Доклад: Влияние электромагнитных полей и электростатических разрядов на организм человека

ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Бурное развитие машиностроительных отраслей народного хозяйства привело к
использованию в некоторых производствах электромагнитных волн. Причем в ряде
случаев человек оказынвается подвержен их воздействию. Электромагнитные
волны, взаимодействуя с тканями тела человека, вызывают определенные
функциональные изменения. При интенсивном облучении эти изменения могут
оказать вредное воздействие на организм ченловека. Знание природы воздействия
электромагнитных волн на организм человека, норм допустимых облучений,
методов коннтроля интенсивности излучений и средств защиты от них является
совершенно необходимым для специалистов машиностроения в их многогранной
практической деятельности.
Электромагнитное поле Ч это особая форма материи, преднставляющая собой
взаимосвязанные электрическое и магнитное поля.
Энергия электромагнитного поля может переходить в другие формы энергии.
Фактически само существование жизни на Земле обусловлено преобразованием
электромагнитной энергии (энернгии солнечных лучей) в тепловую, химическую и
другие виды энергии.
Действие электромагнитного излучения на организм человека в основном
определяется поглощенной в нем энергией. Известно, что излучение, попадающее
на тело человека, частично отражанется и частично поглощается в нем.
Поглощенная часть энергии электромагнитного поля превращается в, тепловую
энергию. Эта часть излучения проходит через кожу и распространяется в
организме человека в зависимости от электрических свойств тканей (абсолютной
диэлектрической проницаемости, абсолютной магнитной проницаемости, удельной
проводимости) и частоты конлебаний электромагнитного поля.
Существенные различия электрических свойств кожи, поднкожного жирового слоя,
мышечной и других тканей обусловлинвают сложную картину распределения энергии
излучения в орнганизме человека. Точный расчет распределения тепловой
энергии, выделяемой в организме человека при облучении, практически
невозможен. Тем не менее, можно сделать следующий вывод: волны миллиметрового
диапазона поглощаются поверхностными слоями кожи, сантиметрового Ч кожей и
подкожной клетчаткой, дециметрового Ч внутренними органами.
Кроме теплового действия электромагнитные излучения вызынвают поляризацию
молекул тканей тела человека, перемещение ионов, резонанс макромолекул и
биологических структур, нервнные реакции и другие эффекты.
Из сказанного следует, что при облучении человека электромагнитными волнами в
тканях его организма происходят сложнейшие физико-биологические процессы,
которые могут явиться причиной нарушения нормального функционирования как
отдельнных органов, так и организма в целом.
Люди, работающие под чрезмерным электромагнитным излунчением, обычно быстро
утомляются, жалуются на головные боли, общую слабость, боли в области сердца.
У них увеличивается потливость, повышается раздражительность, становится
тревожнным сон. У отдельных лиц при длительном облучении появляются судороги,
наблюдается снижение памяти, отмечаются трофиченские явления (выпадение
волос, ломкость ногтей и т. д.).
Нормы допустимого облучения устанавливаются для обеспенчения безопасных
условий труда обслуживающего персонала иснточников излучения и всех
окружающих лиц.
Напряженность электромагнитных полей на рабочих местах не должна превышать:
1) по электрической составляющей: в диапазоне частот 60 кГцЧ3 МГц Ч 50. В/м;
3Ч30 МГц Ч 20. В/м; 30Ч50 МГц Ч 10 В/м; 50Ч300 МГц Ч 5 В/м;
2) по магнитной составляющей: в диапазоне частот 60 кГцЧ 1, 5 МГц Ч 5 А/м; 30
МГцЧ50 МГц Ч 0, 3 А/м.
Предельно допустимая плотность потока энергии электромагннитных полей в
диапазоне частот 300 МГц Ч 300 ГГц и время пребывания на рабочих местах и в
местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с
воздействием полей (кроме случаев облучения от вращающихся и сканирующих
антенн), взаимосвязаны следующим образом: пребывание в тенчение рабочего дня
Чдо 0, 1 Вт/м2; пребывание не более 2чЧ 0, 1Ч1 Вт/м2, в
остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м
2; пребывание не более 20 мин Ч 1Ч10 Вт/м2 при условии
пользования защитными очками. В остальнное рабочее время плотность потока
энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м2.
Напряженность электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в
электроустановках напряжением 400 кВ и выше для персонала, систематически (в
течение каждого рабочего дня) обслуживающего их, не должна превышать при
пребывании ченловека в электрическом поле: без ограничения времениЧдо 5 кВ/м;
не более 180 мин в течение одних суток 5Ч10 кВ/м; не более 90 мин в течение
одних суток 10Ч15 кВ/м; не более 10 мин
в течение одних суток 15-30 кВ/м; не более 5 мин в  течение  суток 20-25
кВ/м. Остальное время суток человек должен I нанходиться в местах, где
напряженность   электринческого поля не превыншает 5 кВ/м.
Если облучение людей превышает указанные прендельно допустимые уровни, то
необходимо применять защитные средства.
Защита  человека от опасного воздействия элекнтромагнитного облучения
осуществляется рядом спонсобов, основными из котонрых являются: уменьшение
излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника
излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии,
применнение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты.
Для реализации этих способов применяются: экраны, поглотительные материалы,
аттенюаторы, эквивалентные нагрузки и индивидуальные средства.
Экраны предназначены для ослабления электромагнитного поля в направлении
распространения волн. Степень ослабления зависит от конструкции экрана и
параметров излучения. Сущестнвенное влияние на эффективность защиты оказывает
также .мантериал, из которого изготовлен экран.
Толщину экрана, обеспечивающую необходимое ослабление, можно рассчитать.
Однако расчетная толщина экрана обычно мала, поэтому она выбирается из
конструктивных соображений. При мощных источниках излучения, особенно при
длинных волннах, толщина экрана может быть принята расчетной.
Толщина экрана в основном определяется частотой и мощностью излучения и мало
зависит от применяемого металла.
Очень часто для экранирования применяется металлическая сетка. Экраны из
сетки имеют ряд преимуществ. Они просматринваются, пропускают поток воздуха,
позволяют достаточно быстро ставить и снимать экранирующие устройства.
Экранированию подлежат генераторы, фидерные линии, эленменты высоковольтных
электроустановок, разъемы рабочих коннтуров, индукционные катушки, рабочие
конденсаторы, смотронвые окна и установки в целом. Конструкция экрана в
каждом отндельном случае должна обеспечивать наибольший эффект
экраннирования. Приведем несколько примеров.
Для экранирования индукционной катушки применяется цинлиндрический экран.
Устанавливается он так, как показано на рис. 1, а. Излучение при этом
происходит через открытые концы цилиндра. Эффективность такого экрана Э, 
т. е. величина, показывающая, во сколько раз экран ослабляет поле на рабочем
месте, может быть определена по формуле
              
