Электромагнитные поля фактора неионизирующие поля и излучения. Естественные и искусственные источники неионизирующих электромагнитных излучений
Электромагнитные поля (ЭМП) и электромагнитные излучения (ЭМИ) являются вредными факторами, которые негативно влияют на человека и окружающую среду. ЭМИ - это не только источник образования электромагнитного поля, но и сам процесс. ЭМП представляет собой особую форму материи, состоящую из взаимосвязанных электрического и магнитного полей. Напряженности этих полей расположены перпендикулярно друг другу. Непрерывно изменяясь, они возбуждают друг друга. Электромагнитное поле сохраняется и оказывает негативное воздействие еще долгое время после того, как источник его возникновения (излучатель) прекратил или приостановил свое действие.
Электромагнитное загрязнение как проблема сформировалась в результате резкого увеличения за последние десятилетия количества различных источников ЭМИ техногенного характера. Возникшая проблема повлекла за собой необходимость досконального изучения физических основ данного фактора, а также выработки мер по защите работников на производстве, населения и окружающей среды, оказавшихся в условиях электромагнитного загрязнения, превышающего допустимые уровни.
Под электромагнитным загрязнением среды понимают состояние электромагнитной обстановки, характеризуемое наличием в атмосфере электромагнитных полей повышенной интенсивности, создаваемых техногенными и природными источниками излучения. Физики и экологи называют электромагнитное загрязнение «вяло текущей чрезвычайной ситуацией».
Степень воздействия на работающих магнитного поля зависит от его параметров (основных характеристик). Основными параметрами источника ЭМП являются: частота электромагнитных колебаний (единица - Гц) и длина волны (единица - м). Критерием интенсивности электрического поля служит его напряженность (единица - В/м). Критерием интенсивности магнитного поля также является его напряженность (единица - А/м).
К основным неионизирующим ЭМП и ЭМИ относятся:
- геомагнитное поле Земли;
- электрические и магнитные поля промышленной частоты;
- электромагнитные излучения радиочастотного диапазона;
- электромагнитные излучения оптического диапазона;
- электростатические поля.
Меры по защите - постоянный контроль электромагнитной обстановки путем проведения электромагнитного мониторинга, метеопрогноз, экспресс-оценка геомагнитной обстановки соответствующими службами; оповещение населения через СМИ о предстоящей магнитной буре. При возникновении геомагнитных возмущений в магнитосфере Земли посредством СМИ людям с повышенной метеочувствительностью даются рекомендации о лекарственных и немедикаментозных средствах, а также о правилах поведения для них в дни нестабильной геомагнитной обстановки.
Неионизирующие электромагнитные излучения.
Влияние на деятельность человека электромагнитных полей промышленной частоты и радиоволн.
Нормирование сверхвысокочастотного излучения
1. Безопасность жизнедеятельности / под ред. Белова С.В. – М.: Высшая школа, 1999. – 448 с., ил.
2. Русак О.Н., Малаян К.Р., Занько Н.Г. Безопасность жизнедеятельности. – СПб: Издательство «Лань», 2000. – 448 с., ил.
3. Маньков В. Д. Безопасность жизни и деятельности. Часть I. Безопасность общества и человека в современном мире: Учеб. пособие для военных ВУЗов. – СПб: МО РФ, 2002. – 500 с., ил.
4. Быков А. А., Мурзин Н. В. Проблема анализа безопасности человека, общества и природы. СПб.: Наука, 1997. – 182 с.
5. Хенли Д. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1979. – 359 с.
6.Медицина катастроф. Учеб. пособие. / Под ред. проф. В. М. Рябочкина. М.: ИНИЛтд, 1996. – 272 с., ил.
7. Алексеев Н. А. Стихийные явления в природе. М.: Мысль, 1988. – 255 с., ил.
Неионизирующие электромагнитные излучения
При ускоренном движении электрических зарядов возникают электромагнитные волны (f = 10 3 …10 24 Гц). Они делятся на:
Радиоволны;
Инфракрасное излучение;
Видимый свет;
Ультрафиолетовое излучение;
Рентгеновское и гамма – излучения.
Первые четыре группы относят к неионизирующим электромагнитным волнам.
Источниками электромагнитных полей являются:
Природные источники (космические лучи, излучение солнца, атмосферное электричество);
Антропогенные источники (генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, компьютеры).
На предприятиях источниками электромагнитных полей промышленной частоты являются линии электропередач, измерительные приборы, устройства защиты и автоматики, соединительные шины.
Скорость распространения ЭМИ постоянна и равна С = 3×10 8 м/с.
λ – длина волны, м.
f – частота, Гц
f = 10 3 Гц λ = С/f = 3×10 8 /10 3 = 3×10 5 м = 300 км
f = 10 24 Гц λ = С/f = 3×10 8 /10 24 = 3×10 -16 м = 3×10-10 мкм.
Качественными характеристиками электромагнитных полей являются:
Напряженность электрического поля Е, вольт на метр (В/м);
Напряженность магнитного поля Н, ампер на метр (А/м);
Плотность потока энергии J, ватт на метр квдратный (Вт/м 2).
Большую часть спектра электромагнитных излучений (ЭМИ) составляют радиоволны , меньшую часть - колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучения).
