расчет, Вы должны прибавить все расчеты уровня ЭМИ из всех источников.

Например, если Вы используете фен (сила ЭМИ 100 миллигаусов при расстоянии до объекта излучения в 30 см) в течение 1 минуты каждое утро, — это 100 миллигаусов/минуту, или 1.67 миллигаусов/час (100/60).

Если Вы спите в течение 8 часов рядом с электрическими часами, сила ЭМИ, воздействующего на Вашу голову равна 4 миллигауса, то Вы накопили 32 миллигауса в час (4×8) и исчерпали Ваш допустимый лимит ЭМИ прежде, чем Вы встали с кровати!

Чтобы вычислить влияние ЭМИ в миллигаусах в час (мг/Часы):

· Составьте список всех приборов, которые Вы используете каждый день, вместе с продолжительностью облучения (в минутах).

· Затем рассчитайте значение для каждого из этих пунктов, выбирая соответствующее расстояние для каждого прибора.

· Умножьте значение в миллигаусах на кол-во минут для каждого пункта. Суммируйте мг/минуты для всех пунктов. Потом разделите общее количество на 60, чтобы получить значение миллигаус/час.

· Адаптируйте полученный общий результат к общим факторам, таким как близость к линиям электропередач (см. таблицу), время путешествия, и любые другие известные источники СНЧ/ОНЧ.

Этот метод — несколько сырой инструмент для того, чтобы полностью и корректно определить уровень Вашей подверженности низкочастотным волнам. Но это помогает Вам увидеть, откуда исходит большая часть электромагнитного излучения, а итоговый показатель помогает Вам оценить свои риски.

Вычислив Вашу полную ежедневную дозу, попытайтесь внести корректировки в свой образ жизни, который может содействовать минимизации облучения. Начните с простого. (Уберите электрические часы подальше от своей подушки!)

Короче говоря, установите достижимый непосредственно для Вас лимит получаемого облучения, скажем 30 миллиГаус в час. Когда Вы достигнете этого, задайтесь целью разделить на два Ваш уровень облучения. Тогда Вы сможете понять, что еще может быть сделано, чтобы еще уменьшить этот уровень.

Защита промышленных зданий

Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны в которых интенсивность ЭМП превышает предельно-допустимые уровни. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов.

Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования ЭМП непосредственно в местах пребывания человека либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником ЭМП. Обычно подразумевается два типа экранирования: экранирование источников ЭМП от людей и экранирование людей от источников ЭМП. Защитные свойства экранов основаны на эффекте ослабления напряженности и искажения электрического поля в пространстве вблизи заземленного металлического предмета.

От электрического поля промышленной частоты, создаваемого системами передачи электроэнергии, осуществляется путем установления санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Защита от магнитного поля промышленной частоты практически возможна только на стадии разработки изделия или проектирования объекта, как правило снижение уровня поля достигается за счет векторной компенсации поскольку иные способы экранирования магнитного поля промышленной частоты чрезвычайно сложны и дороги.

При экранировании ЭМП в радиочастотных диапазонах используются разнообразные радиоотражающие и радиопоглощающие материалы. К радиоотражающим материалам относятся различные металлы. Чаще всего используются железо, сталь, медь, латунь, алюминий. Эти материалы используются в виде листов, сетки, либо в виде решеток и металлических трубок. Экранирующие свойства листового металла выше, чем сетки, сетка же удобнее в конструктивном отношении, особенно при экранировании смотровых и вентиляционных отверстий, окон, дверей и т. д. Защитные свойства сетки зависят от величины ячейки и толщины проволоки: чем меньше величина ячеек, чем толще проволока, тем выше ее защитные свойства. Отрицательным свойством отражающих материалов является то, что они в некоторых случаях создают отраженные радиоволны, которые могут усилить облучение человека.

Более удобными материалами для экранировки являются радиопоглощающие материалы. Листы поглощающих материалов могут быть одноили многослойными. Многослойные — обеспечивают поглощение радиоволн в более широком диапазоне. Для улучшения экранирующего действия у многих типов радиопоглощающих материалов с одной стороны впрессована металлическая сетка или латунная фольга. При создании экранов эта сторона обращена в сторону, противоположную источнику излучения.

В некоторых случаях стены зданий покрывают специальными красками. В качестве токопроводящих пигментов в этих красках применяют коллоидное серебро, медь, графит, алюминий, порошкообразное золото. Обычная масляная краска обладает довольно большой отражающей способностью (до 30%), гораздо лучше в этом отношении известковое покрытие.

Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов — медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью. При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 10 000 раз.

Радиоэкранирующими свойствами обладают практически все строительные материалы. В качестве дополнительного организационно-технического мероприятия по защите населения при планировании строительства необходимо использовать свойство «радиотени» возникающего из-за рельефа местности и огибания радиоволнами местных предметов.

1. http://www.zelife.ru/ekozhil/ecohome/harmfulradiation/278-emisafety.html

2. http://www.konsilium.kiev.ua/ekologija/elektro_magnitnye/

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/электромагнитное_излучение