Лабораторна робота № 4 захист людини від електромагнітного випромінювання нвч діапазону

1. Загальні відомості

Дія НВЧ випромінювання на навколишнє середовище і

організм людини

Характер дії електромагнітного випромінювання НВЧ діапазону визначається різними факторами: щільністю потоку енергії електромагнітного випромінювання (ЕМВ), частотою поля, характером біологічної тканини, які в діапазоні НВЧ поводяться як матеріал з високою провідністю, займаючи проміжне положення між діелектриками і провідниками.

Електромагнітне поле в таких середовищах швидко загасає. У табл. 1 наведені значення глибини проникнення для ряду біологічних тканин.

Таблиця 1. - Глибина проникнення (см) радіохвиль у різні тканини

Довжина хвилі, см	300	150	75	30	10	3	1,23	0,9
Найменування тканини
Шкіра	3,765	2,78	2,18	1,638	0,646	0,189	0. 077
Жир	0,45	12,53	8,52	6,42	2,45	1,1	0,342
М'язи	3,454	2,32	1,84	1,451		0,134
Кришталик ока	9,42	4,39	4,23	2,915	0,50	0,174	0,0706	0,0378
Головний мозок	3,56	4,132	2,072	1,933	0,476	0,168	0,075	0,0378
Кістковий мозок	22,9	20,66	18,73	11,9	9,924	0,34	0,145	0,0730

Діапазон надвисоких частот простирається від 300 МГц до 300 ГГц, включаючи в собі дециметрові, сантиметрові та міліметрові хвилі. Для цього діапазону характерно те, що поле формується досить близько до випромінювача де, як правило, перебуває людина.

НВЧ випромінювання, потрапляючи на людину, частково відбивається від ії поверхні, останнє проникає вглиб тіла і поглинається тканинами. Коефіцієнт відображення залежить від частоти поля й становить 0,6 - 0,65 на частотах 0,3 - 1,0 ГГц і 0,40 - 0,45 на частотах 30 - 50 ГГц. Глибина проникнення поля в біологічній тканині залежить від частоти поля та характеру тканини. У тканинах з більшим змістом води (м'язи, печінка, шкіра) поглинання поля сильніше і глибина проникнення менше, ніж у тканинах з відносно невеликим змістом води (жир, кістка, кістковий мозок). Випромінювання міліметрового діапазону поглинається в основному поверхневими шарами шкіри; сантиметрового - шкірою і підшкірною клітковиною; дециметрового - внутрішніми органами, де глибина проникнення становить 10 - 15 см.

Розрізняють теплову й інформаційну біологічну дію НВЧ випромінювання на людину.

Теплова дія проявляється в нагріванні тканин. Граничний рівень теплової чутливості людського тіла становить близько 10 мВт/см². При перевищенні цього рівня системи терморегуляції людського організму не повністю виконують свої функції, і відбувається перегрів кліток тканин тіла. При локальному нагріванні окремих частин тіла за рахунок кровотіку тепло відводиться від місця, що нагрівається, і розподіляється по всьому тілу, тим самим трохи нейтралізуючи шкідливу дію НВЧ випромінювання.

Деякі органи мають дуже мало кровоносних судин (кришталик ока, сім’яники) і їхнє ушкодження (наприклад, катаракта ока) може відбутися при щільності потоку енергії, близької до граничного.

Інформаційна дія НВЧ випромінювання спостерігається при потужності нижче теплового порога. Тут механізм визначається дією НВЧ випромінювання на електричну (по своїй природі) нервову сигнальну систему людини.

Електромагнітне поле діє як стресор, викликаючи підвищену стомлюваність, почуття розбитості, головний біль. Спостерігається зменшення частоти серцевих скорочень, підвищення кров'яного тиску. Проявляється синергетична дія НВЧ випромінювання, тобто людина гірше переносить інші несприятливі фактори: шум, вібрацію, підвищену температуру і т.д. Інформаційна дія НВЧ випромінювання на людину проявляється починаючи із щільності потоку енергії десятків мкВт/см².

При імпульсній або переривчастій дії електромагнітних хвиль спостерігається їхня кумулятивна дія, тобто сумарний біологічний ефект виявляється приблизно пропорційним загальної поглиненої енергії за увесь час опромінення.

Гранично допустимі рівні опромінення встановлюються з урахуванням всіх особливостей дії НВЧ випромінювання. Нормуються гранично допустима щільність потоку енергії ЩПЕ_гду і гранично допустиме енергетичне навантаження ЕН_ГДУ, що падає на людину за робочий день.

Для безпеки життєдіяльності населення граничний рівень ЩПЕ при безперервному опроміненні становить - 10 мкВт/см².

