Электромагнитные поля

Источники электромагнитных полей (ЭМП) чрезвычайно разнообразны – это системы передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи – ЛЭП, трансформаторные и распределительные подстанции) и приборы, потребляющие электроэнергию (электродвигатели, электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, видеодисплейные терминалы и др.). К источникам, генерирующим и транслирующим электромагнитную энергию, относятся радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки и системы радиосвязи, самые разнообразные технологические установки в промышленности, медицинские приборы и аппаратура (аппараты для диатермии и индуктотермии, УВЧ-терапии, приборы для микроволновой терапии и др.).

Работающий контингент и население может подвергаться воздействию изолированной электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию. В зависимости от отношения облучаемого лица к источнику облучения, принято различать несколько видов облучения – профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях. Профессиональное облучение характеризуется многообразием режимов генерации и вариантов воздействия электромагнитных полей (облучение в ближней зоне, в зоне индукции, общее и местное, сочетающееся с действием других неблагоприятных факторов производственной среды). В условиях непрофессионального облучения наиболее типичным является общее облучение, в большинстве случаев в волновой зоне.

Электромагнитные поля, генерируемые теми или иными источниками, могут воздействовать на все тело работающего человека (общее облучение) или отдельной части тела (местное облучение). При этом, облучение может носить характер изолированного (от одного источника ЭМП), сочетанного (от двух и более источников ЭМП одного частотного диапазона), смешанного (от двух и более источников ЭМП различных частотных диапазонов), а также комбинированного (в условиях одновременного воздействия ЭМП и других неблагоприятных физических факторов производственной среды) воздействия.

Электромагнитная волна – это колебательный процесс, связанный с изменяющимися в пространстве и во времени взаимосвязанными электрическими и магнитными полями.

Электромагнитное поле – это область распространения электромагнитных волн.

f = с/λ,

где с – скорость света.

Скорость распространения волн в воздухе близка к скорости их распространения в вакууме.

Электромагнитное поле обладает энергией, а электромагнитная волна, распространяясь в пространстве, переносит эту энергию. Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющие (Таблица № 35).

Напряженность электрического поля Е – это характеристика электрической составляющей ЭМП, единицей измерения которой является В/м.

Напряженность магнитного поля Н (А/м) – это характеристика магнитной составляющей ЭМП.

Плотность потока энергии (ППЭ) – этоэнергия электромагнитной волны, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единичную площадь. Единицей измерения ППЭ является Вт/м².

Таблица № 35. Единицы измерения интенсивности ЭМП в Международной системе единиц (СИ)

Для отдельных диапазонов электромагнитных излучений – ЭМИ (световой диапазон, лазерное излучение) введены другие характеристики.

Классификация электромагнитных полей. Частотный диапазон и длина электромагнитной волны позволяют классифицировать электромагнитное поле на видимый свет (световые волны), инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучение, физическую основукоторых составляют электромагнитные волны. Эти виды коротковолнового излучения оказывают на человека специфическое воздействие.

Физическую основу ионизирующего излучения также составляют электромагнитные волны очень высоких частот, обладающие высокой энергией, достаточной для того, чтобы ионизировать молекулы вещества в котором распространяется волна (Таблица № 36).

Особой разновидностью электромагнитных излучений (ЭМИ) является лазерное излучение (ЛИ), генерируемое в диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Особенностью ЛИ является его монохроматичность (строго одна длина волны), когерентность (все источники излучения испускают волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение луча).

Условно к неионизирующим излучениям (полям) можно отнести электростатические поля (ЭСП) и магнитные поля (МП).

Электростатическое поле – это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.

Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Магнитное поле может быть постоянным, импульсным, переменным.

В зависимости от источников образования электростатические поля могут существовать в виде собственно электростатического поля, образующегося в разного рода энергетических установках и при электротехнических процессах. В промышленности ЭСП широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Изготовление, испытание, транспортировка и хранение полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовка и полировка футляров радиотелевизионных приемников, технологические процессы, связанные с использование диэлектрических материалов, а также помещения вычислительных центров, где сосредоточена множительная вычислительная техника характеризуются образованием электростатических полей. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.

