Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Выпускная квалификационная работа

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека в условия электромагнитных излучений

Студент

Соколова Анастасия Романовна

Москва 2019

Аннотация

В дипломной работе представлены основные характеристики электромагнитных полей, изучены диэлектрические свойства тканей, влияние электромагнитного излучения на организм человека на различных организационных уровнях, санитарно-гигиеническое нормирование излучений сверхвысокой, радио- и промышленной частот. Также проведен анализ экспериментальных результатов измерения уровней электромагнитного излучения промышленной частоты в общественном транспорте и воздействия электромагнитного излучения на гиппокамп мозга мышей. Рассмотрены возможные патологии, возникающие вследствие воздействия электромагнитных излучений различных частот на организм человека.

В результате теоретических исследований выявлены системы организма, наиболее чувствительные к воздействию электромагнитных излучений, способы ослабления этого влияния и предложены методы защиты человека от опасных излучений.

Annotation

The thesis presents the main characteristics of electromagnetic fields, the dielectric properties of tissues, the effect of electromagnetic radiation on the human body at various organizational levels, sanitary and hygienic rationing of ultrahigh, radio and industrial frequencies. An analysis of the experimental results of measuring the levels of electromagnetic radiation of industrial frequency in public transport and the effects of electromagnetic radiation on the hippocampus of the brain of mice was also carried out. The possible pathologies arising from exposure to electromagnetic radiation of various frequencies on the human body are considered.

As a result of theoretical studies, the systems of the body that are most sensitive to the effects of electromagnetic radiation, ways to mitigate this effect, and methods to protect people from dangerous radiation have been identified.

электромагнитный защита мобильный бытовой

Введение

В настоящее время, в эру стремительного роста числа источников электромагнитного излучения, их мощностей и повсеместного внедрения таких источников в нашу повседневную жизнь, вопрос защиты населения от так называемого «электромагнитного загрязнения» приобретает огромное значения. Изучение биологических эффектов воздействия ЭМП является приоритетом Всемирной организации здравоохранения, в последние десятилетия идет процесс накопления данных для оценки возможных рисков. В России и за рубежом проведено большое количество экспериментов по изучению ЭМП различных устройств и их биологических эффектов, результаты некоторых из которых были проанализированы в ходе представленной работы.

В данной работе проводится обобщение имеющихся научных публикаций, обладающих междисциплинарным характером, описывающих влияние ЭМИ на организм человека и выявляющих критические системы организма, приведены характеристики условий облучения населения и группы людей, подверженных наибольшему риску, а также представлены методы защиты различных групп лиц, подвергающихся воздействию электромагнитного излучения разных уровней, и их классификация.

Электромагнитные излучения

В настоящее время в условиях стремительного научно-технического прогресса, быстрого роста числа устройств, создающих электромагнитные поля, их мощностей и внедрения таких источников в нашу повседневную жизнь понятие «электромагнитного загрязнения» приобретает особое значение. Электромагнитные поля, порождаемые различным оборудованием, вызывают появление «электромагнитного смога», который воздействует на организм человека и его биополе, вызывая различные изменения в организме.

1. Основные характеристики

1.1 Электромагнитные поля

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие заряженных частиц, представляющая собой совокупность взаимно порождающих электрического (ЭП) и магнитного полей (МП) (изменение МП приводит к появлению ЭП и наоборот) [1].

Основными характеристиками ЭМП являются напряженность электрического поля Е и магнитная индукция В, а также две вспомогательные величины - напряженность магнитного поля Н и электрическая индукция D. Связь между этими величинами в электродинамике описывается уравнениями Максвелла:

Табл.1. Уравнения Максвелла

Здесь: - объёмная плотность стороннего электрического заряда; j - плотность электрического тока; - оператор набла, при этом:

Электромагнитное излучение классифицируется по частоте и подразделяется на неионизирующее излучение, ошибочно воспринимаемое как безвредное для человека, и ионизирующее, способное вызвать повреждение клеток и ДНК.

Свойства электромагнитных волн:

- преломление;

- отражение на границе раздела двух сред;

- дисперсия;

- интерференция;

- дифракция.

Основные параметры электромагнитных волн: длина волны () и частота (f), при этом: , где c - скорость света.

Единицы измерения частоты: Гц (герц).

В таблице 2 представлена классификация радиочастотных и сверхвысокочастотных излучений.

Табл.2. Классификация РЧ и СВЧ [1]



1.2 Магнитные поля

Магнитное поля - силовое поле, способное воздействовать на движущиеся электрические заряды и магнитные тела, не зависимо от состояния их движения; частный случай электромагнитного поля.

Источники магнитного поля: движущиеся электрические заряды, намагниченные тела, электрические поля, изменяющиеся во времени.

Основные характеристика: магнитная индукция В, напряженность магнитного поля (в материальных средах) Н, при этом: , где - магнитная проницаемость среды.

1.3 Единицы измерения

Основные характеристики ЭМИ РЧ и СВЧ: напряженность электрического поля (Е), напряженность магнитного поля (Н), плотность потока энергии (ППЭ).

Единицы измерения интенсивность излучения (ППЭ) в зависимости от частоты:

- меньше 300 МГц: В/м (вольт на метр) или А/м (ампер на метр);

- больше 300 МГц (СВЧ): Вт/ (ватт на метр квадратный).

