1. Источники электромагнитных полей

Все источники ЭМП в зависимости от происхождения подразделяются на естественные и антропогенные.

В спектре естественных электромагнитных полей условно можно выделить три составляющие:

• геомагнитное поле (ГМП) Земли;

• электростатическое поле Земли;

• переменные ЭМП в диапазоне частот от 10 ³ до 10¹² Гц. Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности, его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков - сотен кВ/м. Геомагнитное поле Земли состоит из основного постоянного поля (его вклад 99%) и переменного поля (1%). Существование постоянного магнитного поля объясняется процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. В средних широтах его напряженность составляет примерно 40 А/м, у полюсов 55,7 А/м.

Переменное геомагнитное поле порождается токами в магнитосфере и ионосфере. Например, сильные возмущения магнитосферы могут быть вызваны магнитными бурями, многократно увеличивающими амплитуду переменной составляющей геомагнитного поля. Магнитные бури являются результатом проникновения в атмосферу летящих от Солнца со скоростью 1000...3000 км/с заряженных частиц, так называемого солнечного ветра, интенсивность которого обусловлена солнечной активностью (солнечными вспышками и др.).

Свой вклад в формирование естественного электромагнитного фона Земли вносит грозовая активность (0,1...15 кГц). Электромагнитные колебания на частотах 4-30 Гц существуют практически всегда. Можно предположить, что они могут служить синхронизаторами некоторых биологических процессов, поскольку являются резонансными частотами для ряда из них.

В спектр солнечного и галактического излучения, достигающего Земли, входят ЭМИ всего радиочастотного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, видимый свет, ионизирующие излучения.

Человеческий организм излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии 0,003 Вт/м². Если общая площадь поверхности

среднего человеческого тела 1,8 м², то общая излучаемая приблизительно 0,0054 Вт.

В настоящее время впервые в мире российскими учеными выполнена разработка гигиенических рекомендаций, регламентирующих воздействие на человека ослабленных геомагнитных полей. Поводом для подобных исследований послужили жалобы на ухудшение самочувствия и состояния здоровья лиц, работающих в специализированных экранированных сооружениях, в силу своих конструктивных особенностей препятствующих проникновению внутрь них ЭМИ естественного происхождения.

Ослабленные естественные ГМП могут создаваться также в подземных сооружениях метрополитена (уровни естественных ГМП снижены в 2...5 раз), в жилых зданиях, выполненных из железобетонных конструкций (в 1,5 раза), в салонах легковых автомобилей (в 1,5...3 раза), а также в самолетах, банковских хранилищах и т.д.

При нахождении человека в условиях дефицита естественных ЭМП возникает ряд функциональных изменений в ведущих системах организма: возникает дисбаланс основных нервных процессов в виде преобладания торможения, дистонии мозговых сосудов, развиваются изменения со стороны сердечно - сосудистой и иммунной систем и др.

Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией делятся на две группы:

• источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 до 3 кГц;

• источники, генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, включая СВЧ - излучение.

К первой группе относятся, в первую очередь, все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередач трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); офисная электро- и электронная техника, транспорт на электроприводе: железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской - метро, троллейбусный, трамвайный.

Протяженность ЛЭП в нашей стране составляет более 4,5 млн. км. Источником излучения энергии в окружающее пространство являются провода ЛЭП. Несмотря на то, что электромагнитная энергия поля промышленной частоты (50 Гц) в значительной мере поглощается почвой, напряженность поля под проводами и вблизи них может быть значительной и зависит от класса напряжения ЛЭП, нагрузки, высоты подвески, расстояния между проводами, растительного покрова, рельефа под линией.

Источниками ЭМП в диапазоне 3 кГц...300 ГГц являются передающие радиоцентры, радиостанции НЧ, СЧ, КВЧ диапазонов, радиостанции FM (87,5... 108 МГц), мобильные телефоны, радиолокационные станции (метеорологические, аэропортов), установки СВЧ - нагрева, ВДТ и персональные компьютеры и др.

