Исследование эффективности методов и средств защиты от электромагнитных излучений вещества

Цель работы

Получение практических навыков в качественном исследовании электромагнитных полей радиочастот и экрани­рующих свойств некоторых материалов, применяемых для защиты от электро­магнитных полей.

Задачи работы

Изучить свойства электромагнитного поля. Электромагнитное поле (ЭМП) диапазона радиочастот обладает рядом свойств (способность нагревать материалы, распространение в пространстве и отражение от границы раздела двух сред, взаимодействие с веществом), кото­рые широко используются в отраслях экономики.

Обеспечивающие средства

Внешний вид лабораторного испытательного стенда представлен на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 – Лабораторный стенд для исследования влияния ЭМИ

 

В качестве источника СВЧ излучения используется бытовая СВЧ-печь «САМСУНГ».

Стенд представляет собой стол лабораторный 1, на котором разме­щаются СВЧ печь 2, стойка 5 с датчиком 4 измерителя плотности потока энергии (далее - датчик), узлы 6 установки сменных защитных экранов.

Стол выполнен в виде металлического сварного каркаса со столеш­ницей, на поверхности которой с помощью самоклеящейся плёнки нанесена координатная сетка 3 с изображением осей X и Y. Стенд обеспечивает три степени свободы перемещения датчика (пе­ремещение по осям X,Y,Z), что дает возможность исследовать излучение со стороны передней панели СВЧ печи (место наиболее интенсивного излуче­ния) и по всей площади координатной сетки.

В качестве нагрузки в СВЧ-печи используется строительный красный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, что обеспечивает стабильность измеряемого сигнала. Датчик 4 выполнен в виде полуволнового вибратора на частоту 2,45 ГГц, закрепленного на стойке 5 с возможностью перемещения по верти­кали (ось Z), выполненной из диэлектрического материала. Узлы 6 установки сменных защитных экранов обеспечивают оперативную установку, и замену экрана 7. Сменные экраны имеют один типоразмер. Экраны изготовлены из следующих материалов: металлическая сетка, металлический лист, резина, армированная резина, органическое стекло. В качестве измерительного прибора используется мультиметр 8, ко­торый располагается на свободной части столешницы (за пределами координатной сетки).

Режим работы СВЧ печи: продолжительность работы, мин, не более 5; продолжительность перерыва между рабочими циклами, с, не менее 30; уровень мощности, % - 100.

Задание

Произвести соответствующие исследования воздействия ЭМИ на человека разными способами, предусмотренными данной лабораторной работой. Разработать эффективные мероприятия для снижения или исключения воздействия ЭМИ.

Требования к содержанию отчета

1. Общие сведения

2. Схема стенда

3. Данные измерений (таблицы 11.1 и 11.2).

4.  Выводы по результатам работы

Таблица 11.1 - Распределение интенсивности излучения в пространстве

Номер из­мерения	Значение X, см	Значение Y, см	Значение Z, см	Интенсивность излуче­ния (показания мульти­метра)
1
2

 

Таблица 11.2  - Эффективность экранирования в зависимости от вида материала защитных экранов

Номера защитных экранов	Эффективность экранирования, 
1
2

Основные термины и определения

 

1. Источниками ЭМП этого вида являются приборы, применяемые в про­мышленности для индукционного нагрева металлов и полупроводников (в та­ких технологических процессах, как закалка и отпуск деталей, накатка твердых сплавов на режущий инструмент, плавка металлов и полупроводников, очистка полупроводников, выращивание полупроводниковых кристаллов и пленок), а также приборы диэлектрического нагрева, применяемые для сварки синтетиче­ских материалов, прессовки синтетических порошков.

2. Свойства электромаг­нитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используют в таких областях, как радиосвязь, телевидение и ра­диолокация, дефектоскопия и других, поэтому телевизионные и радиолокаци­онные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот.

3. Различают технологические и паразитные источ­ники ЭМП. К последним относятся выносные согласующие трансформаторы, выносные батареи конденсаторов, фидерные линии, щели в обшивке установок. В радиоаппаратуре всех диапазонов частот, к технологическим источникам от­носятся антенны, петли связи, к паразитным - щели в обшивках генераторов, неплотности соединений тракт, различные отверстия и др.

4. Электромагнитное поле высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот (ВЧ, УВЧ и СВЧ) распространяется в пространстве со скоростью, близкой к скорости света, причем это поле несет с собой энергию. Электромагнитное поле изменяется с той же частотой, что и ток, его образовавший. Расстояние, на ко­торое распространяется поле за один период, называется длиной волны λ, м.

                                     λ = c/f,                                         (11.1)

где с - скорость распространения электромагнитных волн в воздушной среде (с=3·10⁸ м/с);

f - частота колебаний, Гц.

5. Единицами ЭМП являются: частота f, Гц, напряженность электрического поля Е, В/м, напряженность магнитного поля Н, А/м, плотность потока энергии ППЭ, Вт/м2. В ЭМП существует три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

6. Зона индукции имеет радиус, равный

                           R < λ /2 p,                (11.2)

где λ - длина волны электромагнитного излучения. В этой зоне электро­магнитная волна не сформирована и поэтому на человека действуют независи­мо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

7. Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле:

                                         λ /2 p < R < 2 p λ,                           (11.3)

В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность электрического, магнитного поля, а также плотность потока энергии.

8. Дальняя зона характеризуется тем, что это зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействует только энерге­тическая составляющая ЭМП - плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия - дальнюю зону, имеющую радиус:

                           R > 2 p λ,                                       (11.4)

Знание длин волн ЭМП, формируемых источником, дает возможность выбора приборов контроля электромагнитного излучения. Для низкочастотных источников ЭМП (НЧ, ВЧ, УВЧ-диапазоны) необходимо использовать прибо­ры, измеряющие электрическую и магнитную составляющие ЭМП, для СВЧ-диапазона - приборы, позволяющие измерять плотность потока энергии ЭМП.