Характеристики магнитных полей: индукция магнитного поля (В); в вакууме - напряженность магнитного поля (Н).

Единицы измерения:

- индукции магнитного поля: Тл (тесла);

- напряженности: А/м (ампер на метр).

Связь напряженности и индукции:

где: - магнитная постоянная ();

- относительная магнитная проницаемость вещества.

Перевод единиц измерения:1 Тл = 7,965 А/м; 1 А/м = 1,256 Тл.

Внесистемной единицей магнитной индукции является Гс (гаусс): 1 Гс = Тл; напряженности магнитного поля - Э (эрстед): 1 Э = 79,58 А/м.

В воздухе: 1 Гс = 1 Э.

2. Воздействия ЭМИ на организм человека

В настоящее время наблюдается стремительный рост числа источников электромагнитного излучения, ежедневно используемых человеком, в число которых входят медицинские, промышленные, бытовые и множество других приборов, порождающих такое электромагнитное поле, характеристики которого существенно отличаются от ЭМП естественного происхождения, под воздействием которого эволюционно развивался человек. В связи с этим сопутствующее излучение техногенных электромагнитных полей не может не отразиться на состоянии человеческого организма.

Первые исследования по воздействию электромагнитного излучения на человека были проведены еще в 1891 году французским физиологом Де Арсонвалем через несколько лет после открытия Герцем свободных электромагнитных волн и изобретения излучателя. С того момента была проделана огромная работа по изучению влияния ЭМИ на здоровье человека и получены необходимые данные для оценки его потенциальной опасности.

2.1 Биофизика

Организм человека представляет собой сложную биосистему, осуществляющую свою работу посредством различных процессов, в том числе с помощью использования внутри- и внеклеточной электромагнитной информации при необходимой биоэлектрической регуляции. Таким образом, любое нарушение внешнего естественного электромагнитного поля может привести к нарушению работы организма, эволюция которого проходила в абсолютно других условиях.

При микроволновом облучении тела человека по принципу Гроттгоуса часть энергии электромагнитного поля поглощается и, вызывая изменения в веществе, переходит в тепло, а часть энергии отражается или проходит, не оказывая никакого воздействия, при этом поглощенная энергия данного диапазона волн приводит к мгновенному изменению пространственной ориентации диполей воды в тканях, вызывая их быстрое колебание. В свою очередь, молекулы воды передают приобретенную энергию окружающим частицам или клеткам, что приводит к нагреванию участка, подвергшегося воздействию облучения. В ответ на нагревание следует защитная реакция организма, включаемая центральной нервной, вследствие которой усиливается приток крови к пораженному участку. Этот процесс является биофизическим: происходит поглощение и распределение поглощенной энергии между тканей.

Основными теплоносителями в организме являются кровь и плазма. Учитывая этот факт, можно сказать, что циркуляция крови играет роль терморегулятора, следовательно, полное облучение организма на порядок опаснее облучения локального участка.

Электромагнитное излучение, в отличие от ионизирующего, не создает новые электрические заряды, а оказывает влияние непосредственно на уже имеющиеся диполи и свободные заряды, вызывая их колебания. Диэлектрические свойства тканей различных органов зависят от их химического состава, структуры и строения, содержания в них воды и частоты колебаний частиц внутри биологического объекта.

2.2 Диэлектрические и магнитные свойства тканей

Влияние электромагнитного излучения на биоматерию вызывает эффекты двух типов, которые определяют диэлектрические свойства тканей: колебание ионов и вращение дипольных молекул с частотой приложенного ЭМИ. Первый способствует увеличению токов проводимости и потере энергии из-за электрического сопротивления среды, второй - изменению токов смещения и диэлектрические потери, связанные с вязкостью среды.

Как и в других материалах, диэлектрические свойства биологических тканей описываются диэлектрической проводимостью и диэлектрической проницаемостью, магнитные свойства - магнитной проницаемостью. По своим свойствам ткани человеческого организма являются слабыми диа- и парамагнетиками, свойства которых близки к вакууму, но, несмотря на это, рассеяние магнитной энергии в биосистеме может быть очень велико и его значение зависит от размеров и электрических свойств объектов этой системы. Зная значения диэлектрических параметров биоткани, можно вычислить коэффициент поглощения энергии тканями, коэффициент отражения на границе раздела двух тканей и рассчитать степень нагрева [2].

Многочисленные исследования показывают, что при воздействии электрических излучений на биоткань при заданной температуре (например 36,6 °C) мнимая диэлектрическая проницаемость с ростом частоты будет падать, а проводимость - расти. Это связано с тем, что под действием ЭМИ частицы облучаемой ткани поляризуются, при этом ионные токи могут протекать только в межклеточной жидкости, так как мембраны клеток являются хорошими изоляторами и отделяют содержание клеток. Установлено, что удельная ионная проводимость органов, содержащих меньше воды, превышает проницаемость органов с большим содержанием воды. Это объясняется тем, что при частоте, не превышающей 10 кГц, период колебаний частиц является достаточным для того, чтобы липидные оболочки успели перезарядиться за счет ионов, расположенных внутри и вне клетки. Для дальнейшего роста ионной проводимости и снижения диэлектрической проницаемости необходимо увеличивать частоту, таким образом препятствуя полной перезарядке мембран и способствуя вовлечению внутриклеточной жидкости в процесс образования ионных токов [2].

