Неионизирующие излучения.
Электромагнитное загрязнение биосферы: опасность, оценка, технические средства защиты
При использовании лазеров 11−111 классов в целях исключения облучения персонала необходимо ограждение лазерной зоны или экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны быть огнестойкими, не выделять токсичных веществ при нагреве и изготовлены из материалов с наименьшим коэффициентом отражения. Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются… Читать ещё >
Неионизирующие излучения. Электромагнитное загрязнение биосферы: опасность, оценка, технические средства защиты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Неионизирующие излучения. Электромагнитное загрязнение биосферы: опасность, оценка, технические средства защиты
С развитием электроэнергетики, радиои телевизионной техники, средств связи, электронной офисной техники, специального промышленного оборудования и др. появилось большое количество искусственных источников электромагнитных полей, что обусловило интенсивное «электромагнитное загрязнение» среды обитания человека.
Длительное воздействие этих полей на организм человека вызывает нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем, что выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, сильных болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса.
1. Источники ЭМП
Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра электромагнитных волн — ЭМВ. Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, как и многие другие, использующие электрическую энергию, излучают так называемые антропогенные ЭМП, которые вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку.
По определению, электромагнитное поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле И, а изменяющееся Н — вихревое электрическое поле. Обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга.
Векторы Е и Н бегущей ЭМВ в зоне распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении в проводящей среде они связаны соотношением где со — частота электромагнитных колебаний; у — удельная проводимость вещества экрана; i — магнитная проницаемость этого вещества; к — коэффициент затухания; R — расстояние от входной плоскости экрана до рассматриваемой точки.
ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн. Например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне.
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны к. Источник, генерирующий излучение, то есть создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой f. Международная классификация электромагнитных волн по частотам приведена в табл. 1.
Таблица 1. Международная классификация электромагнитных волн по частотам
№ диапазона | Диапазон радиочастот | Границы диапазона | Диапазон радиоволн | Границы диапазона | |
Крайне низкие, КНЧ | 3−30 Гц | Декамегаметровые | 100−10 мм | ||
Сверхнизкие, СНЧ | 30−300 Гц | Мегаметровые | 10−1 мм | ||
Инфракрасные, ИНЧ | 0,3−3 кГц | Гектокилометровые | 1000−100 км | ||
Очень низкие, ОНЧ | 3−30 кГц | Мириаметровые | 100−10 км | ||
Низкие частоты, НЧ | 30−300 кГц | Километровые | 10−1 км | ||
Средние, СЧ | 0,3−3 МГц | Гектометровые | 1−0,1 км | ||
Высокие частоты, ВЧ | 3−30 МГц | Декаметровые | 100−10 м | ||
Очень высокие, ОВЧ | 30−300 МГц | Метровые | 10−1 м | ||
Ультравысокие, УВЧ | 0,3−3 ГГц | Дециметровые | 1−0,1 м | ||
Сверхвысокие, СВЧ | 3−30 ГГц | Сантиметровые | 10−1 см | ||
Крайне высокие, КВЧ | 30−300 ГГц | Миллиметровые | 10−1 мм | ||
Гипервысокие, ГВЧ | 300−3000 ГГц | Децимиллиметровые | 1−0,1 мм | ||
Особенностью ЭМП является его деление на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. На практике в «ближней» зоне — зоне индукции на расстоянии от источника г < К ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату г2 или кубу г3 расстояния. Поле в зоне индукции служит для формирования электромагнитной волны. «Дальняя» зона — зона сформировавшейся электромагнитной волны, в которой интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника г'1. Граница «ближней» и «дальней» зоны представлена на рис. 3.
Согласно теории ЭМП «ближняя» находится на расстоянии, гдедлина волны и определяется из соотношения
где с — скорость распространения волны, f - частота электромагнитных колебаний. «Дальняя» зона, или зона распространения находится на расстоянии.
