Характеристики электромагнитного поля

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Классификация электромагнитных волн по частотам

 

Различные части спектра электромагнитного поля характеризуются разными областями значений величины, которую называют частотой f или длиной волны λ. В зависимости от этого параметра, спектр электромагнитных излучений обычно делят на три части, а именно: радиоизлучение (диапазон длин волн до 1 мм), оптическое, включающее в себя инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую области и ионизирующее, к которому относят рентгеновское и гамма-излучения (Таблицы 1, 2).

Ионизирующее излучение

Неионизирующее излучение

Х-лучи

УФ

Види-мое

ИК

Микро Волновое

Радиочастотное

1020                    1017   1016   1015            1014         1012  1011         109     108                105                  102 Гц

Таблицы 1. Спектр электромагнитных излучений

 

Таблица 2.Международная классификация электромагнитных

 волн по частотам

 

№ диа­пазона	Диапазон радиочастот	Границы диапазона	Диапазон радиоволн	Границы диапазона
1	Крайние низкие, КНЧ	3-30 Гц	Декамегаметровые	100-10 Мм
2	Сверхнизкие, СНЧ	30-300 Гц	Мегаметровые	10-1 Мм
3	Инфранизкие, ИНЧ	0,3-3 кГц	Гектокилометровые	1000-100 км
4	Очень низкие, ОНЧ	3-30 кГц	Мириаметровые	100-10 км
5	Низкие частоты,, НЧ	30-300 кГц	Километровые	10-1 км
6	Средние, СЧ	0,3-3 МГц	Гектометровые	1-0,1 км
7	Высокие частоты, ВЧ	3-30 МГц	Декаметровые	100-10 м
8	Очень высокие, ОВЧ	30-300 МГц	Метровые	10-1 м
9	Ультравысокие,,УВЧ	0,3-3 ГГц	Дециметровые	1-0,1 м
10	Сверхвысокие, СВЧ	3-30 ГГц	Сантиметровые	10-1 см
11	Крайне высокие, КВЧ	30-300 ГГц	Миллиметровые	10-1 мм
12	Гипервысокие, ГВЧ	300-3000 ГГц	Децимиллиметровые	1-0,1 мм

 

Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую "ближнюю " и "дальнюю" зоны.

В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату г² или кубу г³ расстояния. В "ближней" зоне излучения электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющих полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.

"Дальняя" зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния < 3λ. В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r ^-1.

В "дальней" зоне излучения устанавливается связь между Е и Н; Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е. В российской практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 МГц в "дальней" зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. Обозначается как S, единица измерения Вт/м². ППЭ характеризует величину энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.

По временной зависимости величины, характеризующие электромагнитное поле, подразделяются на следующие основные виды:

1) постоянные (не зависящие от времени);

2) гармонические колебания;

3) произвольные периодические колебания;

4) импульсы;

5) шумы;

6) модулированные колебания.

В отличие, например, от акустических полей, которые представляют собой зависимость некоторой одной скалярной величины от времени, электромагнитное поле является более сложным объектом, так как описывается двумя векторными величинами E(r,t) и H(r,t).

Постоянное электрическое поле часто называют электростатическим. Оно создается заряженными диэлектрическими или металлическими телами. Графически структуру электрического поля принято изображать при помощи силовых линий, к которым вектор напряженности электрического поля касателен в каждой точке. Каждая силовая линия начинается на положительном заряде и заканчивается на отрицательном или уходит в бесконечность. Густота силовых линий качественно характеризует модуль напряженности электрического поля.

Как уже отмечалось выше, напряженность электрического (магнитного) поля является векторной функцией времени и координат, и измерение ее в каждый момент времени и в каждой точке пространства не реально, да в этом и нет необходимости. Поэтому, когда говорят об измерении напряженности переменного электрического (магнитного) поля, то подразумевают, что речь идет об измерении одного или нескольких скалярных параметров напряженности электрического (магнитного) поля или электромагнитной волны.

Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют следующие параметры:

1) среднее квадратическое значение напряженности электрического поля E_s(r);

2) среднее квадратическое значение проекции напряженности электрического поля на заданное направление;

3) средние квадратические значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции;

4) средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне.

 

Природные источники ЭМП

 

По "происхождению" природные источники ЭМП делятся на 2 группы:

1. Поле Земли: постоянное электрическое и основное (или постоянное) магнитное поле;

2. Радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и пр.), при некоторых процессах, происходящих в атмосфере Земли (например, разряды молнии), при возбуждении колебаний в ионосфере Земли.

Основными природными источниками ЭМИ на частотах 0,1Гц.. 100кГц являются:

- магнитогидродинамические волны в верхних слоях атмосферы за счет прорывов «солнечного ветра», взаимодействующего с магнитосферой Земли, магнитные бури;

- циклотронные колебания ионов в радиационном поясе Земли и тормозное излучение электронов в зоне полярных сияний;

- потоки космических частиц и метеоров, процессы, связанные с движением электрических зарядов в атмосфере (атмосферное электричество);

-  морское волнение.

На частотах выше 30 МГц преобладают источники ЭМИ космического происхождения: Солнце (80% всей энергии ЭМИ на частотах выше ЗГГц), планеты Солнечной системы, звезды, галактики и внегалактическое пространств.

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 (его вклад ≈1 %). Существование постоянного магнитного поля объясняют процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов планеты, не совпадающих с географическими полюсами планеты. Напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов (55,7 А/м) к магнитному экватору (33,4 А/м). В средних широтах его напряженность примерно 40 А/м. Основное магнитное поле испытывает лишь медленные вековые изменения.

Переменное геомагнитное поле, порождаемое токами в магнитосфере и ионосфере, более неустойчиво. Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10 ^-5 до 10² Гц, амплитуда может достигать сотых долей А/ м. Сильные возмущения магнитосферы - магнитные бури - многократно увеличивают амплитуду переменной составляющей геомагнитного поля.

Человеческое тело также излучает электромагнитные поля с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 0,003 Вт/м². Если общая площадь поверхности среднего человеческого тела 1,8 м², то общая излучаемая энергия приблизительно 0,0054 Вт.

 

Антропогенные источники ЭМП

 

В соответствии с международной классификацией источники ЭМП делятся на 2 группы:

1-я группа - источники генерирующие т.н. крайне низкие и сверх низкие частоты от 0 Гц до 3 кГц;

П-я группа - источники генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, включая микроволны (СВЧ-излучение) в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.

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

Вторая группа источников отличается гораздо большим разнообразием как по назначению, так и по режимам излучения.

Основную массу составляют так называемые функциональные передатчики - это источники ЭМП в целях передачи или получения информации, излучающие ее контролируемым образом в окружающую среду. Кроме них во вторую группу входят различное технологическое оборудование, использующее СВЧ излучение, переменные (50 Гц - 1 МГц) и импульсные магнитные поля; медицинские терапевтические и диагностические установки (20 МГц - 3 ГГц), бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и т.п.).