При частотах, превышающих 10 МГц, возникает высокая поляризация молекул (в основном воды), приводящая к появлению больших токов смещения, увеличивающих токи внутри тканей при том же значении амплитуды напряженности ЭМП, следовательно, сопротивление мембран клеток падает и становится таким незначительным, что клетку считают короткозамкнутой. Возбужденные молекулы начинают совершать колебания и при столкновении с не возбужденными молекулами передают им свою энергию, которая, в свою очередь, преобразуется в тепло. Вследствие этого проводимость резко возрастает, а проницаемость почти не изменяется [3].

Табл.1. Диэлектрическая проницаемость е и удельная Проводимость у тканей при 37 °C [3]

Органы	Частота, 106 Гц
	25	50	100	200	400	700	1000	3000	8500
	Диэлектрическая проницаемость, е
Мышцы	103… 115	85…97	71… 76	56	52…54	52…53	49…52	45…48	40…42
Сердечная мышца	-	-	-	59…63	52…56	50…55	-	-	-
Жир	-	11…13	-	4,5…7,5	4…7	-	5,3…7,5	3,9…7,2	3,5…4,5
Костный мозг	-	6,8…7,7	-	-	-	-	4,3…7,3	4,2…5,8	4,4…5,4
Проводимость у, См/см
Мышцы	-	6,80… 8,85	-	9,52… 10,5	11,1… 11,8	12,7… 13,7	12,7… 13,3	21,7… 23,3	83,3
Сердечная мышца	-		-	8,7… 10,5	10… 11,8	10,5… 12,8	-	-	-
Жир	-	0,40… 0,59	-	0,29… 0,95	0,36… 1,1	-	0,83… 1,49	1,11… 2,27	2,7…4,17
Костный мозг	-	0,2… 0,36	-	-	-	-	0,43… 1,0	1,16… 2,25	1,67…4,76

2.3 Механизм воздействия электромагнитного излучения на биоткани

Проникая в ткани, микроволновое излучение, взаимодействуя с частицами, вызывает их колебания. В макроскопической теории биоткань можно рассматривать, как диэлектрическую среду, содержащую полярные и неполярные молекулы. Под действием внешнего электромагнитного поля происходит поляризация неполярных частиц, то есть нарушается симметрия расположения зарядов молекулы, и она приобретает электрический момент, а также происходит поворот оси поляризованной частицы по направлению силовых линий поля.

Выделение тепла под воздействием излучения сверхвысокой частоты возможно даже при условии отсутствия токов проводимости.

При описанных условиях диэлектрическая среда представляет собой среду, состоящую из частиц (осцилляторов), совершающих вынужденные колебания, взаимодействуя с внешним электрическим полем. При воздействии внешнего магнитного поля момент импульса электронной оболочки атома начинает с определенной угловой скоростью менять свое направление в пространстве (явление прецессии) вокруг направления поля, кроме того, изменяется ориентация магнитной оси атома, что приводит к тепловыделению (аналогично «внутреннему трению») [2].

Считая нагреваемую среду изотропной, можно записать материальные уравнения среды можно в виде [2]:

, (1.1)



(1.4)

Мощность тепловых потерь при гармонических колебаниях:

(1.5)

Удельная мощность тепловых потерь (из 1.5):

(1.6)

Первое слагаемое полученного уравнения представляет собой объемную плотность мощности, выделяемой в среде при протекании в ней тока проводимости (закон Джоуля-Ленца).

, (1.7)

; (1.8)

. (1.9)

С учетом (1.9) выражение (1.6) приобретает вид:

(1.10)

или

, (1.11)

Из уравнения (1.11) следует, что удельная мощность тепловых потерь прямо пропорциональна частоте электромагнитного поля. У большинства диэлектриков максимум величины мнимой части относительной диэлектрической проницаемости приходится на сверхвысокочастотный диапазон [2].

2.4 Механизм взаимодействия ЭМИ с биотканями на молекулярном уровне

При воздействии электромагнитного поля можно наблюдать изменение протекания процессов биохимических реакций в тканях и, как следствие, ярко выраженные эффекты взаимодействия тканей и поля. Изменить кинетику этих процессов можно двумя способами:

· перевод ионов из потенциальных ям на более высокие энергетические уровни (изменение кинетики из-за активации молекул), вследствие чего происходит поворот дипольных молекул;

· создание некоторого температурного градиента [2].

Удельная мощность (энергия, выделяемая в единице объема биоткани за единицу времени) вычисляется по формуле (1.11).

, (1.13)



(1.15)

где: - волновое сопротивление свободного пространства.



3. Влияние наиболее распространенных источников ЭМИ на организм человека

3.1 Бытовые приборы

К электромагнитным полям промышленной частоты относят поля, обладающие частотой излучения, равной 50 Гц.

При оценке вреда, наносимого электромагнитным полем бытовых приборов, используются три основных параметра: мощность (Р), интенсивность (J) и время воздействия (t). Также важно расстояние (L), на которое излучающее устройство удалено от человека, так как с увеличение расстояния величина магнитной индукции () заметно снижается [1]:

,

где: I - сила тока;

r - расстояние от проводника до исследуемой точки;

k - коэффициент пропорциональности.

