ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11Э

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить методику измерения интенсивности излучения электромагнитной энергиивСВЧ диапазоне с использованием компьютерных технологий. (Приложение №1)

а). Исследовать эффективность защиты от СВЧ излучения, применяя различные экраны. б). Исследовать изменение интенсивности СВЧ излучения,с расстоянием.

1. Теоретическая часть

Воздействие СВЧ полей на биологические объекты

Классификация электромагнитных полей по радиодиапазонам, принятая в гигиенической практике, приведена в таблице 1.

Установки и сооружения связи, выполняя свои функции, могут создавать зоны высокой интен-

сивности СВЧ излучения. Известно, что электромагнитные излучения при уровнях, превы-

шающих, гигиенические нормативы, могут вызывать в живых тканях организма определенные

функциональные изменения и нанести ущерб здоровью людей.

В переменных электромагнитных полях свойства живых тканей оказываются зависящими от

частоты. Уже давно экспериментально установлено, что биологические объекты наиболее чув-

ствительны к радиоволнам диапазона СВЧ. Поля других частот из радиодиапазона оказывают

существенно меньшее влияние, причем, это влияние отчетливо проявляется только при боль-

ших статистических выборках. Редко удается установить однозначное соответствие между ин-

тенсивностью воздействующего поля и реакцией организма. Вид и степень воздействия элек-

тромагнитного поля во многом зависит от соотношения между длинной волны излучения и

размерами объектов, на которые оказывается воздействие. Как следует из данных, приведенных

в Таблице № 1, длина волны в диапазоне СВЧ близка не толькок линейным размерам всех ор-

ганов человеческого тела, но и ктолщине слоёв ткани. Этим в значительной степени объясняет-

ся тот факт, что волны именно этого диапазона оказывают наиболее сильное воздействие на

жизнедеятельность человеческого организма.

Даже для качественного анализа воздействия ЭМП на биологические структуры необходимы фундаментальные знания в области биофизики и биохимии. Поэтому приведем лишь некоторые данные, которые установлены в результате экспериментов над животными и добровольцами.

Установлена статистически достоверная связь между воздействием СВЧ излучения и ростом числа онкологических заболеваний у подопытных животных.

Глубина проникновения поля СВЧ вткани составляет несколько сантиметров. Поглощение в поверхностном слое приводит к повышению температуры организма. На добровольцах было установлено, что облучение 100см2поверхности тела человека на частоте 2.5 ГГц с плотностью потока мощности 1 Вт / см2 в течение 5 минут приводит к повышению температуры тела на пять градусов Повышение температуры за счет облучения даже небольших участков тела, особо чувствитель-

ных к повышению температуры (хрусталик глаза, мозг, половые органы, желчный пузырь),

может привести к необратимым изменениям в этих органах.

Люди, длительное время работающие под воздействием СВЧ излучения, быстро утомляются, у

них появляется бессонница, головные и сердечные боли, повышается раздражительность.

Весьма чувствительны к воздействию СВЧ полей иммунная и эндокринная системы.

Есть литературные данные о том, что даже малые дозы облучения могут вызывать генетические заболевания.

Особенно чувствительны к воздействию электромагнитных полей эмбрионы, дети и юноши.

Нормирование допустимых уровней воздействия полей СВЧ

При нормировании допустимых уровней воздействия ЭМП отмечается три зоны, кото-

рые различаются по расстояниям от источника излучения.

сформирована и на человека оказывает действие напряженность электрического поля и магнит-

ного поля независимо друг от друга.

Зона интерференции имеет радиус: < R < 2π λ – это зона одновременного воздействия на

2

человека напряжённостей электрической и магнитной составляющих ЭМП, а также плотности потока энергии.

Зона дальняя, характеризуется воздействием на человека сформировавшейся ЭМВ. В этой зо-

не основная роль при воздействии принадлежит – плотности потока энергии – ППЭ. Если это источник СВЧ диапазона – то он создаёт вокруг себя зону энергетического воздействия, радиу-

сом: R ≥ 2π λ.

Такого рода дифферинсация позволяет выбрать приборы для измерения ЭМП, для каждой зоны

соответственно.

Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот

Оценка воздействия ЭМИ РЧ на человека осуществляется по СаНПиН – 96 года, по следующим параметрам:

По энергетической экспозиции. Она определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека. Оценка по энергетической экспозиции производится для лиц, связанных по работе или обучению с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ. Этот контингент работающих с такого рода излучениями обязан в обязательном порядке проходить медицинские обследования в установленном порядке.

Так энергетическая экспозиция - ЭЭ ЭМИ РЧ, в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц определяется как:

ЭЭЕ = Е2*Т – энергетическая экспозиция создаваемая напряжённостью электрического поля [(В/м)2*ч];

ЭЭН = Н2*Т - энергетическая экспозиция создаваемая напряжённостью магнитного поля [(А/м)2*ч];

В случае импульсно-модулированных колебаний оценка проводится по средней за период следования импульса мощности источника ЭМИ РЧ.