1.4. Биологическое действие электромагнитных полей   1.4.1. Механизмы воздействия электромагнитного поля на человека Современная наука активно исследует проблемы взаимодействия ЭМИ с живым веществом. Однако можно предположить, что нужные для практики физические закономерности, математические модели и другие фундаментальные знания будут с необходимой степенью достоверности установлены очень нескоро. Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Механизмы действия ЭМП в этом случае еще мало изучены. Когда говорят о воздействии, то неизбежно возникает вопрос о характеристиках объекта воздействия. Так как действующим фактором является электромагнитное поле, то естественный интерес представляют электромагнитные свойства человека. Любое вещество, в том числе и то, из которого состоит человек, является смесью частиц, имеющих положительные и отрицательные заряды. Важнейшей электромагнитной характеристикой свойств вещества является его электропроводность. В зависимости от степени электропроводности, вещества делятся на диэлектрики (σ→ 0) и проводники (σ→ ∞). В результате резкого отличия диэлектриков от проводников, их поведение в электромагнитных полях оказывается неодинаковым. Однако большинство веществ по параметру электропроводности занимает промежуточное положение между идеальными диэлектриками и идеальными проводниками. Вещества типа земли и воды ведут себя в зависимости от характеристик электромагнитного поля то как проводники, то как диэлектрики. Если зависимость электромагнитного поля от времени является гармонической, типа ωt, то существует мера оценки свойств вещества на частоте ω. Если σ/ωε << 1, то вещество характеризуется как диэлектрик, если σ/ωε >> 1 то как проводник. Следовательно, в рассматриваемом нами диапазоне частот свойства вещества могут меняться значительно. Однако имеется общая тенденция превращения вещества в диэлектрик с ростом частоты. Действие постоянного магнитного поля на вещество, являющееся проводником, по которому течет электрический ток (движутся заряженные частицы) связано с магнитной силой, действующей под прямым углом к направлению движения. Общее движение представляет собой движение по цилиндрической спирали. Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологическими объектами осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависят от целого ряда параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические и магнитные свойства тканей (электрическая (магнитная) проницаемость и электрическая (магнитная) проводимость), ориентация объекта относительно поляризации тела, а также от характеристик ЭМП (частоты, интенсивности, модуляции и др.). Согласно современным представлениям, по механизму действия ЭМП сверхнизкочастотного и низкочастотного диапазонов (вплоть до 10—30 кГц), основную опасность для организма представляет влияние наведенного электрического тока на возбудимые структуры (нервную, мышечную ткань). Параметром, определяющим степень воздействия, является плотность наведенного в теле вихревого тока. При этом для электрических полей (ЭП) рассматриваемого диапазона частот характерно слабое проникновение в тело человека, для магнитных полей (МП) — организм практически прозрачен. Плотности наведенного тока (j) могут быть рассчитаны по формулам: для ЭП j= k•f •Е, где f — частота, Е— напряженность ЭП, k — коэффициент, отличающийся для различных тканей; для МП j = π • R• σ• f • В, где В — магнитная индукция, σ — проводимость ткани. Поглощение энергии ЭМП в тканях определяется главным образом двумя процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных моментов с частотой воздействующего поля. Первый эффект приводит к возникновению токов проводимости и связанных с электрическим сопротивлением среды потерям энергии (потерям ионной проводимости), тогда как второй процесс приводит к потерям энергии за счет трения дипольных молекул в вязкой среде (диэлектрическим потерям). На низких частотах основной вклад в поглощение энергии ЭМП вносят потери, связанные с ионной проводимостью. Ионная проводимость возрастает с ростом частоты поля до 106 — 107 Гц в связи с уменьшением емкостного сопротивления мембран и со все большим участием внутриклеточной среды в общей проводимости, что ведет к увеличению поглощения энергии. При дальнейшем увеличении частоты ионная проводимость среды остается практически постоянной, а поглощение энергии продолжает увеличиваться за счет потерь на вращение дипольных молекул среды, главным образом, молекул воды и белков. Первичные механизмы действия поглощенной энергии на микромолекулярном, субклеточном, клеточном уровнях изучены слабо. Описаны имеющиеся данные влияния ЭМП на клеточные мембраны, структуру некоторых белков, электрическую активность нейронов. Отмеченные эффекты не всегда могли быть интерпретированы как чисто тепловые. В последнее десятилетие получила дальнейшее развитие информационная теория воздействия ЭМП, основанная на концепции взаимодействия внешних полей с внутренними полями организма.   1.4.2. Параметры ЭМП, влияющие на биологическую реакцию   Варианты воздействия ЭМП на биоэкосистемы, включая человека, разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и сочетанное с другими неблагоприятными факторами среды и т.