Рис.1. Процентное изменение уровня магнитного поля бытовых приборов в зависимости от расстояния

Из бытовых приборов наиболее мощными и опасными для здоровья человека считаются фен и электробритва, так как эти приборы создают мощное излучение, а их использование предполагает минимальное расстояние от головы. Также к сильно излучающим бытовым приборам относятся СВЧ-печи, холодильники, в частности с функцией no frost, электро-грили, индукционные духовые шкафы и плиты, стиральные машины, телевизоры (особенно устаревшие модели с кинескопом) и др.. Создаваемое электромагнитное поле может сильно различаться в зависимости от модели устройства и режима работы. Согласно современным представлениям о влиянии магнитного поля промышленной частоты (уровень более 0,2 мкТл) на здоровье человека оно может быть опасно при регулярном облучении в течение 8 часов в сутки не протяжении нескольких лет. Усредненные значения уровней магнитного поля различных бытовых приборов на расстоянии 3 см и 30 см показаны на рисунке 2.

Рис.2. Уровень магнитной индукция (, мкТл) различных бытовых приборов на расстоянии 3 см и 30 см.

Расстояние, на котором фиксируется уровень магнитной индукции промышленной частоты (50 кГц), равный 0,2 мкТл различных бытовых приборов, представлено в таблице.



3.2 Системы подвижной сотовой связи

Несомненно, одним из самых популярных источников электромагнитного излучения сегодня является мобильный телефон (может работать на частотах 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц). Повсеместное внедрение подвижной сотовой связи повлекло за собой огромные изменения в условия контакта человека с источниками электромагнитного поля - излучающие антенны вплотную приблизились к пользователю. В 2018 году в России насчитывалось более 255 млн абонентов сотовой связи, то есть проникновение услуг мобильной связи (число сим-карт на человека) составило 179%, при этом самый высокий уровень наблюдается в Москве - 249%. Каждый пользователь использует мобильный телефон, число которых превышает число жителей России в полтора раза, следовательно, данный фактор отрицательного воздействия на человеческий организм является единственным поголовно охватывающим все население страны.

Многочисленные исследования показывают, что в условиях локального облучения электромагнитным полем, порождаемым мобильными устройствами, наиболее уязвимой системой организма является центральная нервная система, в частности головной мозг. По мнению исследователей, облучение электромагнитным полем приводит к изменениям биоэлектрической активности мозга. Одним из следствий таких изменений является снижение способности к обучению и ухудшение пространственной памяти из-за окислительного стресса, вызванного апоптозом гиппокампа. Данное предположение было доказано в работе С. Шахина и С. Банерджи, устроившими эксперимент, в ходе которого необходимо было выяснить, как кратковременное и длительное воздействия микроволнового излучения влияют на гиппокамп головного мозга. Эксперимент проводился на лабораторных мышах, подвергающихся ежедневному микроволновому излучению от пирамидальной рупорной антенны с частотой 1,9 ГГц по 2 часа в день в течение 15, 30 и 60 дней. Максимальная плотность мощности вычислялась по формуле [5]:

Где Pt - мощность подаваемая в клетку

Gt - коэффициент усиления рупора, излучающей антенны

R - расстояние между апертурой излучающей антенны и средней плоскостью тела мыши в клетке.

Максимальная плотность мощности, полученная в клетке, составляет 0,0289 мВт/см2 и среднее значение скорости поглощения всем телом = 0,0146 Вт/кг. При таком значении повышение температуры окружающей среды и тела мыши не наблюдалось.

Способность к пространственному обучению и состояние памяти оценивались с помощью стандартной задачи водного лабиринта Морриса, состоящего из круглого бассейна, заполненного водой. В тесте мыши было необходимо найти скрытую полупрозрачную платформу, находящуюся ниже уровня воды. Мыши подвергались 4 испытаниям в день в течение пяти дней, в ходе которых фиксировалось время, требуемое на поиски более и менее облученным мышам. Анализ показал, что с увеличением продолжительности воздействия скорость обучения значительно снизилась. После завершения эксперимента мыши были препарированы, из них извлекался головной мозг, от которого, в свою очередь, отделялся гиппокамп для дальнейшего изучения его изменений, показавшего значительные изменения в его структуре.

К другим, более отсроченным последствиям воздействия электромагнитного излучения на мозг потенциально может являться развитие злокачественных опухолей, но пока прямая связь этих двух явлений практически не была доказана.

Основными группами риска при облучении ЭМИ базовых станций и мобильных телефонов являются дети, центральная нервная система которых еще не успела полностью сформироваться, и лица, профессионально связанные с эксплуатацией источников электромагнитного излучения, получающие электромагнитную нагрузку близкую или превышающую допустимые уровни безопасности[4].

3.3 Линии электропередач

Другим не менее опасным и распространенным источником электромагнитного излучения являются линии электропередач. Если в случае с мобильным телефоном организм человека подвергается воздействию излучения локально и краткосрочно, то в случае с ЛЭП тело человека оказывается полностью подвержено излучению [6].