9. Биологическое действие ЭМП радиочастот характеризуется тепловым действием и нетепловым эффектом. Под тепловым действием подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных его частей при об­щем или локальном облучении. Нетепловой эффект связан с переходом элек­тромагнитной энергии (молекулярное резонансное истощение, фотохимическая реакция и др.). Чем меньше энергия электромагнитного излучения, тем выше тепловой эффект, который оно производит.

10. По своим биофизическим свойствам ткани организма неоднородны, по­этому может возникнуть неравномерный нагрев на границе раздела с высоким и низким содержанием воды, что определяет высокий и низкий коэффициент поглощения энергии. Это может привести к образованию стоячих волн и ло­кальному перегреву ткани, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, желчный пузырь, кишечник).

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических параметров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения - непрерывный и прерывистый, а также от продолжительности воздействия, комбинированного действия с другими производственными факторами (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения, шума и др.), которые способны изменять сопротивляемость организма к действию ЭМП. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность почти всегда возрастает.

11. Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот­ного диапазона на человека осуществляется с помощью СанПиН 2.2.4.1191-03, который устанавливает  на рабочих местах:

- временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного поля (ГМП),

- ПДУ электростатического поля (ЭСП),

- ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП),

- ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ),

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот >= от 10 кГц до 30 кГц,

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот >= от 30 кГц до 300 ГГц.

12. Защита персонала от воздействия электромагнитных излучений радио­частот осуществляется путем проведения организационных и инженерно- технических, лечебно-профилактических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты.

К организационным мероприятиям относятся: выбор рациональных ре­жимов работы оборудования; ограничение места и времени нахождения персо­нала в зоне воздействия ЭМП радиочастот (защита расстоянием и временем) и т.п.

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размеще­ние оборудования; использование средств, ограничивающих поступление элек­тромагнитной энергии на рабочие места персонала (поглотители мощности, эк­ранирование, использование минимальной необходимой мощности генератора); обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем электромагнитных из­лучений.

Лечебно-профилактические мероприятия осуществляются в целях преду­преждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья ра­ботника, связанные с воздействием электромагнитных излучений, и включают предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры.

К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.).

Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с уче­том рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты.

13. Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению за­щитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты. Защитные экраны делятся на:

1) Защитные экраны отражающие излучение;

2) Защитные экраны поглощающие излучение.

К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из метал­лической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов. К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) отно­сятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки (при ин­тенсивности выше 1 мВт/см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с мерами по охране труда при проведении лабораторной работы и строго выполнять их.

2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

3. В печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.

4. Установить режим работы печи согласно п.2.10 в соответствии с пас­портом на конкретную СВЧ печь. Для СВЧ печи ее включение в рабочий режим осуществляется в следующей последовательности: открыть дверцу нажатием прямоугольной клавиши в нижней части лицевой панели; установить ручку «мощность» в крайнее правое положение; установить ручку «время» в положение 5 мин; плотно закрыть дверцу.

5. Разместить датчик на отметке 0 по оси X координатной системы.

Перемещая датчик по оси Y координатной системы и оси Z (по стойке), опре­делить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафикси­ровать их численные значения. Перемещая стойку с датчиком по координате X (удаляя его от печи до пре­дельной отметки 50 см) снять показания мультиметра дискретно с шагом 20 мм. Данные замеров занести в табл.4. Построить график распределения интенсивности излучения в пространстве перед печью.

6. Разместить датчик на отметке 0 по оси X. Зафиксировать оказания мультиметра.

7. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра.

8. Составить отчет о работе.

Контрольные вопросы для самоподготовки

1. Что является источниками электромагнитных полей в производственных условиях?

2. Каково воздействие электромагнитных полей на организм человека?

3. Как нормируются электромагнитные поля?

4. Какие приборы применяют для измерения электромагнитных полей?

5. Какие меры борьбы с электромагнитными полями в производстве и в быту?

6. Какие средства индивидуальной защиты применимы от электромагнитных полей?

Список рекомендуемой литературы

1. СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» [Текст]: санитар. правила и нормы: утв. 17.10.2003: введ. в д. 21.12.2003. - М. [б. и.], 2003. - 112 с.: ил. 

 

 

Библиографический список

1.Теоретические основы безопасности жизнедеятельности: учеб. пособие: [для вузов] / Р. И. Айзман, С. В. Петров, В. М. Ширшова; М-во образования и науки Рос. Федерации, ГОУ ВПО "Новосиб. гос. пед. ун-т", ГОУ ВПО "Моск. пед. гос. ун-т ". - Новосибирск; М.: АРТА, 2011. - 206 с.

4. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие / [А. Л. Бабаян и др.]; под ред. А. И. Сидорова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КноРус, 2012. - 546 с. 

5. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность) [Текст]: учеб. для бакалавров: [всех направлений подготовки в вузах] / С. В. Белов. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт, 2014. - 682 с.

6. Безопасность в техносфере [Текст]: учебник: [для вузов] / В. Ю. Микрюков. - М.: Вуз. учеб. - [Б. м.]: ИНФРА-М, 2015. - 250 с.

7. ГН 2.2.5.1313-03 Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны [Текст]. - Введ. 2003-01-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2003.- 38с.

8. Правила устройства электроустановок [Текст]: РД 153-34.0-03.205-2001: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 13.04.07: ввод. в действие с 01.11.07. - М: ЭНАС, 2007. - 608, [1] с.; 22 см. - РАО "ЕЭС России". - 5000 экз. - ISBN 5-93196-091-0.

9. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение [Текст].- М.: Минстрой России: Изд-во стандартов, 2011. - 35 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)