В зоне индукции еще не сформировалась бегущая волна, вследствие чего Е и Н не зависят друг от друга, поэтому нормирование в этой зоне ведется как по электрической, так и по магнитной составляющей поля. Это характерно для ВЧ-диапазона. В зоне излучения ЭМП характеризуется электромагнитной волной, наиболее важным параметром которой является плотность потока мощности.
В «дальней» зоне излучения принимается Е = 377Н, где 377 — волновое сопротивление вакуума, Ом. В российской практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 Мгц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии или плотность потока мощности — S, Вт/м2. За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. ППЭ характеризует величину энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.
2. Природные источники ЭМП
Природные источники ЭМП делятся на 2 группы. Первая — поле Земли: постоянное магнитное поле. Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10″ 5 до 102 Гц, амплитуда может достигать сотых долей А/м. Вторая — радиоволны, генерируемые космическими источниками. В силу относительно низкого уровня излучения от космических радиоисточников и нерегулярного характера воздействия их суммарный эффект поражения биообъектов незначителен.
Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 0,003 Вт/м2. Если общая площадь поверхности среднего человеческого тела 1,8 м2, то общая излучаемая энергия составляет примерно 0,0054 Вт.
3. Антропогенные источники ЭМП
Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией также делятся на 2 группы. Первая — источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 Гц до 3 кГц. Вторая — источники, генерирующие от 3 кГц до 300 ГГц, включая микроволны в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.
К первой группе относятся в первую очередь все системы производства, передачи и распределения электроэнергии.
Источником электрических полей промышленной частоты являются, например, токоведущие части действующих электроустановок: линии электропередач, трансформаторные подстанции, электростанции, индукторы, конденсаторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, электрои кабельная проводки, металлокерамические магниты, офисная электрои электронная техника, транспорт на электроприводе и др. В различных технологиях электромагнитная энергия высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов в основном используется для процессов электротермии, то есть для нагрева материала в самом ЭМП. Данное направление является перспективным, так как оно обеспечивает большие скорости и качество обработки материалов, экологически и экономически эффективно. Это объясняется тем, что в ЭМП разогрев материала на атомном и молекулярном уровнях происходит во всем объеме сразу за счет электрических потерь, в то время как температура окружающей среды остается практически без изменения.
Вторую группу составляют функциональные передатчики, различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные и импульсные магнитные поля, медицинские терапевтические и диагностические установки, бытовое оборудование, средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках.
4. Нормирование ЭМП
Применение новых технологических процессов и радиоэлектронных систем и устройств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду, создает и ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием ЭМИ на организм человека. Установлено, что этот вид энергии воздействует на весь организм в целом, вызывая его перегрев под влиянием переменного поля, а также отрицательно влияет и на отдельные системы организма. Данные об условиях облучения на рабочих местах некоторых специальностей приведены в табл. 2.
Таблица 2. Интенсивность ЭМИ на рабочих местах ряда специальностей
Производственный процесс | Основные источники излучения | Интенсивность облучения персонала, мкВт/см2 | |
Регулировка, настройка и испытание комплекса РЛС в выпускных цехах заводов и ремонтных мастерских | Антенные системы | 1000 и более | |
Регулировка, настройка и испытание комплекса РЛС в условиях полигона | Антенные системы | 500 и более | |
Регулировка, настройка и испытание отдельных СВЧ-узлов, блоков и приборов | Катодные выводы маг-нетрона, волноводо-коак-сиальные переходы и др. | до 1000 | |
Научно-исследовательские работы | Антенные устройства, генераторные блоки, СВЧ-приборы и др. | до 1000 | |
Эксплуатация РЛС на аэ-родромах гражданской авиа-ции | Антенные системы | 100−1000 | |
Эксплуатация СВЧ-аппа-ратов в некоторых областях народного хозяйства, в том числе физиотерапевтические кабинеты | Разные антенные сис-темы, генераторные бло-ки, излучатели и др. | 1−2000 | |
Контрольно-измерительные работы в экранированных по-мещениях | Генераторные блоки, разные антенные систе-мы | 5−50 (сложные ЭМП) | |
Нормирование ЭМИ проводится в соответствии с нормативными документами и справочными данными. В табл. 3 приведены значения допустимой напряженности Е и Н и энергетической нагрузки электромагнитного поля на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессиональное воздействием ЭМП. Указанные значения не должны превышаться в течение рабочего дня.