д. На биологическую реакцию влияют следующие параметры ЭМП: · интенсивность ЭМП (величина); · частота излучения; · продолжительность облучения; · модуляция сигнала; · сочетание частот ЭМП, · периодичность действия. Сочетание вышеперечисленных параметров может давать существенно различающиеся последствия для реакции облучаемого биологического объекта.   1.4.3. Последствия воздействия ЭМП для здоровья человека С начала 60-х годов в СССР были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с ЭМП на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание - радиоволновая болезнь. Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания: - астенический синдром; - астено-вегетативный синдром; - гипоталамический синдром. Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМИ на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМИ, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются, как правило, нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, наклонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМИ с достаточно большой интенсивностью. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость. Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых ЭМИ (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам. В подавляющем большинстве случаев облучение происходит полями относительно низких уровней, ниже перечисленные последствия относятся к таким случаям. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.   1.4.4. Влияние на нервную систему   Большое число исследований, выполненных в России, и сделанные монографические обобщения, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. На уровне нервной клетки, структурных образований по передачи нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают существенные отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. Изменяется высшая нервная деятельность, память у людей, имеющих контакт с ЭМП. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций. Определенные структуры головного мозга имеют повышенную чувствительность к ЭМП. Изменения проницаемости гемато-энцефалического барьера может привести к неожиданным неблагоприятным эффектам. Особую высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона.   1.4.5. Влияние на иммунную систему   В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. Результаты исследований ученых России дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса - течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной самки.   1.4.6. Влияние на эндокринную систему и нейрогуморальную реакцию   В работах ученых России еще в 60-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. Исследования показали, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающей в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение. 1.4.7. Влияние на половую функцию Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем. С этим связаны результаты работы по изучению состояния гонадотропной активности гипофиза при воздействии ЭМП. Многократное облучение ЭМП вызывает понижение активности гипофиза Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов. Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя периоды максимальной чувствительности к ЭМП имеются. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза. Было высказано мнение о возможности специфического действия ЭМП на половую функцию женщин, на эмбрион. Отмечена более высокая чувствительность к воздействию ЭМП яичников нежели семенников. Установлено, что чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма, а внутриутробное повреждение плода ЭМП может произойти на любом этапе его развития. Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволят сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск развития врожденных уродств. 1.4.8. Роль модуляции ЭМП в развитии биоэффекта   В последние годы появились публикации, в которых имеются весьма важные указания о наличии т.н. резонансных эффектов при воздействии на биобъекты ЭМП, о роли в биоэффектах некоторых форм модуляции; показано наличие т.н. частотных и амплитудных окон, обладающих высокой биологической активностью на клеточном уровне, а также при воздействии ЭМП на центральную нервную и иммунную системы. Во многих работах указываются на "информационный" механизм биологического действия ЭМП. Опубликованы данные о неадекватных патологических реакциях людей на модулированные электромагнитные поля. Однако, действующие гигиенические нормативы, основанные лишь на регламентации энергетической нагрузки, слагаемой из интенсивности и времени контакта с ЭМП, не позволяют распространить ПДУ на условия воздействия ЭМП со сложными физическими характеристиками, в частности применительно к конкретным режимам модуляции. 1.4.9. Комбинированное действие ЭМП и других факторов Имеющиеся результаты свидетельствуют о возможной модификации биоэффектов ЭМП как тепловой, так и нетепловой интенсивности под влиянием ряда факторов как физической, так и химической природы. Условия комбинированного действия ЭМП и других факторов позволили выявить значительное влияние ЭМП сверхмалых интенсивностей на реакцию организма, а при некоторых сочетаниях может развиться ярко выраженная патологическая реакция.

