Електромагнітні поля та електромагнітні випромінювання

Біосфера впродовж своєї еволюції знаходилась під впливом електромагнітних полів (ЕМП), фонового випромінювання, ви­кликаного природними чинниками. Навколо Землі існують елек­тричне та магнітне поля, Інтенсивність яких не залишається по­стійною. Спостерігаються річні, добові коливання цих полів під дією грозових розрядів, опадів, вітрів, а також під дією сонячної активності (магнітні бурі).

У процесі науково-технічного розвитку людство додало до фо­нового випромінювання цілий ряд факторів, які підсилили це ви­промінювання в декілька разів (антропогенні ЕМП). У побуті та промисловості набули масового застосування обладнання та при­лади, робота яких пов'язана з утворенням електромагнітних вип­ромінювань широкого діапазону частот. Зростання рівня ЕМП різко підсилилось з початку 30-х років XX століття. В окремих районах їх рівень в сотні разів перевищує рівень полів природного походження. Джерелами випромінювань електромагнітної енергії є потужні радіо та телевізійні станції, ретранслятори, засоби радіо­зв'язку різного призначення, в тому числі і супутникового, про­мислові установки високочастотного нагрівання металів, високо­вольтні лінії електропередач, електротранспорт, вимірювальні при­лади, персональні комп'ютери (ПК).

В аеропортах та на військових об'єктах працюють потужні радіолокатори, які випромінюють в навколишнє середовище потоки електромагнітної енергії. Потужність та кількість джерел ЕМП постійно зростає.

Терміни і визначення

Граничнодопустимий рівень - напруженість ЕМП на робочому місці, яка при щоденній роботі не викликає у працівників захворювань або відхилень у стані здоров'я, що виявляють сучасні методи дослідження в процесі професійної діяльності або у віддалені строки.

Джерела ЕМП - джерела, що генерують електромагнітне поле.

Діаграма спрямованості - графічне зображення розподілу енергії, що випромінюється в просторі біля джерела.

Екрани відбивні - екрани, захисна дія яких ґрунтується на відбитті електромагнітної енергії матеріалом екрана.

Екрани поглинання - екрани, захисна дія яких грунтується на поглинанні електромагнітної енергії спеціальними матеріалами.

Електромагнітна безпечність - сукупність технічних, санітарно-гігієнічних і організаційних заходів, що забезпечують безпечні умови праці персоналу при роботі з джерелами ЕМП.

Напруженість електричного поля - векторна фізична величина (Е), яка є основною кількісною характеристикою електричного поля, що виражається відношенням сили, що діє з боку поля на електричний заряд, до величини заряду, вимірюється у вольтах на метр (В/м).

Напруженість магнітного поля - векторна фізична величина (Е), яка є кількісною характеристикою магнітного поля, виражає силу, з якою поле діє на одиницю довжини прямолінійного провідника, із силою струму в одну одиницю, розміщеного перпендикулярно до напряму магнітних силових ліній, вимірюється в амперах на метр (А/м).

Час впливу (опромінювання) - час перебування людини в зоні опромінювання; у разі переривчатого впливу від антен, які обертаються і сканують, без урахування діаграм спрямованості випромінювання.

Щільність потоку енергії (щільність потужності) - векторна фізична величина (W), яка характеризується кількістю енергії, що протікає за одиницю часу через одиницю площі, орієнтовану перпендикулярно до спрямованості потоку, вимірюється у Вт/кв. м (мВт/кв. см, мкВт/кв. см).

Дія електромагнітного випромінювання на організм людини

Електромагнітні поля негативно впливають на організм людини, яка безпосередньо працює з джерелом випромінювання, а також на населення, яке мешкає поблизу джерел випромінювання. Вста­новлено, що переважна частина населення знаходиться в умовах підвищеної активності ЕМП. Можна вважати, що в діапазоні про­мислових частот (у тому числі 50 Гц) допустимо розглядати вплив на біологічний об'єкт електричної і магнітної складових поля роз­дільно (нарізно). В будь-якій точці ЕМП промислової частоти енер­гія магнітної складової поля, яка поглинається тілом людини, май­же в 50 разів менша від енергії електричної складової цього поля, що поглинається тілом. Це дає змогу зробити висновок, що в діа­пазоні промислових частот дією магнітної складової поля на біо­логічний об'єкт можна знехтувати, а негативний вплив на організм обумовлений електричною складовою поля.