Рис. 3. Структурная схема производства и линии передачи энергии

Стандартная структурная схема производства и линии передачи электроэнергии представлена на рис.4. Линии электропередачи могут представлять собой как подземные кабели, так и высоковольтные башни. Большинство ЛЭП используют в своей работе трехфазный высоковольтный переменный ток, порождающий мощное переменное элекромагнитное поле. Человеческий организм реагирует на электромагнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электрические токи в проводниках, включая биосистемы (животные и растения). Электромагнитное поле создает искусственную стрессовую ситуацию в биосистеме, оказывающую влияние на обмен веществ и выработку гормонов. При поглощении организмом энергия поля преобразуется в энергию движения молекул, вследствие чего повышается температура подвергшегося облучению участка или всего тела, что может привести к патологии. Излучение влияет на физиологию клетки и, следовательно, на работу всего организма в целом, и его влияние может привести к нарушению естественных ритмов организма.

Другое хорошо известное следствие длительного воздействия электромагнитного излучения, исходящего от ЛЭП, - прерывание волновых паттернов мозга, приводящее к поведенческим осложнениям, и вмешательство в цитоскелет клеток, вызывающее нарушение неврологических функций и вследствие такие заболевания, как деменция, синдром хронической усталости, фибромиалгия. Известны примеры изменения поведения пчел в районе действия электрического поля линий электропередач (повышение агрессивности, снижение работоспособности, беспокойство), а также других летающих насекомых, резко изменяющих траекторию движения в сторону уменьшения уровня излучения.

Степень реакции человека на влияние электромагнитного излучения зависит от персональных особенностей организма. Краткосрочное пребывание под линиями электропередач способно вызвать реакцию у гиперчувствительных людей, например, в работах английских ученых 90-х годов показано, что у аллергиков ЭМП может вызвать реакцию, схожую с приступом эпилепсии. При долгосрочном пребывании (от нескольких месяцев до нескольких лет) вблизи ЛЭП отметить ухудшение состояния может даже здоровый человек. Существуют доказательства того, что рецепторы клеточных мембран реагируют даже на малые изменения электромагнитного фона, из-за чего мембрана может перейти из активного, или проницаемого, состояния в неактивное, вследствие чего клеточная мембрана становится непроницаемой для токсинов. Такое явление называют «окислительным стрессом», который, в свою очередь, может оказывать к генотоксический эффект, то есть повреждать ДНК и препятствовать ее обновлению. К числу болезней, вызываемых ЭМИ ЛЭП, относят преимущественно заболевания сердечно-сосудистой и нервной систем, а также онкологические заболевания. Кроме того, ученые считают, что линии электропередач способствуют ионизации воздуха, делая его опасным для здоровья человека: при вдыхании такого воздуха заряженные частицы оседают в легких, что увеличивает риск возникновения рака у людей, живущих на расстоянии, меньшим 400 м от ЛЭП.

3.4 Электротранспортные системы

При эксплуатации транспорта на электротяге происходит генерация магнитных полей в ультранизкочастотном диапазоне, которые, в свою очередь, имеют большое биологическое значение, так как их частота соответствует основным физиологическим ритмам, таким как дыхание, сердцебиение, мозговые процессы, и могут нарушать электромагнитную безопасность.

Нулевые уровни датчиков соответствовали полям на платформе до отправления поезда. Оценивая данные на этом рисунке, можно сделать вывод, что уровень магнитного поля внутри поезда при движении значительно превышает уровень МП на платформе, то есть его значение намного выше уровня окружающей среды, но в то же время он падает ниже уровня окружающей среды при прохождении силовых станций.

Также было изучено влияние магнитных полей электротранспорта на здоровье работников Октябрьской железной дороги. По результатам исследования было установлено, что машинисты и их помощники гораздо чаще, чем представители других профессий, связанных с работой на объектах с высоким уровнем МП, имеют ишемическую болезнь сердца и гипертонию, а также в два раза чаще страдают ишемической болезнью, чем их коллеги, работающие в электричках, где двигатели расположены по-другому [1].

4. Гигиеническое нормирование

Согласно ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», гигиенический норматив - это установленное исследованиями допустимое максимальное и минимальное значения (качественное и (или) количественное) показателя, который характеризует тот или иной фактор среды обитания с позиции его безопасности и (или) безвредности для человека. [1]

Благополучие населения осуществляет путем соблюдения установленных нормативов и выполнения санитарно-противоэпидемических мероприятий. Разработка правил осуществляется федеральным органом исполнительной власти (Роспотребнадзор - осуществляет государственный санитарно-эпидемиологический надзор), при этом другие документы, касающиеся обеспечения безопасности населения (правила охраны труда, производственные нормы и другие) не должны противоречить санитарным правилам.

4.1 Гигиеническое нормирование ЭМП на рабочих местах

Основной документ, устанавливающий нормы величины ЭМП не рабочих местах - санитарно-эпидемиологические правила и нормативы Сан-ПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» от 1 января 2017 года.

Основные положения:

1) Гигиенические нормативы воздействия ЭМИ на рабочем месте определяются как предельно допустимые уровни воздействующих факторов, которые в течение ежедневного (кроме выходных дней) восьмичасового (не более 40 часов в неделю) воздействия не вызовут заболеваний или нарушений здоровья человека в процессе работы и будущем, а также не окажут влияние на последующие поколения.