     Э = е3,6l / D                                      (1)
где l Ч расстояние от катушки до краев цилиндра; D Ч диаметр цилиндра.
Из формулы (1) видно, что более длинный цилиндр дает лучший эффект.
На рис. 1, б показана конструкция экрана рабочего коннденсатора
высокочастотной установки, применяемого, как и инндукционная катушка, для
термической обработки изделий. Он представляет собой отрезок прямоугольной
трубы.
Расстояние между экраном и конденсатором должно быть не менее расстояния
между обкладками. Эффективность такого экрана может быть определена по
формуле
     Э = еpl / a                                        (2)
где l Ч расстояние от конденсатора до конца экрана; а Ч ширина экрана.
Более длинный экран в этом случае дает лучший результат.
При экранировании ослабление излучения осуществляется за счет отражения части
энергии от экрана. Следовательно, в тех случаях, когда отраженная энергия
может представлять опасность или вносить помехи, применять экранирование
нецелесообразно.
Поглотительный материал осуществляет защиту путем пренвращения энергии
электромагнитного поля в тепловую. В качестве поглотительного материала
применяют каучук, пенополистирол, ферромагнитный порошок со связывающим
диэлектриком, волонсяные маты, пропитанные графитом, и другие материалы.
Для повышения поглотительной способности материала ему придают такую форму,
чтобы волны испытывали многократное отнражение (рис. 2). Это приводит к
неоднократному прохожденнию электромагнитных волн через поглотительный
материал, что обеспечивает хорошее поглощение при незначительной толнщине
материала. Кроме того, многократное отражение волн принводит к взаимному их
уничтожению. Использование таких мантериалов особенно эффективно в диапазонах
высоких и сверхнвысоких частот излучения.
Для того, чтобы значительная часть энергии не отражалась от поглотительного
материала, его волновое сопротивление должно быть близким к волновому
сопротивлению воздуха Z0. Это возможно при условии
                                
                                       (3)                                       
где mп, eп Ч соответственно магнитная и электрическая
пронинцаемость поглотительного материала.
Если условие (3) не выполняется, то поглотительный мантериал покрывается
согласующим слоем диэлектрика. Волновое сопротивление согласующего слоя
     
должно удовлетворять условию
где Z п Ч волновое сопротивление поглотительного материала.
     
     
Хорошие результаты дает совместное применение экрана и поглотительного
материала. Поглотительный материал наносится на металлический лист,
выполняющий роль экрана. Эта коннструкция обеспечивает двукратное прохождение
электромагнитнной волны через поглотительный материал. Если толщину
погнлотительного материала выбрать соизмеримой с четвертью длины волны, то
прямая и отраженная волны будут иметь сдвиг по фазе 180