В зависимости от частоты падающего электромагнитного излучения ткани организмов проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводник или как диэлектрик.
В зависимости от места и условий воздействия ЭМИ различают четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях, а по характеру облучения - общее и местное.
Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный),
Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с определенного предела, организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться.
Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте). Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы.
Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления.
В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающей энергетическую нагрузку.
В диапазоне частот 60 кГц...300 МГц интенсивность электромагнитного поля выражается предельно допустимой напряженностью электрического и магнитного полей.
Оптическое излучение
Инфракрасное излучение (ИК) - часть электромагнитного спектра с длиной волны λ = 0,78…1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект.
ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ , не видимое глазом электромагнитное излучение в пределах длин волн l от 1-2 мм до 0,74 мкм. Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Напр., слой воды в несколько см непрозрачен для инфракрасного излучения.
Наиболее поражаемые у человека органы - кожный покров и органы зрения; при остром повреждении кожи возможны ожоги, усиление пигментации кожи; мутагенный эффект ИК - облучения.
Видимое излучение - диапазон электромагнитных колебаний 0,4…0,78 мкм. Излучение видимого диапазона при достаточных уровнях энергии также может представлять опасность для кожных покровов и органа зрения. Пульсации яркого света вызывают сужение полей зрения, оказывают влияние на состояние зрительных функций, нервной системы, общую работоспособность.
Широкополосное световое излучение больших энергий характеризуется световым импульсом, действие которого на организм приводит к ожогам открытых участков тела, временному ослеплению или ожогам сетчатки глаз.
Оптическое излучение видимого и инфракрасного диапазона при избыточной плотности может приводить к изменениям в сердечной мышце.
Ультрафиолетовое излучение (УФИ) - спектр электромагнитных колебаний с длиной волны 0,2...0,4 мкм.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ , не видимое глазом электромагнитное излучение в пределах длин волн l=400-10 нм. Различают ближнее ультрафиолетовое излучение (400-200 нм) и дальнее, или вакуумное (200-10 нм).(1 нм = 10 -9 м).
Ультрафиолетовое излучение, составляющее приблизительно 5 % плотности потока солнечного излучения,- жизненно необходимый фактор, оказывающий благотворное стимулирующее действие на организм.
Ультрафиолетовое излучение искусственных источников (например, электросварочных дуг, плазмотронов) может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений. Наиболее уязвимы глаза, причем страдает преимущественно роговица и слизистая оболочка.
Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Отличие ЛИ от других видов излучения заключается в монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности.
КОГЕРЕНТНОСТЬ (от лат. cohaerens - находящийся в связи), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Если разность фаз 2 колебаний остается постоянной во времени или меняется по строго определенному закону, то колебания называются когерентными. Колебания, у которых разность фаз изменяется беспорядочно и быстро по сравнению с их периодом, называются некогерентными.
МОНОХРОМАТИЧЕСКИЙ СВЕТ , световые колебания одной частоты. Свет, близкий к монохроматическому свету, получают, выделяя спектральную линию или узкий участок спектра при помощи спектральных приборов (монохроматоров, светофильтров и др.). Свет высокой степени монохроматичности излучают лазеры, а также свободные атомы.
Степень повреждения кожи зависит от первоначально поглощенной энергии. Повреждения могут быть различными: от покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи.
Прямое облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов брюшной полости; при облучении головы возможны внутричерепные кровоизлияния.
Похожая информация.
К неионизирующим электромагнитным излучениям и полям (НЭ-МИП) относят электромагнитные излучения радиочастотного и оптического диапазонов, а также условно - статические электрические и постоянные магнитные поля, поскольку последние, строго говоря, излучениями не являются.
Электромагнитные излучения (ЭМИ) распространяются в виде электромагнитных волн, основными характеристиками которых являются: длина волны --X, м, частота колебаний -- f, Гц и скорость распространения -- V, м/с. В свободном пространстве скорость распространения ЭМИ равна скорости света -- С = 3 * 108 м/с.
Неионизирующие электромагнитные излучения и поля естественного происхождения. До недавнего времени основное внимание исследователей, занимающихся проблемой гигиенического нормирования неионизирующих электромагнитных излучений (НЭМИ), было сосредоточено на изучении биоэффектов ЭМИ антропогенного происхождения, уровни которых существенно превышают естественный электромагнитный фон Земли. Вместе с тем, в последние десятилетия была убедительно доказана важнейшая роль ЭМИ естественного происхождения в становлении жизни на Земле и ее последующих развитии и регуляции.
Биологическое действие неионизирующих электромагнитных излучений и полей естественного происхождения
Особое внимание при изучении влияния естественных ЭМИ на живую природу уделяется геомагнитному полю, как одному из важнейших факторов окружающей среды. Показано, что у различных организмов (от бактерий до млекопитающих) выявляется целый ряд реакций со стороны различных систем на изменение геомагнитного поля (Дубров А.П., 1974; Холодов Ю.А., 1976, 1982; Моисеева Н.И., Любицкий Р.И., 1986). Получены материалы, которые не только подтверждают чувствительность организмов к геомагнитному полю, но и не исключают у многих из них способности воспринимать содержащуюся в нем пространственно-временную информацию. Это свидетельствует о том, что геомагнитное поле является существенным компонентом среды обитания. Изучение магниторецепции у человека дало основание считать, что она представлена как в структурах мозга, так и надпочечниках (Дюрвард Д.Скайлс, 1989).В настоящее время стало ясно, что естественные электромагнитные поля следует рассматривать как один из важнейших экологических факторов. И если осуществление жизнедеятельности в условиях воздействия естественных ЭМИ является таким значимым и одновременно „привычным" для биосистем, то попадание в ситуацию, когда их уровни претерпевают резкие колебания или значительно снижены, может иметь серьезные негативные последствия.