Так, напряженность ЭМП радиочастот на рабочих местах не должна превышать по электрической составляющей 20 В/м в диапазоне частот 100 кГц — 30 МГц и при f = 30−300 МГц; по магнитной составляющей предельная напряженность Нпред = 5 А/м при f = 100 кГц — 1,5 МГц. В диапазоне СВЧ f = 300−300 000 МГц допустимая плотность потока мощности при длительности облучения т0бл в течение всего рабочего дня составляет 10 мкВт/см2; при 50бл = 2 ч — 100 мкВт/см2; при т0бл = 15−20 мин — 1000 мкВт/см2.
Таблица 3. т непредельно допустимые уровни напряженности и энергетической нафузки ЭМП, мкВт/см2
Диапазон частот, МГц | Допустимая напряженность поля | Нормативная энергети-ческая нагрузка, Втч/м2 (мкВтч/см2) | Дополнения | ||
электричес-кая, Вт/м | магнитная, А/м | ||||
6х10'2−3 3−30 30−50 50−300 6×10″ 2−1,5 30−50 | 50 20 10 5 | 0,3 | -; | Допускается превыше-ние уровней в два раза при времени воздействия не более 0,5 рабочего дня | |
2 (200) | Кроме случаев облуче-ния от вращающихся и сканирующих антенн. | ||||
300−3×1О5 | 20 (2000) | Облучение от вращаю-щихся и сканирующих ан-тенн с частотой 1 Гц и скважностью не менее 50. | |||
20 (2000) | Последовательное или одновременное облуче-ние в непрерывном или прерывистом (от вра-щающихся и сканирующих антенн) режимах. | ||||
В остальное рабочее время интенсивность облучения не должна превышать 10 мк Вт/см2.
В случае непрерывного облучения от вращающихся и сканирующих ан-тенн ПДУ облучения составляет 100 мкВт/см2 при воздействии в течение 8 часов и 1000 мкВт/см2 при облучении до 2 ч/сут.
Для лиц, профессионально не связанных с облучением, и для населе-ния в целом ППМ не должен превышать 1 мкВт/см2.
5. Основные виды средств коллективной и индивидуальной защиты от ЭМП
В зависимости от условий воздействия ЭМП, характера и местонахож-дения источника излучения могут быть использованы следующие способы и методы защиты: защита временем и расстоянием, снижение интенсивности излучения источника, экранирование источника, защита рабочего места от излучения, применение средств индивидуальной защиты.
Защита временем
Способ применяется в тех случаях, когда отсутствует возможность уменьшить напряженность ЭМП до ПДУ. Допустимое время определяется как где th1,2 — гиперболический тангенс.
Защита расстоянием. Способ используется, если нельзя снизить интенсивность облучения другими методами. Является наиболее эффективным.
Для диапазона ДВ, СВ, KB и УКВ расстояние определяется как где р — средняя выходная мощность, Вт; G — коэффициент направленности антенны; Едоп,_ допустимая напряженность электрического поля, В/м.
Для диапазона СВЧ
Метод уменьшения мощности излучения
Осуществляется непосредственной регулировкой передатчика; его заменой на менее мощный применением специальных устройств — аттенюаторов, которые поглощают, отражают или ослабляют передаваемую энергию на пути от генератора к антенне.
Способы экранирования источника
Основными видами средств коллективной защиты являются экранирующие устройства — составные части электрической установки, предназначенные для защиты персонала в открытых распределительных устройствах и на воздушных линиях электропередач.
Конструктивно экранирующие устройства оформляются в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов, прутков, сеток или пластин из резины. Экранирующие устройства должны иметь антикоррозионное покрытие и быть заземлены.