Ступінь впливу електромагнітних випромінювань на організм людини взагалі залежить від діапазону частот, тривалості опро­мінення, характеру опромінення, режиму опромінення, розмірів поверхні тіла, яке опромінюється, та індивідуальних особливос­тей організму.

У результаті дії ЕМП на людину можливі гострі та хронічні форми порушення фізіологічних функцій організму Ці порушен­ня виникають в результаті дії електричної складової ЕМП на нер­вову систему, а також на структуру кори головного та спинного мозку, серцево-судинної системи.

У більшості випадків такі зміни в діяльності нервової та серце­во-судинної системи мають зворотній характер, але в результаті тривалої дії вони накопичуються, підсилюються з плином часу, але, як правило, зменшуються та зникають при виключенні впливу та поліпшенні умов праці. Тривалий та інтенсивний вплив ЕМП при­зводить до стійких порушень та захворювань.

Під впливом ЕМП та випромінювань спостерігаються загальна слабкість, підвищена втома, пітливість, сонливість, а також розлад сну, головний біль, біль в ділянці серця. З'являється роздратування, втрата уваги, зростає тривалість мовнорухової та зоровомоторної реакцій, підвищується межа нюхової чутливості. Виникає ряд симптомів, які є свідченням порушення роботи окремих органів — шлунку, печінки, селезінки, підшлункової та інших залоз. Пригнічуються харчовий та статевий рефлекси.

Реєструються зміни артеріального тиску, частота серцевого ритму, форма електрокардіограми. Це свідчить про порушення діяльності серцево-судинної системи. Фіксуються зміни показників білкового та вуглеводного обміну, збільшується вміст азоту в крові та сечі, знижується концентрація альбуміну та зростає вміст глобуліну, збільшується кількість лейкоцитів, тромбоцитів, виникають й інші зміни складу крові.

Кількість скарг на здоров'я в місцевості поблизу радіостанції значно (майже вдвічі) вища, ніж поза її межами.

При систематичній дії ЕМП високої та надвисокої частоти на організм людини спостерігається підвищення кров'яного тиску, трофічні явища (випадіння волосся, ламкість нігтів). ЕМП викли­кають зміну поляризації молекул та атомів, які є складовою части­ною клітин, в результаті чого виникає небезпечний нагрів. Надмірне тепло може нанести шкоду як окремим органам, так і всьому орга­нізму людини. Професійні захворювання виникають у працівників при тривалому та інтенсивному опроміненні.

Вплив випромінювань надвисокої частоти (НВЧ) на організм людини привертає увагу великої кількості дослідників і відобра­жається у численних, наукових доповідях і публікаціях. В одній із них наведені відомості про клінічні прояви дії НВЧ залежно від інтенсивності опромінення. При інтенсивності близько 20мкВт/см² спостерігається зменшення частоти пульсу, зниження артеріально­го тиску, тобто явна реакція на опромінення. Вона сильніша й може навіть виражатися у підвищенні температури шкіри в осіб, які ра­ніше потрапляли під дію опромінення.

Із ростом інтенсивності відбуваються електрокардіографічні зміни, при хронічному впливі - тенденція до гіпотонії, до змін у нервовій системі. Потім спостерігається прискорення пульсу, ко­ливання об'єму крові.

При інтенсивності 6 мВт/см² помічені зміни у статевих зало­зах, у складі крові, помутніння кришталика. Далі - зміни у здатнос­ті крові зсідатися, умовно-рефлекторній діяльності, вплив на кліти­ни печінки, зміни у корі головного мозку. Потім - підвищення кро­в'яного тиску, розрив капілярів і крововиливи у легені та печінку.