Энергетическая экспозиция за рабочий день не должна превышать значений представленных в таблице №2:

1. По значениям интенсивности ЭМИ РЧ. Такая оценка производится для лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния ЭМИ РЧ. Это лица не прошедшие предварительных обследований и у них нет медицинского положительного заключения по возможности пребывания в соответствующих зонах. Также это лица, не достигшие 18 летнего возраста, беременные женщины и люди находящиеся в жилых помещениях.

Т.о. в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряжённости электрического поля (Е, В/м) и напряжённостью магнитного поля (Н, А/м).

В диапазоне 300 МГц – 300 ГГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/см2).

Предельно допустимые значения интенсивности ЭМИ РЧ (ЕПДУ, НПДУ, ППЭПДУ) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня и допустимое время воздействия в зависимости

от интенсивности ЭМИ РЧ определяются по формулам:

ЕПДУ = (ЭЭЕпду/ Т)1/2; Т = ЭЭЕпду/ Е2; НПДУ = (ЭЭНпду/ Т)1/2; Т = ЭЭНпду/ Н2;

ППЭПДУ=ЭЭППЭпду/ Т; Т = ЭЭППЭпду/ ППЭ.

Предельно допустимая интенсивность воздействия от антенн, работающих в режиме кругового обзора, или сканирования с частотой не более 1 Гц и скважностью не менее 20 определяется по формуле:

ППЭПДУ = k * ЭЭППЭпду/ Т;

Где k – коэффициент ослабления биологической активности прерывистых воздействий, равен 10.

Независимо от продолжительности воздействия интенсивность не должна превышать макси-

мальных значений (например, 1000 мкВт/ см2 для диапазона частот 300 МГц – 300 ГГц). При

локальном облучении, к примеру кистей рук ППЭПДУ = 5000 мкВт/ см2 и не более.

Предельно - допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и

женщин в состоянии беременности (таблица№3).Таблица №3

производственных зданий (внешнее ЭМИ РЧ, включая вторичное излучение), - рабочие места лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности.

Примечание: + - кромеТВ и РС станций, работающих в режимк кругового обзора; ++ - для антенн, работающих в режиме кругового обзора.

Методы защиты от воздействия СВЧ излучения

Защита от ЭМП - цикл работ, направленный на обеспечение безопасности людей (непо-

средственно связанных с ЭМП или проживающих вблизи станций) находящихся в зоне дейст-

вия радиопередатчиков. В настоящее время разработано и освоено много способов и средств

защиты людей от радиоизлучений. Их условно можно разделить на:

Отражающие экраны - Наиболее распространенным радиоотражающим материалом являются металлические листы. Наиболее оптимальный материал для экрана должен обеспечить задан-

ную величину ослабления ЭМП в рабочем диапазоне частот; антикоррозийную стойкость и механическую крепость . Этим условиямотвечают используемые в настоящее время листовые материалы(сталь,медь, латунь,алюминий), которые обладают высокой отражающей способно-

стью и обеспечивают необходимую эффективность экранирования. Все экраны должны тща-

тельно заземляться.

Физичность процесса экранирования состоит в том, что существует несоответствие волнового сопротивления материала,из которого изготовлен экран, и окружающего воздуха. Чем выше это различие, тем выше магнитная проницаемость и проводимость металла, тем сильнее эф-

фект экранирования. Поэтому экранирующийэффект у магнитных материаловвышечем у не-

магнитных. К примеру, сталь,медь, алюминий - идут по экранирующим свойствам соответст-

венно.

Эффективность экранирования характеризуется отношением напряженности ЭМП в какой -либо точке пространства без экрана и напряженности поля в этой же точке с экраном. Э1=Е/ Е э > 1 или Э2 = Н/ Н э > 1

Для СВЧ диапазона: Эсвч = ППЭ/ ППЭ э.

Обычно коэффициент экранирования выражается в децибеллах:

а1= 20 lg Э1 или а2 = 20 lg Э2 ,

При этом расчет экранирования следует проводить по следующему алгоритму:

1.В зависимости от длины волны на рабочем месте , удаленном от источника на расстоянии - d , определяется E или Н , либо ППЭ .

2.Рассчитывается нужная степень ослабления ЭМП.

3.Определяется толщина экрана в зависимости от используемого материала и нужной степе-

ни ослабления.

ППЭ подсчитывается по формуле: ППЭ = P * G / (12,56 * d2), G - коэффициент,направленного действия антенны.

Магнитная составляющая ЭМП зависит от расстояния и параметров катушки,определяется по формуле:

H = (n * l* r2) / (4 * l2) * w,

где n - число витков катушки ,r - радиус катушки , w– коэффициент, определяемый отношени-

ем b к r . При необходимости можно взять в расчет: Е= 377 Н.

Степень ослабления ЭМК устанавливается из соотношения: 1/ М = Н/ Н доп или 1/ М = ППЭ / ППЭ доп.

где Н доп. и ППЭ доп. - допустимые значения магнитной составляющей и ППЭ

соответственно.