У кожному разі, навіть при короткочасній дії ЩПЕ не повинна перевищувати 1000 мкВт/см². У противному випадку необхідно користуватися індивідуальними засобами захисту.

Міри захисту від НВЧ випромінювання

Міри захисту від НВЧ випромінювання ділять на організаційні, технічні та індивідуальні. Організаційні міри приймаються при організації виробництва, робітника місця та режиму роботи. Існують "захист відстанню" від джерела випромінювання до робочого місця і "захист часом" перебування людини в електромагнітному полі.

"Захист відстанню" заснований на тім, що ЩПЕ джерела випромінювання в дальній зоні убуває назад пропорційно квадрату відстані, тобто:

ЩПЕ=Р4r², (1)

де Р - випромінювана потужність, Вт.

Для захисту населення від НВЧ випромінювання телецентрів, радіопередаючих центрів, радіолокаційних станцій організуються санітарно - захисні зони.

Захист обмеженням часу перебування людини в робочій зоні використається при відсутності інших можливостей знизити інтенсивність випромінювання до допустимого рівня.

До колективних мір захисту відноситься екранування апаратури, джерел випромінювання і виробничих приміщень, використання радіопоглинаючих покриттів. Конструкція дверей шаф з апаратурою, оглядових і вентиляційних отворів, фланцевих з’єднань хвилевідних ліній передачі НВЧ потужності повинна забезпечувати персонал від випромінювання. У виробничих приміщеннях для захисту персоналу використовуються суцільні екрани, що повністю оточують джерело випромінювання, а також екрани - ширми, що захищають робоче місце. Конструкції екранів і використовуваних матеріалів повинні забезпечувати надійний захист персоналу від опромінення, не порушуючи нормальної роботи апаратури. Ступінь ослаблення екрана визначається матеріалом конструкції та залежить від частоти випромінювання. Екрануюча дія застосовуваних матеріалів заснована на поглинанні частини минаючої через них енергії (композиційні матеріали), або на відображаючих властивостях (метали).

Найкращі екрануючі властивості мають суцільні металеві екрани з міді, алюмінію, а також металеві сітки (їхня перевага полягає в тому, що вони проглядаються та вентилюються).

Індивідуальні засоби захисту використаються в тих випадках, коли організаційні та колективні міри захисту виявляються недостатніми. До індивідуальних засобів захисту ставляться: захисний одяг зі спеціальної тканини з металевими нитками і захисні окуляри з металевою сіткою або склом, покритим світопроводячим шаром металу. Захисний одяг і окуляри повинні забезпечувати ослаблення поля у НВЧ діапазону на 20-30 дБ.

2. ЦІЛЬ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

Поглиблення і закріплення теоретичних знань по захисту людини від НВЧ випромінювань.

3. ЗАВДАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

Експериментальне визначення ефективності способів захисту від НВЧ випромінювань.

4. МАТЕРІАЛИ І УСТАТКУВАННЯ

1. Джерело НВЧ випромінювання (мікрохвильова піч).

2. Вимірник щільності потоку енергії П3-33.

3. Екрани металеві (мідний і алюмінієвий).

4. Рулетка.

5. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

Експериментальна установка (рис. 1) для дослідження способів захисту від НВЧ випромінювання складається з мікрохвильової печі 1, вимірника щільності потоку енергії 2, захисних екранів 3; для дослідження «захисту відстанню» використається рулетка.

6. ПІДГОТОВКА І ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Частина 1. Захист від НВЧ випромінювання за допомогою екранів

Установити відстань між мікрохвильовою піччю і антеною-перетворювачем вимірника щільності потоку - 20 см. Включити обидва

1 3 2

Рисунок 1 - Установка для дослідження захисту від НВЧ випромінювання

1. Мікрохвильова піч; 2. Вимірник щільності потоку енергії

П3-33; 3. Захисний екран.

пристрої та за допомогою П3-33 зафіксувати щільність потоку енергії (ЩПЕ), результати записати в табл. 1 лабораторного журналу спостережень.

Помістити між двома пристроями захисний мідний екран і провести виміри. Повторити дослід з алюмінієвим екраном. Отримані показники занести в журнал.

Частина 2. Захист від НВЧ випромінювання «відстанню»

Зняти екран. Повторити виміру ЩПЕ при відстані (відміреною за допомогою рулетки) між мікрохвильовою піччю і антеною-перетворювачем 0,3 м., 0,4 м, 0,5 м, 0,7 м, 1,0 м, 1,2 м. Результати вимірів занести в табл. 2 лабораторного журналу.