Электромагнитные излучения.
1. Источники и характеристики электромагнитных излучений.
Спектр электромагнитных колебаний по частоте охватывает свыше 20 порядков, от 5·10-3 до 1021 Гц. В зависимости от энергии фотонов его подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений. В гигиенической практике к неионизирующим излучениям относят также электрические и магнитные поля.
Источниками электромагнитных полей являются: атмосферное электричество, радиоизлучения солнца и галактик, квазистатические, электрические и магнитные поля земли, искусственные источники.
Искусственными источниками являются индукторы, конденсаторы, фидерные линии, трансформаторы, антенны, фланцевые соединения волновых трактов, открытые концы волноводов, генераторы и т.д.
Линии электропередач напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, соединительные шины и вспомогательные устройства являются источниками электрических полей промышленной частоты.
Источниками постоянных магнитных полей являются: электромагниты, соленоиды, импульсные установки, магниты.
Электромагнитное поле, создаваемое источниками, характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи, вследствие сего энергия поля преобразуется в другие виды энергии. Переменное электромагнитное поле является совокупностью двух взаимосвязанных переменных полей – электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Н (А/м). При распространении электромагнитной волны в проводящей среде векторы Е и Н связаны соотношением
Е=Н√¯ωμ/νе-kz,
Где ω-круговая частота электромагнитных колебаний; μ-магнитная проницаемость этого вещества; ν-удельная электропроводность вещества экрана; k=√¯ωνμ/2-коэффициент затухания; z-глубина проникновения электромагнитного поля в экран.
При распространении в вакууме или в воздухе Е=377Н. Фазы колебания векторов Е и Н происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях.
В зависимости от длины волны, генерируемой источниками, весь радиодиапазон электромагнитных полей разбит на поддиапазоны:
-высокие частоты (ВЧ) 100 кГц-30МГц – длина волны 3 км – 10 м;
-ультравысокие частоты (УВЧ) 30-300 МГц – 10 м -1 м;
-сверхвысокие частоты (СВЧ) 300 МГц- 300 ГГц и делятся на:
дециметровые 1 м -10 см
сантиметровые 10 см- 1 см
миллиметровые 1 см – 1 мм.
Длина волны λ (м) связана с частотой f (Гц) соотношением волн λf=υ, где υ- скорость распространения электромагнитных волн, равная υ=с/√¯με, (с- скорость света, μ и ε – магнитная и диэлектрическая проницаемость среды) Для воздуха ν≈с. Электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью (Вт/м2 ) потока мощности (энергии) I=ЕН, которая показывает какое количество энергии протекает за 1 с сквозь площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно движению волны. При излучении сферических волн плотность потока энергии может быть выражена через мощность, подводимую к излучателю Рист:
I=Рист/4πr2 = ЕН = Е2/377,
откуда напряженность электрического поля (В/м) Е=√¯30Рист/r, где r-расстояние до источника излучения.
Все эти рассуждения относятся к волновой зоне, или зоне излучения, которая характеризуется бегущей электромагнитной волной. Расположена эта зона на расстоянии R>λ/2π≈λ/6 от источника; на расстоянии R<λ/6 располагается зона индукции, в которой ещё не сформировалась бегущая электромагнитная волна, электрическое и магнитное поля следует считать независимыми друг от друга, поэтому эту зону можно характеризовать как электрической, так и магнитной составляющими электромагнитного поля.
Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений составляют радиоволны (3 Гц…3000 ГГц), меньшую часть – колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое).
Инфракрасное излучение (ИК) – часть ЭМИ с длиной волны от 780 нм до 1000 мкм. С учетом особенностей биологического действия ИК диапазон подразделяют на три области: ИК-А (780…1400 нм), ИК-В (1400…3000 нм) и ИК-С (3000 нм…1000 мкм). Наиболее активно коротковолновое ИК излучение, так как оно обладает наибольшей энергией фотонов, способно проникать в ткани организма и интенсивно поглощаться водой, содержащейся в тканях.
Видимое излучение – диапазон электромагнитных колебаний от 780 нм до 400 нм.
Ультрафиолетовое излучение (УФИ) – спектр ЭМИ с длиной волны от 400 нм до 200 нм. По биологическому эффекту выделяют три области УФИ: УФА – с длиной волны 400-315 нм, отличается сравнительно слабым биологическим действием; УФВ – с длиной волны 315-280 нм, способствует возникновению загара, а также защите малышей от заболевания рахитом; УФС – с длиной волны 280-200 нм, активно действует на белки и жиры, обладает выраженным бактерицидным (обеззараживающим) действием.
Кроме этого к ЭМИ относится лазерное излучение – особый вид ЭМИ, генерируемый в диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие ЛИ от других видов Эмми заключается в монохроматичности (строго одной длины волны), когерентности (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе) и острой направленности луча. При оценке биологического действия ЛИ следует различать прямое (заключенное в ограниченном телесном угле), рассеянное (от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч), диффузно отраженное (по возможным направлениям).