Воздействию высоких уровней ЭМИ, создаваемых, например, передающими радиоцентрами (ПРЦ) во многих случаях подвергаются не только служащие ПРЦ, но и люди, находящиеся в прилегающих домах. ПРЦ включат в себя одно или несколько технических зданий, в которых находятся радиопередатчики и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем. Размещение ПРЦ может быть различным, например, в Москве характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки (например, Октябрьский ПРЦ).

Радиолокационные станции имеют высокую мощность и оснащены, как правило, остронаправленными антеннами кругового обзора, что приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты - Иркутск, Сочи, Ростов - на Дону и др.

В настоящее время в России несколько миллионов человек пользуются сотовой связью. Сотовая связь состоит из сети базовых станций и ручных персональных радиотелефонов. Базовые станции расположены на расстоянии от 1 до 15 км друг от друга, образуя между собой так называемые «соты» посредством радиорелейной связи. Они обеспечивают связь с персональными радиотелефонами на частотах 450, 800, 900 и 1800 МГц. Мощность передатчиков находится в диапазоне от 2,5 до 320 Вт (как правило, 40 Вт).

Антенны базовых станций располагаются на высоте 15-50 м от поверхности Земли, в основном, на крышах зданий. При их расположении на крышах общественных, административных или жилых зданий осуществляется контроль электромагнитной обстановки, однако, они не рассматриваются как потенциальные источники опасности, поскольку излучение боковых лепестков базовых антенн имеет небольшое значение.

Ручные радиотелефоны сотовой связи имеют мощность 0,2...7 Вт. Выходная мощность коррелируется с частотой: чем выше частота, тем меньше выходная мощность.

Для уменьшения последствий рекомендуется не прижимать телефон к уху или прикладывать его во время разговора то к одному, то к другому уху и непрерывно говорить не более 2...3 минут. Некоторые ученые предлагают изменить конструкцию радиотелефона так, чтобы антенна была направлена из относительно уха, а еще лучше в сторону от говорящего.

Источниками ЭМП в широком диапазоне частот являются ВДТ и персональные компьютеры. На рабочих местах пользователей компьютеров с мониторами на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) фиксируются достаточно высокие уровни ЭМП, что говорит об опасности их биологического действия, а распределение полей сложно и неодинаково на различных рабочих местах. Спектральная характеристика поля на рабочем месте пользователя компьютера и типичная карта электромагнитной обстановки приведены на рис. 8.4 , 8.5.

Рис. 8.4 Спектральная характеристика переменного электрического поля на рабочем месте пользователя. Монитор СМ-102. Тайвань

Рис.8.5 Пример распределения переменного электрического поля на рабочем месте пользователя

В промышленности высокочастотные ЭМИ используются для индукционного и диэлектрического нагрева материалов (закалка, плавка, напыление металлов, нагрев пластмасс, склейка пластиков, термообработка пищевых продуктов и др.).

Например, вблизи промышленных генераторов для высокочастотной закалки металлов, сушки древесины и т.п. напряженность электрического поля на рабочих местах может достигать нескольких сот вплоть до тысячи В/м, а напряженность магнитного поля - десятков А/м.

Источниками постоянных магнитных полей на рабочих местах являются: электромагниты и соленоиды постоянного тока, импульсные установки полупериодного и конденсаторного типа, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, литые и металлокерамические магниты, используемые в радиотехнике. Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах, в устройствах для магнитной обработки воды, установках ядерного магнитного резонанса и др. Мощными источниками постоянного магнитного поля являются магнитогидродинамические императоры, уровни магнитных полей которых в местах нахождения обслуживающего персонала достигают 50 мТл. Средние уровни постоянных магнитных полей в рабочей зоне операторов при электролитических процессах составляют 5... 10 мТл. Высокие уровни (10... 100 мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке.

Электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока. Статические электрические поля широко используются в промышленности для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и др.