Таблица № 36. Международная классификация электромагнитных волн

Электромагниты, соленоиды, установки конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты сопровождаются возникновением магнитных полей.

В электромагнитных полях выделяют три зоны, которые формируются на различных расстояниях от источника электромагнитных излучений.

Зона индукции (ближняя зона) – охватывает промежуток от источника излучения до расстояния, равного примерно λ/2π ≈ λ/6. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо (первая зона).

З она интерференции (промежуточная зона) – располагается на расстояниях примерно от λ/2π до 2πλ. В этой зоне происходит формирование ЭМВ и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие (вторая зона).

Волновая зона (дальня зона) – располагается на расстояниях свыше 2πλ. В этой зоне электромагнитная волна сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны (третья зона).

Действие электромагнитного поля на организм. Биологический и патофизиологический эффект воздействия электромагнитных полей на организм зависит от диапазона частот, интенсивности воздействующего фактора, продолжительности облучения, характера излучения и режима облучения. Действие ЭМП на организм зависит от закономерности распространения радиоволн в материальных средах, где поглощение энергии электромагнитной волны определяется частотой электромагнитных колебаний, электрических и магнитных свойств среды.

Как известно, ведущим показателем, характеризующим электрические свойства тканей организма, являются их диэлектрическая и магнитная проницаемость. В свою очередь, различия электрических свойств тканей (диэлектрической и магнитной проницаемости, удельного сопротивления) связаны с содержанием в них свободной и связанной воды. Все биологические ткани, по диэлектрической проницаемости, подразделяются на две группы: ткани с высоким содержанием воды – свыше 80% (кровь, мышцы, кожа, ткань мозга, ткань печени и селезенки) и ткани с относительно низким содержанием воды (жировая, костная). Коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды, при одинаковых значениях напряженности поля, в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием воды. Поэтому глубина проникновения электромагнитных волн в ткани с низким содержанием воды в 10 раз больше, чем в ткани с ее высоким содержанием.

Тепловой и атермический эффект лежат в основе механизмов биологического действия электромагнитных волн. Тепловое действие ЭМП характеризуется избирательным нагревом отдельных органов и тканей, повышением общей температуры тела. Интенсивное облучение ЭМП может вызывать деструктивные изменения в тканях и органах, однако острые формы поражения встречаются крайне редко и их возникновение чаще всего связано с аварийными ситуациями при нарушении техники безопасности.

Одним из немногих специфических поражений, вызываемых воздействием электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, является развитие катаракты. Помимо катаракты, при воздействии электромагнитных волн высоких частот, могут развиваться кератиты и повреждения стромы роговицы.

Инфракрасное (тепловое) излучение, световое излучение при высоких энергиях, а также ультрафиолетовое излучение большого уровня, при остром воздействии, могут приводить к расширению капилляров, ожогам кожи и органов зрения. Хроническое облучение сопровождается изменением пигментации кожи, развитием хронического конъюнктивита и помутнением хрусталика глаза. Ультрафиолетовое излучение небольших уровней полезно и необходимо для человека, так как способствует усилению обменных процессов в организме и синтезу биологически активной формы витамина D.

Эффект воздействия лазерного излучение на человека зависит от интенсивности излучения, длины волны, характера излучения и времени воздействия. При этом выделяют локальное и общее повреждение тех или иных тканей организма человека. Органом-мишенью при этом служит глаз, который легко повреждается, нарушается прозрачность роговицы и хрусталика, возможно повреждение сетчатки глаза. Лазерное изучение, особенно инфракрасного диапазона, способно проникать через ткани на значительную глубину, поражая внутренние органы. Длительное воздействие лазерного излучения даже небольшой интенсивности может привести к различным функциональным нарушениям нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, повышению утомляемости, снижению работоспособности.