2) Документ устанавливает требования к условиям труда лиц, профессии которых связаны с воздействием таких факторов, как постоянное магнитное и электрическое поля, электромагнитные поля промышленной частоты (свыше 50 Гц) и частот 10 кГц-300 ГГц, а также ЭМП на рабочих местах, оборудованных ПК и средствами информационно-коммуникационных технологий.

3) Нормирование ЭМП диапазона частот 10 кГц - 30 кГц осуществляется раздельно по напряженности электрического и магнитного полей в зависимости от времени воздействия. При воздействии ЭМП в течение восьмичасовой смены значения напряженностей электрического и магнитного полей составляют, соответственно, 500 В/м и 50 А/м, в течение периода до двух часов - 1000 В/м и 100 А/м.

Для диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц оценка осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ) и максимально допустимым значениям напряженности электрического и магнитного полей. Энергетическая экспозиция (ЭЭ) для частот 30 кГц-300 МГц рассчитывается следующим образом [1]:

где: Е - напряженность электрического поля, В/м;

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

Т - время воздействия за смену, ч.

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) для частот 300 МГц - 300 ГГц:

ППЭ - плотность потока энергии, мкВт/.

Предельно допустимые уровни ЭЭ ЭМП различных частот на рабочих местах представлены в таблице 5:

Табл.5. ПДУ энергетических экспозиций ЭМП частот 30 кГц - 300 ГГц.

Параметр
	0,03-3,0	3,0-30,0	30,0-50,0	50,0-300,0	300,0-300000,0
	20000	7000	800	800	-
	200	-	0,72	-	-
	-	-	-	-	200

ЭЭ для устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающихся антенн с частотой вращения не более 1 Гц) [1]:

К - коэффициент снижения биологической активности воздействий, при этом для вращающихся антенн К=10.

Для напряженности 20-25 кВт/м допустимое время пребывания составляет 10 минут. При напряженностях, превышающих ПДУ,

В таблице 6 приведены ПДУ воздействия ЭМП с частотой 50 Гц:

Табл.6. ПДУ синусоидального магнитного поля промышленной частоты

Время пребывания, ч	Допустимые уровни МП, Н/В при воздействии:
	Тотальном	Локальном
Менее 1 ч	1600/2000	6400/8000
2	800/1000	3200/4000
4	400/500	1600/2000
8	80/100	800/1000

4) ПДУ ЭМП ПК и других средств информационно-коммуникационных технологий представлены в таблице 7:

Табл.7. ПДУ ЭМП на рабочих местах с ПК и другими средствами ИКТ

Нормируемые параметры	ПДУ
Напряженность электрического поля	5 Гц - 2 кГц	25 В/м
	2 кГц - 400 кГц	2,5 В/м
Напряженность магнитного поля	5 Гц - 2 кГц	250 нТл
	2 кГц - 400 кГц	25 нТл
Плотность потока энергии	300 МГц - 300 ГГц	10 мкВт/
Напряженность электростатического поля	15 кВ/м

4.2 Гигиенические нормативы ЭМП для населения

4.2.1 Нормирование ЭМИ РЧ

Документы, описывающие нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона представлены в таблице 8:

Табл.8. Содержание документов, описывающие нормы СанПиН для устройств радиочастотного диапазона

Название документа	Содержание
- СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов»; - СанПиН 2.1.8/2.2.4.2302-07 «Изменения N 1 к санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03»»	- Требования к размещению и эксплуатации стационарных передающих радиотехнических объектов (ПРТО), работающих в диапазоне частот от 30 кГц до 300 ГГц (ПРТО радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиолокации, радиолюбительского диапазона (3 - 30 МГц)). - Оценка воздействия осуществляется в диапазоне частот 30 кГц - 300 ГГц по эффективным значениям напряженности ЭП (табл. 9) - Отдельный норматив для радиолокационных станций специального назначения, предназначенных для контроля космического пространства в диапазоне частот 150-300 МГц (напряженность ЭП не должна превышать 6 В/м в ближней зоне излучения и 19 В/м в дальней зоне излучения).
- СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190 - 03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной связи»	Санитарно-гигиенические нормы и требования к размещению и эксплуатации средств подвижной радиосвязи диапазона частот 27 - 2400 МГц. Предельные уровни ЭМП, создаваемые антеннами БС на территории жилой застройки и общественных и производственных помещений: - при частотах 27-30 МГц - 10 В/м; - при частотах 30-300 МГц - 3 В/м; - при частотах 300-2400 МГц - 10 мкВт/.

Табл.9. Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц для населения

Диапазон частот	30-300 кГц	0,3-3 МГц	3-30 МГц	30-300 МГц	0,3-300 ГГц
Нормируемый параметр	Напряженность ЭП	Плотность потока энергии
Предельно допустимые уровни	25	15	10	3	10 - 25

При одновременном излучении от нескольких источников с одними ПДУ должны соблюдаться следующие условия [1]:

где: - напряженность ЭП источника с соответствующим номером;

- плотность потока энергии источника с соответствующим номером;

- ПДУ напряженности ЭП нормируемого диапазона;

- ПДУ ППЭ нормируемого диапазона;

n - число источников ЭМП.

При излучении нескольких источников с разным ПДУ:

где: - суммарная напряженность ЭП, создаваемого источниками;

- ПДУ напряженности ЭП;

- суммарная плотность потока энергии;

- ПДУ ППЭ;

m - количество диапазонов, для которых нормируется Е;

q - количество диапазонов, для которых нормируется ППЭ.