Статические электрические поля.
Статические электрические поля (СЭП) представляют собой поля неподвижных электрических зарядов, либо стационарные электрические поля постоянного тока.
СЭП достаточно широко используются в народном хозяйстве для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и т.д.
Вместе с тем существует целый ряд производств и технологических процессов по изготовлению, обработке и транспортировке диэлектрических материалов, где отмечается образование электростатических зарядов и нолей, вызванных электризацией перерабатываемого продукта (текстильная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, химическая промышленности и др.). В энергосистемах СЭП образуются вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств и линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения. При этом имеет место также повышенная ионизация воздуха (например, в результате коронных разрядов) и возникновение ионных токов.
Основными физическими параметрами СЭП являются напряженность поля и потенциалы его отдельных точек. Напряженность СЭП -- векторная величина - определяется отношением силы, действующей па точечный заряд к величине этого заряда, измеряется в вольтах на метр (В/м). Энергетические характеристики СЭП определяются потенциалами точек поля.
Биоэффекты сочетанных влияний па организм СЭП и аэроионов свидетельствуют о синергизме в действии факторов. При этом превалирующим фактором выступает ионный ток, возникающий в результате движения аэроионов СЭП. Следует отметить, что механизмы влияния СЭП и ответных реакций организма остаются неясными и требуют дальнейшего изучения.
Постоянные магнитные поля.
Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) па рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и другие электротехнические устройства).
Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах, в магнитных сепараторах, в устройствах для магнитной обработки воды, в магнитогидродинамических (МГД) генераторах, установках ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также в физиотерапевтической практике.
Основными физическими параметрами, характеризующими ПМП, являются: напряженность поля (Н), магнитный поток (Ф) и магнитная индукция (В). В системе СИ единицей измерения напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м), магнитного потока - Вебер (Вб), магнитной индукции (или плотности магнитного потока) -- тесла (Тл).
Биологическое действие постоянных магнитных полей.
Живые организмы весьма чувствительны к воздействию ПМП. Имеется большое количество литературы по влиянию ПМП на организм человека и животных. Описаны результаты исследования влияния ПМП на различные системы и функции биообъектов различного уровня организации. Принято считать, что наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечно-сосудистая, нейроэндокринная и др.).
Следует отметить известную противоречивость взглядов по вопросу биологической активности ПМП. Эксперты ВОЗ на основании совокупности имеющихся данных пришли к заключению, что уровни ПМП до 2 Тл не оказывают существенного влияния па основные показатели функционального состояния организма животных.
Отечественными исследователями (Вялов A.M., Комарова А.А., Сыромятников и др.) описаны изменения в состоянии здоровья у лиц, работающих с источниками ПМП. Наиболее часто они проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания. Характерны субъективные жалобы астенического характера, функциональные сдвиги со стороны сердечно-сосудистой системы (брадикардия, иногда тахикардия, изменение на ЭКГ зубца Т), тенденция к гипотонии. Кровь достаточно устойчива к воздействию ПМП. Отмечается лишь тенденция к снижению количества эритроцитов и содержания гемоглобина, а также умеренный лейко - и лимфоцитоз.
Периферический вазовегетативный синдром (или вегетативно-сенситивный полиневрит) характеризуется вегетативными, трофическими, сенситивными расстройствами в дистальном отделе рук, изредка сопровождающимися легкими двигательными и рефлекторными нарушениями.
Электрические и магнитные поля промышленной частоты.
Электромагнитные поля (ЭМП) промышленной частоты (ПЧ) являются частью сверхнизкочастотного диапазона радиочастотного спектра, наиболее распространенной как в производственных условиях, так и в условиях быта. Диапазон промышленной частоты представлен в нашей стране частотой 50 Гц (в ряде стран Американского континента 60 Гц). Основными источниками ЭМП ПЧ, создаваемых в результате деятельности человека, являются различные типы производственного ибытового электрооборудования переменного тока, в первую очередь, подстанции и воздушные линии электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН). Поскольку соответствующая частоте 50 Гц длина волны составляет 6000 км, человек подвергается воздействию фактора в ближней зоне. В связи с указанным гигиеническая оценка ЭМП ПЧ осуществляется раздельно по электрическому и магнитному полям (ЭП и МП ПЧ).
Электромагнитное поле (ЭМП) является особой формой материи. Электромагнитное поле (ЭМП) распространяется в виде электромагнитных волн. Представляющие собой взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей, составляющие единое электромагнитное поле.