Частотный диапазон радиочастот электромагнитных полей (60 кГц – 300 МГц) оценивается напряженностью электрической и магнитной составляющих поля; в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц – поверхностной плотностью потока энергии излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой (ЭН). Суммарный поток энергии, проходящий через единицу облучаемой поверхности за время действия (Т), и выражающийся произведением ППЭ·Т представляет собой энергетическую нагрузку.

На рабочих местах персонала напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 кГц – 300 МГц в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ):

В случаях, когда время воздействия ЭМП на персонал не превышает 50% продолжительности рабочего времени, допускаются уровни выше указанных, но не более чем в 2 раза.

Нормирование и гигиеническая оценка постоянных магнитных полей (ПМП) в производственных помещениях и на рабочих местах (Таблица №37) осуществляется дифференцировано, в зависимости от времени воздействия на работника в течение рабочей смены и учетом условий общего или локального облучения.

Таблица № 37. ПДУ воздействия ПМП на работающих.

Достаточно широко используются также гигиенические нормативы ПМП (Таблица № 38), разработанные Международным комитетом по неионизирующим излучениям, которое функционирует при Международной ассоциации радиационной защиты.

Таблица № 38. ПДУ постоянных магнитных полей (международные рекомендации).

Многочисленные расчеты показывают, что в любой точке электромагнитного поля, возникшего в электроустановках промышленной частоты, напряженность магнитного поля существенно меньше напряженности электрического поля. Вредное же действие магнитного поля на человека установлено лишь при напряженности поля свыше 80 А/м для периодических магнитных полей. В этой связи, для большинства ЭМП промышленной частоты вредное действие обусловлено преимущественно воздействием электрического поля. Для ЭМП промышленной частоты (50 Гц) установлены предельно допустимые уровни напряженности электрического поля. Допустимое время пребывания персонала, обслуживающего установки промышленной частоты определяется по формуле

– 2

где Т – допустимое время нахождения в зоне с напряженностью электрического поля Е в часах; Е – напряженностью электрического поля в кВ/м.

Допустимая продолжительность пребывания человека в течение суток в электрическом поле (в минуту) при напряженности электрического поля 5 кВ/м – без ограничения, 10 кВ/м – 180 минут, 15 кВ/м – 90 минут, 20 кВ/м – 10 минут, 25 кВ/м – 5 минут. Указанные нормативы действительны при условии, что остальное время рабочего дня человек находится в местах, где напряженность электрического поля меньше или равна 5 кВ/м и исключена возможность воздействия на организм человека электрических разрядов.

Для переменных магнитных полей устанавливаются предельно допустимые значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции в зависимости от длительности пребывания человека в зоне действия магнитного поля (Таблица № 39).

Таблица № 39. Предельно допустимые уровни переменного магнитного поля.

Магнитная индукция В связана с напряженностью Н соотношением:

В = μ₀ Н,

где μ₀ = 4 · 10^-7 Гн/м – магнитная постоянная. Поэтому 1 А/м ~ 1,25 мкТл (Гн – генри, мкТл – микротесла, которая равна 10^-6 тесла). Под общим воздействием понимается воздействие на все тело, под локальным – на конечности человека.

Гигиеническое нормирование инфракрасного, ультрафиолетового и лазерного излучения отражено в СН «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях» № 1.02.025-94; ГН «Гигиенические нормы интенсивности инфракрасного излучения от нагретых поверхностей оборудования и ограждений в машинных и котельных отделениях и других производственных помещениях судов» № 1.02.026-94; СанПиН «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» № 1.10.074-94. Дозиметрический контроль лазерного излучения в зависимости от его спектра, вида, воздействия на персонал, а также порядок контроля за состоянием производственной среды и использованием лазерных установок рассматриваются в ГОСТ 12.1.031-81 «Методы дозиметрического контроля лазерного излучения» и ГОСТ 32.1.040-83 «Лазерная безопасность. Общие положения».