Т.о. по известным значениям можно определить толщину экрана:

= - (n * M ) / [ ( * * )/2] 1/2 ,

Для волн миллиметрового, сантиметрового , дециметрового диапазона:

= - ( n * M) / {2 * [ ( * * )/2 ] 1/2 },

где = 6,28 * f - угловая частота; - магнитная проницаемость экрана;

- удельная проводимость ( для меди - 5,8 * 10 7, для стали - 9,6 * 10 6 См/ м.)

Сетчатые экраныимеют многочисленные преимущества при создании гибких или протяженных экранов. Характеристики этих экранов хуже чем сплошных и их целесообразно применять для ослабления мощности ЭМИ в 20 - 30 дБ.

Эластичные экраны - предназначены для изготовления занавесей,штор,драпировок,

одежды - комбинезонов, халатов и т.д. Степень экранирования зависит от длины волны (с увеличением ее степень экранирования возрастает).

Поглощающие экраны - обеспечивают создание условий, эквивалентных безграничному сво-

бодному пространству, и уменьшает отраженное ЭМП. В качестве поглощающих экранов ис-

пользуются материалы из древесины, каучука, шихтообразные покрытия и т.д.

Они должны удовлетворять следующим условиям:

1 . Минимальной величиной отраженной энергии в широком частотном диапазоне.

2.Большой величиной затухания проникающих внутрь материала излучений .

3.Не менять поляризации отражённых ЭМК.

4.Незначительно изменять величину отражения энергии в зависимости от угла падения.

Хорошими поглощающими свойствами обладает конструкция, выполненная из гофриро-

ванного металла в форме треугольника, на поверхности которого накладываются коврики из поглощающего материала. Такая форма в сочетаниис поглощающим материалом обеспечива-

ет существенное ослабление падающейэнергии за счет многократного отражения и поглоще-

ния.

6.Экранирование обслуживающего персонала путем использования индивидуальных спо-

собов защиты. К ним принадлежат специальная одежда,вы полненная из металлизированной ткани, и защитные очки.

Для защиты глаз работающих от излучений СВЧ диапазона применяют специальные оч-

ки - ОРЗ -5, выполненные из полированного стекла, в основу которого добавлена двуокись олова, оправа, выполнена из резины с впрессованной металлической сеткой на резину наклее-

на металлизированная ткань. Очки ослабляют ЭМИ до 25 дБ (при длине волны от 1 см).

Также широко применяются стекла для очков и окон с двойным нанесением двуокиси олова,

ослабление - 40 дБ.

Заметим,что использование средств индивидуальной защиты возможно только при кратковременных работах и являются мерой аварийного характера.

2.Экспериментальная часть

1.Описание лабораторной установки.

На экране приведена упрощённая блок-схема установки. Она состоит из следующих основных частей:

-излучающая рупорная антенна,

-приёмная антенна,

-рамка-кассета для установки экранов.

-дискретный "ползунок", устанавливающий расстояние между излучающей и приёмной антеннами.

Приёмная антенна направляется на источник излучения. Рамка-кассета устанавливается перпендикулярно распространению электромагнитной волны.

2.Измерение эффективности экранирования в зависимости от мощности излучения и от расстояния до передающей антенны.

а) установите минимальное расстояние между излучателем и приёмной антенной, поместив между ними рамку-кассету;

б) нажав кнопку "Получить результат" зафиксируйте в таблице №4полученную мощность излучения приёмной антенной в разделе «Без экрана»;

в) аналогично проводятся измерения с использованием предложенных экранов. Результатом работы должна стать заполненная таблица при использовании всех экранов.

3.Расчёты по результатам измерений.

Используя экспериментальные данные – таблица №4, рассчитать плотность потока энергии (ППЭ)без экранов и с использованием различных экранов; рассчитать эффективность экранов при различных расстояниях. В случае «без экрана» рассчитать ППЭ для различных расстояний между приёмной антенной и излучателем, построить график зависимости ППЭ от расстояния. По графику, определить минимальное расстояние, при котором возможно нахождение лиц не связанных с электромагнитными полями (населённые места: общежития, детские сады, и т.д.).По нормам определить, на каком расстоянии от источника может находиться персонал,

связанный с электромагнитными полями.

4. По полученным результатам сделать выводы, сучётом норм по плотности потока энергии

СВЧ излучения и эффективности экранирования при использовании различных материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Курбатов В.А. Безопасность жизнедеятельности. Конспект лекций для бакалавров. Учебное пособие. – М.: МТУСИ, 2019 г., 59 с., ЭБС МТУСИ.

2.Рысин Ю.С. Безопасность жизнедеятельности. Требования безопасности при обслуживании линейно-кабельных сооружений связи [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Рысин Ю.С., Сланов А.К., Яблочников С.Л.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2019.— 66 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/78606.html.— ЭБС «IPRbooks»

3.Рысин Ю.С. Безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс] : учебное пособие / Ю.С. Рысин, А.К. Сланов. — Электрон. текстовые данные. — М. : Московский технический университет связи и информатики, 2016. — 67 c. — 22278397. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/61468.html/

4.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, Москва,

ИД Энергия, 2013, http:// iprbookshop.ru /22732