Вследствие особенностей ЭМП и различного влияния на организм человека электромагнитных волн разной длины принято раздельное нормирование низкочастотных электромагнитных полей радиочастотного диапазона (10-30 кГц), ЭМП в диапазоне 30кГц-300 ГГц, статических электрических полей, полей создаваемых постоянными магнитами, ЭМП промышленной частоты и ЭМП создаваемым видеодисплеями, ПЭВМ и системами сотовой связи.
Источниками постоянного магнитного поля (ПМП) могут быть физиотерапевтическая аппаратура или диагностическое оборудование (установки ядерного магнитного резонанса).
Источниками ЭМП промышленной частоты (ЭМП ПЧ) являются элементы токопередающих систем различного напряжения (линии электропередачи, распределительные устройства и др.), электротранспорт, различные типы электрооборудования.
Уровни ЭМП искусственного происхождения, созданных человеком, существенно превышают уровни естественных полей.
В последние годы широкое распространение получили такие источники ЭМП, как видеодисплейные терминалы (ВДТ). В ООО «Уренгойгазпром» насчитывается большое количество пользователей персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) и видеодисплейных терминалов (ВДТ), и число их продолжает постоянно увеличиваться. В Обществе осуществляется работа по замерам и оценке электромагнитных излучений на рабочих местах пользователей ПЭВМ.
Современные ПЭВМ являются оборудованием с потреблением до 200-250 Вт, содержащим несколько электро- и радиоэлектронных устройств, поэтому вокруг ПЭВМ создаются поля с широким частотным спектром и пространственным распределением, такие как:
Электростатическое поле,
Переменные электрические поля,
Переменные магнитные поля.
Особенностями характеристик излучений ВДТ является достаточно широкий спектр частот излучения.
Источниками переменных электрических и магнитных полей в ПЭВМ являются узлы, в которых присутствует переменное высокое напряжение, и узлы, работающие с большими токами. Типичное пространственное распределение переменного магнитного поля вокруг ПЭВМ показано на рис.2 , а переменного электрического поля (в горизонтальной плоскости) на рис.3.
Компьютерная техника является источником целого ряда неблагоприятных физических факторов воздействия на состояние и здоровье пользователей. Следствием неблагоприятного воздействия компьютерной техники на здоровье пользователей можно выделить следующие наиболее важные последствия: заболевания глаз и зрительный дискомфорт, изменения костно-мышечной системы, нарушения, связанные со стрессом, кожные заболевания, неблагоприятные исходы беременности. Установлено, что пользователи персональных компьютеров подвержены стрессам в значительно большей степени, чем работники из любых других профессиональных групп. К другим обнаруженным жалобам на здоровье относятся «пелена перед глазами», сыпь на лице, хронические головные боли, тошнота, головокружения, лёгкая возбудимость и депрессии, быстрая утомляемость, невозможность долго концентрировать внимание, снижение трудоспособности и нарушения сна и многие другие.
Выявление, исследование причин, анализ и устранение таких экстремальных полей, на рабочих местах, представляет собой серьёзную задачу и является необходимым условием безопасной эксплуатации ПЭВМ.
Отнесение условий труда к тому или иному классу вредности и опасности при воздействии неионизирующих электромагнитных полей и излучений осуществляется в соответствии с табл. 15. Руководства Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда».
Значения ПДУ, с которыми проводится сравнение измеренных на рабочих местах величин ЭМП, определяются в зависимости от времени воздействия фактора в течение рабочего дня.
В соответствии с СанПиН 2.2.4.1191-03 "Электромагнитныеполя в производственных условиях", ГОСТ 12.1.045-84 "ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля", ГОСТ 12.1.002-84 "ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах", ОБУВ ПеМП 50 Гц N 5060-89, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 "Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы", ГОСТ 12.1.006-84 "ССБТ Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля", Изменения N 1 ГОСТ 12.1.006-84, СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 "Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи", СанПиН 2.2.4.1329-03 "Требования по защите персонала от воздействия импульсных ЭМП".
Условия труда при действии неионизирующих электромагнитных полей и излучений относятся к 3 классу вредности при превышении на рабочих местах ПДУ, установленных для соответствующего времени воздействия,
с учетом значений энергетических экспозиций в тех диапазонах частот, где она нормируется. К 4 классу - для ЭП 50 Гц и ЭМП в диапазоне частот 30 МГц - 300 ГГц при превышении их максимальных ПДУ до значений, а также для широкополосных электромагнитных импульсов при превышении ПДУ напряженности электрического поля в 50 и более раз (для количества электромагнитных импульсов не более 5 в течение рабочего дня).
Ультрафиолетовое излучение.
УФИ -- это электромагнитные неионизирующие излучения оптического диапазона с длиной волны от 200 до 400 им и частотой от 1013 до 1016 Гц, подразделяемые в зависимости от биологической активности на области УФ-А, УФ-В и УФ-С.
УФ-А -- 400-320 им (синонимы: длинноволновое, ближнее УФ-излучение);
УФ-В - 320-280 им (средневолновое УФ-излучение, загарная радиация);
УФ-С - 280-200 им (коротковолновое, далекое УФ-излучение, бактерицидная радиация).
Волны менее 200 им не оказывают существенных биологических воздействий, так как радиация диапазона 200-5 им (вакуумный УФ) поглощается в атмосферном воздухе.
Солнце является источником радиации в широком диапазоне длин волн. До поверхности Земли доходит УФ в диапазоне 288-400 нм, более короткие волны УФИ Солнца поглощаются озоном стратосферы.