Производственных условиях

В основе гигиенических правил производственных воздействий ЭМП, как и других факторов химической и физической природы, заложен принцип исключения их вредного влияния на состояние здоровья персонала на протяжении всего периода его трудовой деятельности.

Гигиенические нормативы ЭМП в России разрабатываются, как правило, на основании комплексных гигиенических, клинико-физиологических, эпидемиологических и экспериментальных исследований. Гигиенические исследования ставят своей целью определение интенсивностных и временных параметров ЭМП в реальных производственных условиях; клинико-физиологические — направлены на выявление нарушений в состоянии здоровья и физиологических функций персонала; эпидемиологические — на выявление отдаленных последствий воздействия фактора; экспериментальные — на изучение особенностей и характера биологического действия ЭМП.

Однако основной вклад в обоснование гигиенических нормативов ЭМП вносят экспериментальные исследования.

Принятая в России методология гигиенического нормирования, базирующаяся на представлениях о наличии порогов вредного действия факторов производственной и окружающей среды, была использована и при обосновании допустимых уровней ЭМП. Вместе с тем, оценка эффектов радиоволновых воздействий, с точки зрения их биологической значимости, вызывает существенные разногласия среди специалистов в области электромагнитобиологии.

К настоящему времени имеется много работ, свидетельствующих о большом многообразии реакций организма на воздействие ЭМП. Биологические эффекты при этом могут проявляться в самой различной форме, начиная от еле заметных функциональных сдвигов, лежащих на пределе разрешающей способности существующих методов исследования и кончая ярко выраженными нарушениями, свидетельствующими о развитии патологии. Если в отношении патологических эффектов нет различий в трактовке их причин между учеными, примером чего может служить развитие радиоволновой катаракты, то биоэффекты в виде функциональных изменений тех или иных систем организма трактуются далеко не однозначно. Одни авторы считают возможным рассматривать любые реакции организма в ответ на радиоволновые воздействия, как показатель их неблагоприятного действия, другие дифференцируют их на две самостоятельные группы, из которых первая отражает проявление радиоволновой чувствительности, вторая — развитие напряжения адаптационных возможностей функциональных систем с последующим их срывом. Различия в трактовке реакций организма на воздействие ЭМП носят принципиальный характер, так как от них зависят конкретные значения гигиенических нормативов.

Накопленные экспериментальные данные позволяют объяснить многие биоэффекты как проявление чувствительности к воздействию ЭМП. Характерной особенностью возникающих при этом реакций является их быстрое восстановление после прекращения действия раздражителя. Этот диапазон интенсивностей можно отнести к I зоне биологических эффектов. Ко II зоне относятся интенсивности ЭМП, вызывающие развитие адаптивных и кумулятивных процессов. Последние свидетельствуют о выраженной стадии нарушений в функционировании физиологических систем организма. Для III зоны характерны такие интенсивности ЭМП, которые способны приводить к стойким патологическим изменениям.

По мнению ряда авторов, порог вредного действия ЭМП должен быть на границе, разделяющей зоны активной адаптации и патологических нарушений. Однако на практике, в процессе проведения экспериментальных исследований, установление порога вредного действия встречает ряд трудно разрешимых задач, зависящих от адекватности и чувствительности используемых методов, от вида и размера тела лабораторных животных, от качества метрологического обеспечения, от квалификации экспериментатора и множества других обстоятельств.

Большую сложность представляет собой экстраполяция результатов эксперимента с животных на человека, что обусловлено в значительной мере различиями в размерах тела и связанными с этим различиями в поглощении энергии ЭМП.

Наряду с вопросами экстраполяции экспериментальных данных при переходе от порогов вредного действия к допустимым уровням важным является и установление коэффициента гигиенического запаса для повышения надежности гигиенических нормативов.

Важным шагом в практике совершенствования гигиенических нормативов в России явилось введение метода, основанного на дозах, позволившего уточнить значения допустимых уровней ЭМП в зависимости от продолжительности их воздействия в течение рабочего дня, и тем самым обеспечить более адекватную оценку облучаемости персонала на основе таких новых показателей, как «энергетическая экспозиция» и «максимально допустимый уровень».

При разработке международных стандартов, регламентирующих предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМП различных частотных диапазонов, основным источником репрезентативных данных являются опубликованные результаты различных исследований по изучению биологического действия ЭМП. При этом серьезное внимание уделяется критическому анализу имеющейся научной литературы.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Устройство ВЕ-метра-АТ-002

 

Измеритель параметров электрического и магнитного полей ВЕ-метр-АТ-002 предназначен для контроля норм по электромагнитной безопасности видеодисплейных терминалов в соответствии с требованиями СанПин 2.2.2.542-96. Измеритель применяется при проведении комплексного санитарно-гигиенического обследования помещений и рабочих мест.