Нормирование инфракрасного излучения осуществляется по интенсивности допустимых суммарных потоков излучения с учетом длины волны, размера облучаемой площади и защитных свойств спецодежды; нормирование ультрафиолетового излучения в производственных помещениях проводится с учетом допустимой плотности потока излучения в зависимости от длины волны при условии защиты органов зрения и кожи; нормирование лазерного излучения осуществляется с учетом параметра энергетической экспозиции. Регламентация предельно допустимых уровней воздействия лазерного излучения определяется зависимостью от длины волны, длительности одиночного импульса, частоты следования импульсов излучения, длительности воздействия. Установлены различные уровни экспозиции лазерного излучения для глаз (роговицы и сетчатки) и кожи.

Профилактические мероприятия. Обеспечение безопасных условий труда и сохранение здоровья работающих контингентов, занятых на рабочих местах с устройствами, излучающими электромагнитную энергию, сопряжено с необходимостью соблюдения предельно-допустимых уровней облучения и использование комплекса средств и способов защиты. На рисунке № 24 представлены организационные, инженерно-технические и лечебно-профилактические мероприятия по снижению вредного воздействия ЭМП.

Комплекс гигиенических мероприятий предусматривает не только осуществление контроля за соблюдением гигиенических нормативов на рабочем месте, промплощадке и других участках, но и соблюдением режима труда и отдыха, использованием работающими контингентами рационального специализированного питания. Важное место в соблюдении гигиенических норм отводится предупредительному и текущему санитарному надзору, как при экспертизе проектов строительства новых и реконструкции действующих производств, так и оценке эффективности эксплуатации самых разнообразных устройств, генерирующих ЭМП.

Инженерно-технические мероприятия, касающиеся создания комплекса защитных мер, направленных на снижение уровней электромагнитных излучений на рабочих местах персонала до значений, не превышающих действующих нормативов включают следующее: конструирование и создание оборудования с минимальными уровнями излучений; электрогерметизация отдельных элементов схем и блоков с целью снижения негативного влияния электромагнитных излучений; защита расстоянием и временем; экранирование рабочих мест; использование средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Стены, пол и потолок экранированных помещений, в которых производятся те или иные виды работ, покрываются специальными радиопоглощающими материалами. Широко используются и средства индивидуальной защиты – комбинезоны, халаты, очки, шлемы, щитки и др.

Защита от электростатических полей основана, прежде всего, на уменьшение интенсивности генерации электростатических зарядов, их отвода с наэлектролизованного материала и нейтрализацией. Отвод уже образовавшегося статического электричества чаще всего производится путем заземления электропроводящих частей производственного оборудования. Важным средством защиты от электростатических полей является увеличение влажности воздуха до 65-75%, но только в тех случаях, когда это возможно по условиям технологического процесса.

Средства защиты от лазерного, инфракрасного и ультрафиолетового излучений достаточно многоплановые и подразделяются на коллективные и индивидуальные. Соответствующими стандартами системы стандартов безопасности труда РК предъявляются необходимые требования к средствам коллективной защиты. К средствам индивидуальной защиты от лазерного, инфракрасного и ультрафиолетового излучений относятся защитные очки, насадки, спецодежда и др. В зависимости от класса, лазерные изделия снабжаются специальными экранами из огнестойкого неплавящегося материала, сигнальными устройствами и дистанционным управлением. Для ввода в эксплуатацию лазерные изделия должны иметь необходимую документацию – технический паспорт на лазерное изделие и санитарный паспорт, инструкцию по эксплуатации и технике безопасности.

Качество и своевременность проведения предварительных и периодических медицинских осмотров работающего населения играют важную роль в сохранении здоровья и трудового долголетия работающих. К числу важнейших лечебно-профилактических мероприятий относится также полнота эффективности проведения диспансеризации, лечения и реабилитации промышленных рабочих.