Випромінювання інтенсивністю до 100 мВт/см² викликають стійку гіпотонію, стійкі зміни серцево-судинної системи, двосто­ронню катаракту. Подальше опромінення помітно впливає на тка­нини, викликає больові почуття. Якщо інтенсивність перевищує 1 Вт/см², це спричинює дуже швидку втрату зору, що є одним із серйозних ефектів дії НВЧ на організм людини. На більш низьких частотах такі ефекти не відбуваються, і тому їх треба вважати спе­цифічними для НВЧ діапазону. Ступінь пошкодження залежить, в основному, від інтенсивності та тривалості опромінення.

Інтенсивне НВЧ опромінення відразу викликає сльозотечу, по­дразнення, звуження зіниці ока. Після короткого (1-2 доби) прихо­ваного періоду спостерігається погіршення зору, що посилюється під час повторного опромінення і свідчить про кумулятивний ха­рактер пошкоджень. Спостереження за людьми доводять існування механізму відбудови пошкоджених клітин, який вимагає тривало­го часу (10-20 діб). Зі зростанням часу та інтенсивності впливу пошкодження набувають незворотного характеру.

У разі прямого впливу на око випромінювання відбувається пошкод­ження рогівки. Але серед усіх тканин ока найбільшу чутливість в діа­пазоні 1...10 ГГц мас кришталик. Сильні пошкодження кришталика зумовлені тепловим впливом НВЧ (при щільності потоку енергії по­над 100 мВт/см²). Замалої інтенсивності помутніння спостерігають­ся тільки у задній ділянці, за великої - по всьому об'єму кришталика.

Катароутворення пояснюється не тільки тепловою дією, воно залежить також від ряду інших не повністю встановлених чин­ників. Значну роль можуть відігравати концентрація поля у сере­довищах з окремими діелектричними властивостями та об'ємні резонансні ефекти.

Нормування електромагнітного випромінювання

Для попередження професійних захворювань, які виникають у результаті тривалої дії електромагнітних випромінювань, встанов­лені гранично допустимі рівні електромагнітних випромінювань.

Основним нормативним документом, який встановлює вимоги до умов праці працівників, що займаються виготовленням, експлуатацією, обслуговуванням та ремонтом обладнання, при роботі якого виникають постійні магнітні поля та електромагнітні випромінювання у діапазоні частот від 50,0 Гц до 300,0 ГГц є ДСанПіН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми та правила при роботі з джерелами електромагнітних полів»

Постійні магнітні поля, а також змінні ЕМП на частоті 50 Гц нормуються за магнітною (Н) та електричною (Е) складовими ЕМП. Одиницею напруженості магнітного поля є ампер на метр (А/м), електричного поля - вольт на метр (В/м).

Електромагнітні поля частотою 1 кГц - 300 МГц нормуються за інтенсивністю та енергетичними навантаженнями електричних та магнітних полів, ураховуючи час впливу. Одиницею напруженості електричного поля є В/м, магнітного поля - А/м, енергетичне навантаження є добуток квадрата потужності ЕМП і часу його впливу.

Електромагнітне поле в діапазоні частот 300 МГц - 300 ГГц нормується за інтенсивністю та енергетичним навантаженням щільності потоку енергії (далі - ЩПЕ). Одиницею вимірювання ЩПЕ є Вт/кв. м (дробові одиниці мВт/кв. см, мкВт/кв. см). Енергетичне навантаження - це добуток ЩПЕ падаючого випромінювання і часу його впливу протягом робочої зміни в годинах.

Рівні постійних магнітних полів протягом робочого дня не повинні перевищувати 8 кА/м.

ГДР електричних полів частотою 50 Гц визначаються залежно від часу дії цього фактора на організм людини за робочу зміну. Перебування в електричному полі напруженістю до 5 кВ/м включно допускається протягом 8 годин робочого дня.

При рівнях напруженості електричного поля від 5 до 20 кВ/м включно допустимий час перебування в ньому вираховується за формулою:

Тгд = 50/Е - 2,

де Тгд - допустимий час перебування в електричному полі при відповідному рівні напруженості, год;

Е - напруженість електричного поля у контрольованій

зоні, кВ/м.