Экраны бывают поглощающие или отражающие электромагнитную энергию. Выбор конструкции экранов зависит от характера технологического процесса, мощности источника и диапазона волн. Коэффициент экранирования равен гдеилиэффективность экранирования; Е и Н — без крана; ЕэиНэ-с экраном.
Наряду со стационарными и переносными экранирующими устройствами применяют индивидуальные экранирующие комплекты. В состав экранирующих комплектов входят: спецодежда из металлизированной ткани, средства защиты головы, рук и лица.
6. Безопасность лазерного излучения
Особое место среди источников ЭМИ занимают лазерные установки. В промышленности применяются лазерные установки, работающие в диапазонах длин волн от ИК до рентгеновского. Лазерная технология, например, обработка материалов лазерным излучением, позволяет осуществлять сварку материалов, сверление, резку и т. д.
Благодаря своим уникальным свойствам, эти устройства также широко используются в научных исследованиях: в физике, химии, биологии и др. и в практической медицине: хирургия, офтальмология и др.
Лазер — это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного излучения. В нем происходит преобразование различных видов энергии в энергию лазерного излучения. Плотность мощности излучения лазерных установок достигает 1011-1014 Вт/см2, а для испарения большинства материалов достаточно 10э Вт/см2. Для сравнения: плотность солнечного излучения 0,15−0,25 Вт/см2. Поэтому серьезную опасность представляет не только прямое, но и диффузионно отраженное лазерное излучение. Проявляются и сопутствующие факторы: ЭМП, высокое напряжение, аэрозоли от возгона веществ в зоне действия луча.
Существуют газовые лазеры, жидкостные и твердотельные, которые в свою очередь делятся на непрерывного и импульсного действия. Классификация лазеров по степени опасности генерируемого излучения, требования к конструкции лазерных установок и технологическим процессам с использованием таких установок приведены в.
В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала:
класс I — выходное излучение не опасно для глаз;
класс II — опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
класс III — опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузионно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;
класс IV — опасно для кожи диффузионно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Биологические эффекты от действия луча лазера на живые ткани заключаются в термическом, энергетическом, фотохимическом и механическом воздействии, а также электрострикции и образовании в пределах клетки микроволнового ЭМП. Эти воздействия нарушают жизнедеятельность как отдельных органов, так и организма в целом. Выделяют два механизма: первичный и вторичный. Первичный механизм проявляется в виде органических изменений в облучаемых тканях. Вторичный механизм проявляется как реакция организма на облучение.
В качестве приоритетных критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты: энергия или мощность излучения, плотность энергии излучения, длительность воздействия излучения и длина волны.
Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с ними. Санитарные нормы и правила определяют величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам.
Таблица 4. А ПДУ лазерного излучения [6]
Длина волны, мкм | ПДУ, Дж-см" 2 | |
0,200−0,210 | 1х108 | |
0,210−0,215 | 1х10*7 | |
0,215−0,290 | 1х10″ 6 | |
0,290−0,300 | 1x10″ 5 | |
0,300−0,370 | 1x10^ | |
Св. 0,370 | 2x10″ 3 | |
Нормируется энергетическая экспозиция облучаемых тканей.
Например, значения ПДУ энергетической экспозиции при облучении ультрафиолетовой областью спектра приводятся в та б л. 4.
Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного и санитарно-гигиенического характера.
При использовании лазеров 11−111 классов в целях исключения облучения персонала необходимо ограждение лазерной зоны или экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны быть огнестойкими, не выделять токсичных веществ при нагреве и изготовлены из материалов с наименьшим коэффициентом отражения. Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением. При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на аналогичных установках.
Для удаления возможных токсичных газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция. Для защиты от шума применяется звукоизоляция установок, звукопоглощение и др.
В качестве индивидуальных средств защиты используют очки со специальными стеклами — фильтрами, щитки, маски, халаты светло-зеленого или голубого цветов.
Контроль уровней лазерного излучения производится в основном фотоэлектрическими приборами, например, «Измеритель-1» и ИЛД-2.