4.2.2 Нормирование ЭМИ промышленной частоты.

В таблице 10 представлены ПДУ ЭП промышленной частоты для жилых помещений и прилегающих территорий.

Табл.10. Предельно допустимые уровни ЭП промышленной частоты

Вид помещения, территория	ПДУ, кВ/м
Внутри жилых зданий	0,5
На территории жилых застроек	1,0
На территории заселенной местности вне жилых застроек	5,0
В ненаселенной местности	15,0
В труднодоступной местности	20,0

В таблице 11 представлены ПДУ МП в зависимости от места пребывания человека.

Табл. 11. ПДУ МП промышленной частоты

В помещениях	Интенсивность МП частотой 50 Гц, мкТл (А/м)
В жилых помещениях, образовательных и медицинских учреждениях	5 (4)
Вблизи жилых зданий и мест общего пользования	10(8)
На открытых территориях
В населенной местности вне территории жилых застроек	20 (16)
В незаселенной и труднодоступной местности	100 (80)

4.2.3 Нормирование ЭМИ бытовых приборов

Допустимые уровни, указанные в документе, устанавливающем гигиенические нормативы ЭП бытовых приборов, - международном МСанПиН 001-96 «Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях» приведены в таблице 12.



5. Защита от воздействий

5.1 Защита персонала от действия ЭМИ

5.1.1 Общие мероприятия

Защита организма человека от воздействия ЭМИ предполагает снижение интенсивностей излучений ниже предельно допустимых и обеспечивается выбором конкретных методов и средств по ее осуществлению. Организация защиты предполагает следующее [1]:

- оценка уровней интенсивности ЭМИ на рабочих местах на их соответствие установленным нормам;

- выбор необходимых мер защиты с учетом экономических показателей, обеспечивающих безопасное пребывание персонала на рабочих местах;

- организация системы контроля выбранных мер.

В таблице 13 приведена классификация мер защиты по способу их реализации.

Табл. 13. Классификация мер защиты от действия ЭМИ по способу реализации

Название	Содержание
Организационные меры защиты	- Обеспечение оптимального расположения объектов, являющихся источниками ЭМИ, а также объектов, оказывающихся в их зоне действия; - организация труда и отдыха персонала с целью снижения времени нахождения в зоне действия ЭМИ и предупреждения возможности попадания в эти зоны; - проведение лечебно-профилактических мероприятий с целью раннего выявления нарушений здоровья персонала; - применение средств наглядного предупреждения о наличии излучения.
Инженерно-технические меры защиты	Применяются при исчерпании эффективности организационных мер. - Коллективные меры защиты: предпочтительней, чем индивидуальные, вследствие простоты реализации и контроля над эффективностью. - Индивидуальные меры защиты: применяются при невозможности использования других мер (защита всего тела или отдельного участка).

В таблице 14 представлена общая структура мер защиты от воздействия ЭМИ РЧ и СВЧ.



5.1.2 Радиопоглощающие материалы

Требования, применяемые к радиопоглощающим материалам:

- максимальное поглощение ЭМВ в широком диапазоне частот;

- минимальное отражение;

- отсутствие вредных испарений;

- пожаробезопасность;

- минимальные габариты и вес [1].

Лучше всего этим требованиям соответствуют материалы с ячеистой структурой, пирамидальной или шиповидной поверхностью.

Классификация радиопоглощающих материалов представлена в таблице 15.

Табл.15. Классификация радиопоглощающих материалов

Тип	Принцип действия
Материалы интерференционного типа	Гашение ЭМВ за счет интерференции
Другие материалы	Превращение электромагнитной энергии в тепловую за счет наведения постоянных токов, магнитогистерезисных или высокочастотных диэлектрических потерь.

5.1.3 Экранирующие ткани

Принцип сквозного затухания обеспечивается экранирующими тканями за счет содержания в них металлизированных нитей, расположенных в виде решетки в их основе.

Типы тканей [1]:

- с открытой металлизацией: ткань с металлическим блеском, сплетенная из хлопчатобумажных нитей, перекрученных с металлической фольгой. Минусы: опасность электротравм (ощущение покалывания током), отрицательное психологическое воздействие на окружающих.

- с скрытой металлизацией: вплетение прочной микропроволоки внутрь хлопчатобумажной ткани. Не имеет недостатков.

Защитные свойства различных тканей приведены в таблице 16.

Табл. 16. Защитные свойства экранирующих тканей

Частота излучения, Гц	Ослабление, дБ
	В-1	Восход-1 Н	Восход-ЮН	Восход 12НМ
37,5	20	--	--	--
9,3	28	--	70	70
3,0	40	--	70	70
1,2	43	30	81	99
0,6	46	44	75	98
0,3	54	47	70	99

5.1.4 Индивидуальные средства защиты

Применение индивидуальных средств защиты предусматривает, как правило, их непродолжительное ношение для проведения ремонтных работ, испытаний радиосредств, в аварийных ситуациях.

