Электромагнитное загрязнение. 
Теоретические основы защиты окружающей среды

В процессе эволюции и жизнедеятельности человек испытывает влияние естественного электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды.

Однако вследствие научно-технического прогресса электромагнитный фон Земли в настоящее время не только увеличился, но и претерпел качественные изменения. Появились электромагнитные излучения таких длин волн, которые имеют искусственное происхождение в результате техногенной деятельности (например, миллиметровый диапазон длин волн и др.).

Спектральная интенсивность некоторых техногенных источников электромагнитного поля (ЭМП) может существенным образом отличаться от эволюционно сложившегося естественного электромагнитного фона, к которому привыкли человек и другие живые организмы биосферы.

Источники электромагнитных полей

К основным источникам ЭМП антропогенного происхождения относятся телевизионные и радиолокационные станции, мощные радиотехнические объекты, промышленное технологическое оборудование, высоковольтные линии электропередач промышленной частоты, термические цехи, плазменные, лазерные и рентгеновские установки, атомные и ядерные реакторы и т. п. Следует отметить техногенные источники электромагнитных и других физических полей специального назначения, применяемые в радиоэлектронном противодействии и размещаемые на стационарных и передвижных объектах на земле, воде, под водой, в воздухе.

Любое техническое устройство, использующее либо вырабатывающее электрическую энергию, является источником ЭМП, излучаемых во внешнее пространство. Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).

Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот являются радиотехнические объекты (РТО), телевизионные и радиолокационные станции (РЛС), термические цехи и участки в зонах, примыкающих к предприятиям. Воздействие ЭМП промышленной частоты связано с высоковольтными линиями (ВЛ) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и РЛС, имеют размеры до 100…150 м. При этом внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.

Спектр электромагнитных излучений техносферы

Электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитное поле в вакууме характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В, которые определяют силы, действующие на неподвижные и движущиеся заряды. В системе единиц СИ размерность напряженности электрического поля [Е] = В/м — вольт на метр и размерность индукции магнитного поля [В] = Тл — тесла. Источниками электромагнитных полей являются заряды и токи, т. е. движущиеся заряды. Единица заряда в СИ называется кулон (Кл), а единица тока — ампер (А).

Силы взаимодействия электрического поля с зарядами и токами определяются следующими формулами:

F_э = qЕ; F_м = [jВ], (5.9).

где F_э — сила, действующая на заряд со стороны электрического поля, Н; q — величина заряда, Кл; F_M — сила, действующая на ток со стороны магнитного поля, Н; j — вектор плотности тока, указывающий направление тока и равный по абсолютной величине А/м².

Прямые скобки во второй формуле (5.9) обозначают векторное произведение векторов j и В и образуют новый вектор, модуль которого равен произведению модулей векторов j и В, умноженному на синус угла между ними, а направление определяется по правилу правого «буравчика», т. е. при вращении вектора j к вектору В по кратчайшему расстоянию вектор [jВ направлен перпендикулярно плоскости векторов — сомножителей по поступательному движению «буравчика». Напряженность электрического поля определяется законом Кулона, а индукция магнитного поля — законом Био и Савара.

В электрическом и магнитном поле на материальную частицу, обладающую зарядом q, массой m и движущейся со скоростью v, действует сила.

F = qЕ + q[vB]. (5.10).

Первое слагаемое соответствует силе со стороны электрического поля напряженностью Е, а второе — магнитной силе в поле с индукцией В.

Электрическая сила действует в направлении напряженности электрического поля, а магнитная сила перпендикулярна как скорости заряда, так и вектору индукции магнитного поля, и ее направление определяется по правилу правого винта.

ЭМП от отдельных источников могут быть классифицированы по нескольким признакам, наиболее общий из которых — частота. Неионизирующие электромагнитные излучения занимают довольно широкий диапазон частот от ультранизкочастотного (УНЧ) интервала в 0…30 Гц до ультрафиолетовой (УФ) области, т. е. до частот 3 · 1015 Гц.

Спектр техногенных электромагнитных излучений простирается от сверхдлинных волн (несколько тысяч метров и более) до коротковолнового ?-излучения (с длиной волны менее 10−12 см).

Известно, что радиоволны, свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, рентгеновские лучи и ?-излучение — все это волны одной электромагнитной природы, отличающиеся длиной волны (табл. 5.4).

Поддиапазоны 1…4 относятся к промышленным частотам, поддиапазоны 5…11 — к радиоволнам. К СВЧ-диапазону отнесены волны с частотами 3…30 ГГц. Однако исторически сложилось так, что под СВЧ-диапазоном понимают колебания волны длиной от 1 м до 1 мм.

Таблица 5.4. Шкала электромагнитных волн.

Под оптическим диапазоном в радиофизике, оптике, квантовой электронике понимается диапазон длин волн примерно от субмиллиметрового до дальнего ультрафиолетового излучений. К видимому диапазону относятся колебания волн длинами от 0,76 до 0,38 мкм.

Видимый диапазон составляет небольшую часть оптического диапазона. Границы переходов УФ-излучения, рентгеновского, ?-излучений точно не фиксированы, но примерно соответствуют указанным в табл. 5.4 значениям? и v. Гамма-излучение, обладающее значительной проникающей способностью, переходит в излучение очень больших энергий, называемое космическими лучами.

В табл. 5.5 приведены некоторые техногенные источники ЭМП, работающие в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Таблица 5.5. Техногенные источники ЭМП.