Измерения проводятся на расстоянии от источника электрического (магнитного) поля, окружающих диэлектрических и металлических предметов не менее чем вдвое превышающем максимальный размер прибора.

Принцип действия измерителя параметров электрического и магнитного полей состоит в преобразовании колебаний электрического и магнитного полей в колебания электрического напряжения, частотной фильтрации и усиления этих колебаний с последующим их детектированием. Продетектированный сигнал поступает на аналогово-цифровой преобразователь, результирующие числовые значения величин зарегистрированных колебаний электрического и магнитного полей анализируются встроенным в измеритель микропроцессором, результат измерений индицируется на матричном жидкокристаллическом индикаторе. Регистрация электрического и магнитного полей проводится одновременно во всей частотной полосе измерения. Зарегистрированный сигнал после предварительного усиления разделяется активными частотными фильтрами и в дальнейшем усиливается в независимых каналах регистрации. Прибор, таким образом, объединяет в одной конструкции два отдельных измерителя напряженности электрического поля, два отдельных измерителя плотности магнитного потока и микропроцессорный блок обработки и анализа результатов измерений.

Функциональная блок-схема измерителя приведена на рисунке 5. Составными частями измерителя являются датчики электрического и магнитного полей дипольного типа. Оси чувствительности датчиков направлены горизонтально (при нормальном расположении измерителя) перпендикулярно продольной оси прибора. Это направление указано стилизованной стрелкой, изображенной на лицевой панели. Предварительные усилители каналов регистрации электрического и магнитного полей представляют собой широкополосные операционные усилители с цепями коррекции частотной характеристики. Полосовые усилители высоко- и низкочастотных каналов регистрации электрического и магнитного полей представляют собой активные RC-фильтры с регулируемыми коэффициентами усиления. В качестве центрального процессора измерителя используется высокоинтегрированный 8-битовый микроконтроллер, основанный на архитектуре MCS-51. В измерителе этот процессор используется для установления режима измерений поля. По выбору пользователя может быть установлен режим непрерывного измерения поля и режим измерения полного вектора, включающий измерения трех компонент поля и последующее вычисление абсолютной величины вектора поля.

 

 

Рис. 5. Функциональная блок-схема измерителя "ВЕ-метр-АТ002"

На рисунке введены следующие обозначения:

1. Датчик-измеритель плотности магнитного потока.

2. Датчик-измеритель напряженности электрического поля.

3. Предварительный усилитель сигналов датчика плотности магнитного потока.

4. Предварительный усилитель сигналов датчика напряженности электрического поля.

5. Активный полосовой фильтр высоких частот (АПФВЧ) для сигналов датчика (1).

6. Активный полосовой фильтр низких частот (АПФНЧ) для сигналов датчика (1).

7. АПФВЧ для сигналов датчика напряженности электрического поля.

8. АПФНЧ для сигналов датчика напряженности электрического поля.

9. Канал детектирования высоких частот сигналов датчика плотности магнитного потока.

10. Канал детектирования низких частот сигналов датчика плотности магнитного потока.

11. Канал детектирования высоких частот сигналов датчика напряженности электрического поля.

12. Канал детектирования низких частот сигналов датчика напряженности электрического поля.

13. Аналогово-цифровой преобразователь.

14. Процессор.

15. Блок управления процессором.

16. Жидкокристаллический алфавитно-цифровой дисплей матричного типа.

17. Звуковой сигнализатор.

Как пользовательское меню, так и окончательные результаты регистрации, индицируются на жидкокристаллическом строчном видиодисплее, расположенном на передней панели прибора.

Измеритель (Рис.6) выполнен в виде портативного прибора, объединяющего в одном корпусе датчики-измерители плотности магнитного потока и напряженности электр