На долю УФИ с длиной волн 320-400 нм приходится 95% энергии, с длиной волн 290-320 нм - 0,1% энергии. В последнее время вследствие активного разрушения озонового слоя атмосферы -- естественного фильтра УФ-В - интенсивность этого излучения увеличивается.
Основными факторами, влияющими на количество и спектральный состав УФИ, которые достигают поверхности Земли, являются высота солнцестояния, тип и степень облачности, время суток, присутствие аэрозоля, смог.
Степень воздействия солнечной радиации зависит от времени суток и погодных условий, одежды, рода занятий, сложившихся социально обусловленных привычек, альбедо земли.
За последние годы отмечается возрастание УФ нагрузки па человека за счет увеличения солнечной радиации и появления новых искусственных источников этого излучения в промышленности, пауке и медицине.
Наиболее важные типы газоразрядных ламп -- это ртутные лампы низкого давления (большая часть излучаемой энергии имеет длину волны 253,7 нм, т.е. соответствует максимуму бактерицидной эффективности: используется для борьбы с вредными микроорганизмами) и высокого давления (длины волн 254, 297, 303, 313 и 365 нм широко используются в фотохимических реакторах, в печатном деле, для фототерапии кожных болезней); ксеноновые лампы высокого давления (спектр близок к солнечному над стратосферой; применяются также как ртутные); импульсные лампы (оптические спектры зависят от использованного газа - ксенон, криптон, аргон, неон и др.).
В люминесцентных лампах электрический дуговой разряд создается в ртутном паре и инертном газе при низком давлении. Спектр зависит от использованного люминофора. К этим лампам относятся источники излучения типа - люминесцентные солнечные лампы (длина волн 275-300 нм, максимум - 313 нм, эффективные с точки зрения загара); источники невидимого излучения („черного света") -- диапазон длин волн 300-410 нм, используются для обеспечения люминесценции в красках, чернилах, для фототерапии.
Источниками теплового излучения УФ являются сварка кислородно - ацетиленовыми, кислородно-водородными, плазменными горелками. Интенсивность различных диапазонов УФИ при сварке зависит от многих факторов, включая материал, из которого изготовлены электроды, разрядный ток и газ, окружающий дугу.
Монохроматическое УФИ генерируют лазеры. К ним относится группа эксимерных лазеров с длиной волны излучения 193, 248, 308, 351 нм. Основной особенностью эксимерных лазеров является, по мнению большинства исследователей, отсутствие термического действия па биологические ткани, что позволяет использовать их в медицине.
УФ эксимерные лазеры используются для обработки металлов (серебро, золото, медь), пластмасс, стекла, керамики, комбинированных материалов, причем речь идет о химическом изменении поверхности материалов.
С источниками УФИ контактируют работающие в полиграфической промышленности, химическом и деревообрабатывающем производстве, сельском хозяйстве; при кино- и телесъемках, а также в здравоохранении.
Критическими органами для восприятия УФИ являются кожа и глаза. Воздействие УФИ может вызвать специфические изменения в этих органах.
Градация условий труда при действии неионизирующих электромагнитных излучений оптического диапазона (лазерное, ультрафиолетовое) представлена в (табл.16.) Руководстве Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда».
В соответствии с СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров», СН № 4557-88 «Санитарными нормами ультрафиолетового излучения в производственных помещениях», МУ № 5046-89 «Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей с (применением искусственных источников ультрафиолетового излучения)».
Электромагнитные поля и излучения (неионизирующие излучения)
Электромагнитная волна -- это колебательный процесс, связанный с изменяющимися в пространстве и во времени взаимосвязанными электрическими и магнитными полями. Область распространения электромагнитных волн называется электромагнитным полем (ЭМП).
Основные характеристики электромагнитного поля. Электромагнитное поле характеризуется частотой излучения f, измеряемой в герцах, или длиной волны л, измеряемой в метрах. Электромагнитная волна распространяется со скоростью света (3 * 108 м/с), и связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью
где с -- скорость света. На рис. 2.19 представлен частотный спектр электромагнитных волн.
Электромагнитное поле обладает энергией, а электромагнитная волна, распространяясь в окружающем пространстве, переносит эту энергию. Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющие.
Характеристикой электрической составляющей ЭМП является напряженность электрического поля Е, единицей измерения которой является В/м.
Характеристикой магнитной составляющей ЭМП является напряженность магнитного поля Н (А/м).
Энергию электромагнитной волны принято характеризовать плотностью потока энергии (ППЭ) -- энергией, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единичную площадь. Единицей измерения ППЭ является Вт/м2.
Для отдельных диапазонов ЭМИ (световой диапазон, лазерное излучение) известны другие характеристики, которые будут рассмотрены ниже.
Классификация электромагнитных полей. Электромагнитные поля классифицируются по частотным диапазонам или длине волны. Классификация волн, определяемая длиной (или частотой) волны, представлена в табл. 2.7.
Видимый свет (световые волны), инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучение -- это также электромагнитная волна. Эти виды коротковолнового излучения оказывают на человека специфическое воздействие.