При напруженості електричного поля від 20 до 25 кВ/м час перебування персоналу в електричному полі не повинен перевищувати 10 хвилин.

Перебувати в електричному полі напруженістю понад 25 кВ/м без застосування засобів захисту забороняється.

ГДР електромагнітних полів у діапазоні частот 1 кГц -300 МГц на робочих місцях персоналу слід визначати, виходячи з допустимого енергетичного навантаження та часу впливу.

До джерел електромагнітного випромінювання в населених пунктах належать радіо-, телевізійні і радіолокаційні станції різного призначення, що працюють в смузі радіочастот, а також мережа ліній електропередачі, яка складається з повітряних високовольтних ліній електропередачі та електричних підстанцій. До складу підстанцій можуть входити: розподільні пристрої, перетворювачі електроенергії, трансформатори, випрямлячі та інші пристрої і споруди.

Питання охорони здоров'я населення від впливу електромагнітних випромінювань має важливе медичне та соціально-економічне значення. Особлива увага при цьому приділяється санітарному нагляду за джерелами цих випромінювань. Основою організації санітарного нагляду є санітарні норми і правила, які містять як норми, так і основні положення гігієнічних вимог до засобів випромінювання. Ці документи разом з методичними вказівками до них дозволяють регламентувати умови експлуатації і розміщення засобів випромінювання відносно житлової забудови і тим самим забезпечити охорону здоров'я населення від впливу електромагнітних полів, надалі ЕМП, що виникають у навколишньому середовищі.

Основним документом, яким регламентується захист населення, є «ДЕРЖАВНІ САНІТАРНІ НОРМИ І ПРАВИЛА ЗАХИСТУ НАСЕЛЕННЯ ВІД ВПЛИВУ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ»

Захист від електромагнітних випромінювань

Вибір того чи іншого способу захисту від дії електромагнітних випромінювань залежить від робочого діапазону частот, характе­ру виконуваних робіт, напруженості та щільності потоку енергії ЕМП, необхідного ступеня захисту.

До заходів щодо зменшення впливу на працівників ЕМП нале­жать: організаційні, інженерно-технічні та лікарсько-профілактичні.

Організаційні заходи здійснюють органи санітарного нагляду. Вони проводять санітарний нагляд за об'єктами, в яких викорис­товуються джерела електромагнітних випромінювань.

Інженерно-технічні заходи передбачають таке розташування джерел ЕМП, яке б зводило до мінімуму їх вплив на працюючих, використання в умовах виробництва дистанційного керування апаратурою, що є джерелом випромінювання, екранування дже­рел випромінювання, застосування засобів індивідуального захис­ту (халатів, комбінезонів із металізованої тканини, з виводом на заземлюючий пристрій). Для захисту очей доцільно використову­вати захисні окуляри ЗП5-90. Скло окулярів вкрито напівпровід­никовим оловом, що послаблює інтенсивність електромагнітної енергії при світлопропусканні не нижче 75%.

Взагалі, засоби індивідуального захисту необхідно використо­вувати лише тоді, коли інші захисні засоби неможливі чи недостат­ньо ефективні: при проходженні через зони опромінення підвище­ної інтенсивності, при ремонтних і налагоджувальних роботах в аварійних ситуаціях, під час короткочасного контролю та при зміні інтенсивності опромінення. Такі засоби незручні в експлуатації, обмежують можливість виконання трудових операцій, погіршують гігієнічні умови.

У радіочастотному діапазоні засоби індивідуального захисту працюють за принципом екранування людини з використанням відбиття і поглинання ЕМП. Для захисту тіла використовується одяг з металізованих тканин.

Лікарсько-профілактичні заходи передбачають проведення сис­тематичних медичних оглядів працівників, які перебувають у зоні дії ЕМП, обмеження в часі перебування людей в зоні підвищеної інтенсивності електромагнітних випромінювань, видачу працюю­чим безкоштовного лікарсько-профілактичного харчування, пе­рерви санітарно-оздоровчого характеру.