Средства индивидуальной защиты [1]:

- защитные очки (материал линз - специальное стекло, покрытое двуокисью олова или другой оптически прозрачный материал, обладающий высокой степенью затухания; материал оправы - пористая резина с вшитой в нее металлической сеткой);

- защитные маски (любой оптически прозрачный материал с включением радиоотражающих структур (пленки из металлов и их окислов, металлизированные сетки) с перфорационными отверстиями, закрытыми радиозащитным воздухопроницаемым материалом);

- защитные шлемы, фартуки, куртки (любой материал, удовлетворяющий требованиям дифракционного затухания).

5.2 Защита населения от воздействия ЭМП

5.2.1 ЭМП радиочастотного диапазона

Защита населения от действия ЭМИ передающих антенн осуществляется путем подбора оптимальных расстояния и высоты для минимизации интенсивности излучения в жилых помещениях и общественных местах. На стадии проектирования объектов производится расчет прогнозируемых уровней ЭМП, а по завершению строительства - измерение уровней созданных ЭМП.

Методы защиты общественных и производственных зданий [1]:

- пассивные: защита расстоянием, временем, экранированием, а также озеленение прилегающих территорий, специальная планировка районов, использование природных рельефов местности или создание искусственных с целью создания затенения;

- активные - воздействие на сам источник излучения: снижение излучаемой мощности, изменение характеристик излучения антенн, режимов работы ТС.

Рекомендации по использованию сотовых телефонов [1]:

- ограничить время непрерывных разговоров по телефону до 3-4 минут;

- использовать телефон по необходимости и ограничить использование телефона детьми;

- выбирать телефон с минимальной излучающей мощностью;

- по возможности использовать громкую связь, в машине использовать систему hand free с внешней антенной, расположенной в геометрическом центре крыши.

Рекомендации по использованию микроволновой печи:

- включив СВЧ-печь, отойти от нее на расстояние 1-1,5 м;

- выбирать микроволновые печи с наименьшим энергопотреблением, так как такие устройства создают ЭМП меньшего уровня.

5.2.2 Защита населения от ЭМП промышленной частоты

При проектировании линий электропередач существует необходимость учета установленных санитарных норм и правил, согласно которым защита населения от воздействия их ЭМП осуществляется за счет организации санитарно-защитных зон (разрывов) в соответствии с их напряжением. Длина разрывов представлена в таблице 17.

Табл.17. Допустимые санитарно-защитные зоны вдоль трасс ВЛ напряжением 330-750 кВ

Напряжение	Расстояние
300 кВ	20 м
500 кВ	30 м
750 кВ	40 м
1150 кВ	55 м

После ввода объекта в эксплуатацию величина зон должна быть скорректирована в соответствии полученными практическими результатами измерений. В пределах установленных разрывов запрещены постройка жилых зданий, заправок, установка стоянок и складов, осуществление обслуживания средств передвижения.

Для ЛЭП сверхвысоких напряжений (750 и 1150 кВ) протяженность санитарных зон должна составлять 250 и 300 м соответственно. Протяженность разрывов для ЛЭП более низкого напряжения (20-220 кВ) представлены в таблице 18. Их использование возможно на территории садовых участков и населенных пунктов.

Табл.18. Охранные зоны ЛЭП низкого напряжения (20-220 кВ)

Напряжение	Расстояние
До 20 кВ	10 м
20-35 кВ	15 м
35-110 кВ	20 м
100-220 кВ	25 м

5.2.3 Защита от ЭМП бытовых приборов

Для снижения уровня ЭМИ от бытовых приборов необходимо выбирать технику с наименьшей потребляемой мощностью. Наиболее неблагоприятными источниками излучения являются холодильники с системой no frost, некоторые типы полов с подогревом, СВЧ-печи, телевизоры, зарядные устройства, выпрямители тока и напряжения и другие. Для снижения влияния ЭМП этих источников необходимо разместить спальное место примерно на 2 м от них, а также минимизировать время пребывания рядом с ними.

Заключение

В результате проведения выпускной квалификационной работы:

- дана характеристика и классификация электромагнитных полей, а также характеристика электромагнитной обстановки, создаваемой устройствами мобильной связи, линиями электропередач, общественным транспортом, бытовыми приборами;

- проанализированы диэлектрические и магнитные свойства тканей, изучены реакции организма на воздействие ЭМИ в результате анализа проведенных экспериментов;

- изучены отечественные санитарно-гигиенические критерии безопасности для населения, определены предельные значения излучений;

- приведены методы защиты населения от влияния электромагнитных излучений.

Список литературы

1. Л.О. Мырова, Н.Н. Грачев, В.Н. Никитина «Влияние опасных излучений на человека», 2017 г.

2. Свирин В. Н., Соколов В. В., Черненко В. П., Черкасов А. С. Совместное использование лазерной фотодинамической терапии и гипертермии в онкологии. Конференция “Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий” // Сочи, 1 - 10 октября, 2001 г.

3. Владимир Генералов, Маргарита Кручинина, Андрей Громов, Геннадий Шувалов «Диэлектрофорез в биологии и медицине», Новосибирск 2017 г.

4. Григорьев А.О. «Радиобиологическая оценка воздействия электромагнитного поля подвижной сотовой связи на здоровье населения и управление рисками»/Автореф. Диссерт. Д.б.н. - ФМБЦ им А.И. Бурназяна, ФМБА России - 2012 г.

Размещено на Allbest.ru