Электромагнитные волны очень высоких частот относятся к ионизирующим излучениям (рентгеновским и гамма-излучениям). Из-за большой частоты эти волны обладают высокой энергией, достаточной для того, чтобы ионизировать молекулы вещества, в котором распространяется волна. Поэтому-то это излучение относится к ионизирующему излучению и рассматривается в параграфе, посвященном ионизирующим излучениям.
Электромагнитный спектр радиочастотного диапазона условно разделен на четыре частотных диапазона: низкие частоты (НЧ) -- менее 30 кГц, высокие частоты (ВЧ) -- 30 кГц...30 МГц, ультравысокие чатоты (УВЧ) -- 30...300 МГц, сверхвысокие частоты (СВЧ) -- 300 МГц...750 ГГц.
Таблица 2.7. Классификация электромагнитных полей
|
Название волны и излучения |
Длина волны, м |
Частота излучения, Гц |
|
Радиочастотные |
||
|
Сверхдлинные (СВД) |
Менее 30* (менее 30 кГц) |
|
|
Длинные (ДВ) |
30*103…300*103 (30…300 кГц) |
|
|
Средние (СВ) |
300*103…3000*103 (300…3000 кГц) |
|
|
Коротние (КВ) |
3*106…30*103 (3…30 МГц) |
|
|
Ультракоротние (УКВ) метровые дециметровые сантиметровые миллиметровые |
|
|
|
Субмиллиметровые |
10-3…0,4*10-3 (1…0,4 мм) |
300*109…750*109 (300…750 ГГц) |
|
Оптические |
||
|
Инфракрасные (тепловое излучение) |
|
0,75*1012…395*1012 (0,75…395 ТГц) |
|
Световые волны |
|
395*1012…750*1012 (395…750 ТГц) |
|
Ультрафиолетовые лучи |
|
750*1012… 1,51017 (750…1,5*1017 ТГц) |
|
Ионизирующие* |
||
|
Рентгеновские |
|
1,5*1017…5*1019 (1,5*105…5*107 ТГц) |
|
Гамма-лучи |
Менее 0,06*10-10 (менее 0,06Е) |
Более 5*1019 (более 5*107 ТГц) |
|
кГц - килогерц, МГц - мегагерц, ГГц - гигагерц, ТГЦ - терагерц, мкм - микрометр, Е - ангстрем |
||
|
*Ионизирующие электромагнитные волны рассмотрены в параграфе «Ионизирующие изулчения». |
Особой разновидностью ЭМИ является лазерное излучение (ЛИ), генерируемое в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Особенностью ЛИ является его монохроматичность (строго одна длина волны), когерентность (все источники излучения испускают волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение луча).
Условно к неионизирующим излучениям (полям) можно отнести электростатические поля (ЭСП) и магнитные поля (МП).
Электростатическое поле -- это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними. Статическое электричество -- совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.
Магнитное поле может быть постоянным, импульсным, переменным.
Источники ЭМП на производстве. К источникам ЭМП на производстве относятся две большие группы источников:
изделия, которые специально созданы для излучения электромагнитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки, физиотерапевтические аппараты, различные системы радиосвязи, технологические установки в промышленности. ЭМП широко используются в промышленности, например в таких технологических процессах, как закалка и отпуск стали, накатка твердых сплавов на режущий инструмент, плавка металлов и полупроводников и т. д.;
Электростатические поля (ЭСП) создаются в энергетических установках и при электротехнических процессах. В зависимости от источников образования они могут существовать в виде собственно электростатического поля (поля неподвижных зарядов) или стационарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока). В промышленности ЭСП широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Статическое электричество образуется при изготовлении, испытаниях, транспортировке и хранении полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовке и полировке футляров радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, на участках множительной техники, а также в ряде других процессов, где используются диэлектрические материалы. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.
Магнитные поля создаются электромагнитами, соленоидами, установками конденсаторного типа, литыми и металлокерамическими магнитами и др. устройствами.
В ЭМП различаются три зоны, которые формируются на различных расстояниях от источника ЭМИ.
Первая зона -- зона индукции (ближняя зона) охватывает промежуток от источника излучения до расстояния, равного примерно Х/2п к 1/бЛ.. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо.
Вторая зона -- зона интерференции (промежуточная зона) располагается на расстояниях примерно от Х/2к до 2кХ. В этой зоне происходит формирование ЭМВ и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие.
Третья зона -- волновая зона (дальняя зона) располагается на расстояниях свыше 2пХ. В этой зоне ЭМВ сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны.
Воздействие неионизирующих излучений на человека. Электромагнитные поля биологически активны -- живые существа реагируют на их действие. Однако у человека нет специального органа чувств для определения ЭМП (за исключением оптического диапазона). Наиболее чувствительны к электромагнитным полям центральная нервная система, сердечно-сосудистая, гормональная и репродуктивная системы.
Длительное воздействие на человека электромагнитных полей промышленной частоты (50 Гц) приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в сердце, нарушение ритма сердечных сокращений. Могут наблюдаться функциональные нарушения в центральной нервной системе, а также изменения в составе крови.
Воздействие электростатического поля на человека связано с протеканием через него слабого тока. При этом электротравм никогда не наблюдается. Однако вследствие рефлекторной реакции на протекающий ток возможна механическая травма от удара о расположенные рядом элементы конструкций, падение с высоты и т. д. К ЭСП наиболее чувствительны центральная нервная система, сердечно-сосудистая система. Люди, работающие в зоне действия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна.
При воздействии магнитных полей могут наблюдаться нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в составе крови. При локальном действии магнитных полей (прежде всего на руки) появляется ощущение зуда, бледность и синюшность кожных покровов, отечность и уплотнение, а иногда ороговение кожи.
Воздействие ЭМИ радиочастотного диапазона определяется плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывное, прерывистое, импульсное), размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями организма. Воздействие ЭМИ может проявляться в различной форме -- от незначительных изменений в некоторых системах организма до серьезных нарушений в организме. Поглощение организмом человека энергии ЭМИ вызывает тепловой эффект. Начиная с определенного предела организм человека не справляется с отводом теплоты от отдельных органов, и их температура может повышаться. В связи с этим воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей и органов со слаборазвитой сосудистой системой и недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузыри). Облучение глаз может привести к ожогам роговицы, а облучение ЭМИ СВЧ-диапазона -- к помутнению хрусталика -- катаракте.
При длительном воздействии ЭМИ радиочастотного диапазона даже умеренной интенсивности могут произойти расстройства нервной системы, обменных процессов, изменения состава крови. Могут также наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей. На ранней стадии нарушения носят обратимый характер, но в дальнейшем происходят необратимые изменения в состоянии здоровья, стойкое снижение работоспособности и жизненных сил.
Инфракрасное (тепловое) излучение, поглощаясь тканями, вызывает тепловой эффект. Наиболее поражаемые ИК-излучением -- кожный покров и органы зрения. При остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи. При хроническом облучении появляется стойкое изменение пигментации, красный цвет лица, например у стеклодувов, сталеваров. Повышение температуры тела ухудшает самочувствие, снижает работоспособность человека.
Световое излучение при высоких энергиях также представляет опасность для кожи и глаз. Пульсации яркого света ухудшают зрение, снижают работоспособность, воздействуют на нервную систему (подробнее световое излучение рассматривается в главе 2 раздела 4).
Ультрафиолетовое излучение (УФИ) большого уровня может вызвать ожоги глаз вплоть до временной или полной потери зрения, острое воспаление кожи с покраснением, иногда отеком и образование пузырей, при этом возможно повышение температуры, появление озноба, головная боль. Острые поражения глаз называются электроофтальмией. Хроническое УФИ умеренного уровня вызывает изменение пигментации кожи (загар), вызывает хронический конъюктивит, воспаление век, помутнение хрусталиках Длительное воздействие излучения приводит к старению кожи, развитию рака кожи. УФИ небольших уровней полезно и даже необходимо для человека. Но в производственных условиях УФИ, как правило, является вредным фактором.
Воздействие лазерного излучения (ЛИ) на человека зависит от интенсивности излучения (энергии лазерного луча), длины волны (инфракрасного, видимого или ультрафиолетового диапазона), характера излучения (непрерывное или импульсное), времени воздействия. На рис. 2.20 представлены факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения. Лазерное излучение действует избирательно на различные органы, выделяют локальное и общее повреждение организма.
При облучении глаз легко повреждаются и теряют прозрачность роговица и хрусталик. Нагрев хрусталика приводит к образованию катаракты. Для глаз наиболее опасен видимый диапазон лазерного излучения, для которого оптическая система глаза становится прозрачной и поражается сетчатка глаза. Поражение сетчатки глаза может привести к временной потери зрения, а при высоких энергиях лазерного луча даже к разрушению сетчатки с потерей зрения.
Лазерное излучение наносит повреждения кожи различных степеней -- от покраснения до обугливания и образования глубоких дефектов кожи, особенно на пигментированных участках (родимые пятна, места с сильным загаром).
ЛИ, особенно инфракрасного диапазона, способно проникать через ткани на значительную глубину, поражая внутренние органы. Например, прямое облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов, при облучении головы возможны внутричерепные кровоизлияния.
Длительное воздействие лазерного излучения даже небольшой интенсивности может привести к различным функциональным нарушениям нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, повышению утомляемости, снижению работоспособности.
Гигиеническое нормирование электромагнитных полей. Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона (РЧ-диапазона) осуществляется в соответствии с ГОСТ 12.1.006--84. Для частотного диапазона 30 кГц...300 МГц предельно допустимые уровни излучения определяются по энергетической нагрузке, создаваемой электрическим и магнитным полями
ЭНE=E2 T; ЭНН= Н2Т,
где Т -- время воздействия излучения в часах.
Предельно допустимая энергетическая нагрузка зависит от частотного диапазона и представлена в табл. 2.8.
Таблица 2.8. Предельно допустимая энергетическая нагрузка
Максимальное значение для ЭНE составляет 20 000 В2 * ч/м2, для ЭНН -- 200 А2 * ч/м2. Используя указанные формулы, можно определить допустимые напряженности электрического и магнитного полей и допустимое время воздействия облучения:
ПДУE=, B/м; ПДУH=, А/м;
Tдоп=, ч; Tдоп=, А/м;
Для частотного диапазона 300 МГц...300 ГГц при непрерывном облучении допустимая ППЭ зависит от времени облучения и определяется по формуле
ПДУппэ = Вт/м2,
где Т -- время воздействия в часах.
Для излучающих антенн, работающих в режиме кругового обзора, и локального облучения кистей рук при работе с микроволновыми СВЧ-устройствами предельно допустимые уровни определяются по формуле
ПДУппэ = k Вт/м2,
где к= 10 для антенн кругового обзора и 12,5 -- для локального облучения кистей рук, при этом независимо от продолжительности воздействия ППЭ не должна превышать 10 Вт/м2, а на кистях рук -- 50 Вт/м2.
Несмотря на многолетние исследования, сегодня ученым еще далеко не все известно о влиянии ЭМП на здоровье человека. Поэтому лучше ограничивать облучение ЭМИ, даже если их уровни не превышают установленные нормативы.
При одновременном воздействии на человека ЭМИ различных РЧ-диапазонов должно выполняться условие
где Еi, Hi, ППЭi, -- соответственно реально действующие на человека напряженность электрического и магнитного поля, плотность потока энергии ЭМИ; ПДУEi, ПДУHi, ПДУППЭi, - предельно допустимые уровни для соответствующих диапазонов частот.
Нормирование ЭМИ промышленной частоты (50 Гц) в рабочей зоне осуществляется по ГОСТ 12.1.002--84. Расчеты показывают, что в любой точке ЭМП, возникающего в электроустановках промышленной частоты, напряженность магнитного поля существенно меньше напряженности электрического поля. Так, напряженность магнитного поля в рабочих зонах распределительных устройств и линий электропередач напряжением до 750 кВ не превышает 20--25 А/м. Вредное же действие магнитного поля на человека проявляется лишь при напряженности поля свыше 150 А/м. Поэтому сделан вывод, что вредное действие ЭМП промышленной частоты может быть обусловлено лишь действием электрического поля. Для ЭМП промышленной частоты (50 Гц) установлены предельно допустимые уровни напряженности электрического поля.
Допустимое время пребывания персонала, обслуживающего установки промышленной частоты определяется по формуле
где Т -- допустимое время нахождения в зоне с напряженностью электрического поля Е в часах; Е -- напряженность электрического поля в кВ/м.
Из формулы видно, что при напряженности 25 кВ/м пребывание в зоне недопустимо без применения индивидуальных средств защиты человека, при напряженности 5 кВ/м и менее допустимо нахождение человека в течение всей 8-часовой рабочей смены.
При нахождении персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью допустимое время пребывания человека можно определить по формуле
T = 8(tE/ TE + tE/ TE+ tn/TE),
где tE tE,… TE -- время пребывания в контролируемых зонах соответственно напряженностью Е1 Е2,... Еn; TE, TE…TE),-- допустимое время пребывания в зонах соответствующей напряженности, рассчитанное по формуле (каждое значение не должно превышать 8 ч).
Предельно допустимое значение напряженности электростатических полей (ЭСП) устанавливается в ГОСТ 12.1.045--84 и не должно превышать 60 кВ/м при действии в течение 1 ч. При напряженности ЭСП менее 20 кВ/м время пребывания в поле не регламентируется.
Напряженность магнитного поля (МП) в соответствии с ПДУ 1742--77 на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м.
Нормирование инфракрасного (теплового) излучения (ИК-излучения) осуществляется по интенсивности допустимых суммарных потоков излучения с учетом длины волны, размера облучаемой площади, защитных свойств спецодежды в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96.
Гигиеническое нормирование ультрафиолетового излучения (УФИ) в производственных помещениях осуществляется по СН 4557--88, в которых установлены допустимые плотности потока излучения в зависимости от длины волны при условии защиты органов зрения и кожи.
Гигиеническое нормирование лазерного излучения (ЛИ) осуществляется по СанПиН 5804--91. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция (Н, Дж/см2 -- отношение энергии излучения, падающей на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, т. е. плотность потока энергии). Значения предельно допустимых уровней различаются в зависимости от длины волны ЛИ, длительности одиночного импульса, частоты следования импульсов излучения, длительности воздействия. Установлены различные уровни для глаз (роговицы и сетчатки) и кожи.
Контрольные вопросы
Дайте определение электромагнитной волны. Какими параметрами характеризуется электромагнитное поле?
Как классифицируются электромагнитные волны по длине волны или частотным диапазонам? Дайте характеристику основных частотных диапазонов.
Назовите источники электростатических и магнитных полей.
Как воздействует ЭСП и поле промышленной частоты на человека?
Как воздействует на человека ЭМП радиочастотного диапазона?
Как воздействует лазерное излучение на человека?
Как воздействует на человека инфракрасное и ультрафиолетовое излучение?
Какие зоны формируются у источника ЭМП и каковы их характерные размеры? Какова протяженность ближней зоны (зоны индукции) источника ЭМИ промышленной частоты?
Как осуществляется гигиеническое нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона? Какие параметры и в каких частотных диапазонах нормируются?
Как осуществляется нормирование ЭМИ промышленной частоты?
От каких характеристик ЛИ зависит его биологическое действие на человека?
Какой параметр ЛИ нормируется и от каких характеристик излучения он зависит?
Укажите источники ЭМИ на производстве, связанным с вашей будущей специальностью. Каковы их частотные диапазоны?