Список рекомендованої літератури

1. ДСН 3.3.6.037-99 Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку. Державні стандартні норми.

2. ДНАОП 0.003.-3.14-85 Санітарні норми допустимих рівнів шуму на робочих місцях.

3. Сторожук В.М. Виробничі шуми: природа і шляхи зниження: Навч.посіб. – К.: Основа, 2003. – 384 с.

ЛЕКЦІЯ № 9. Нормування впливів електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону

План лекції

9.1. Природа виникнення електромагнітних полів природного та антропогенного походження

9.2. Складові електромагнітного поля. Загальні параметри складових електромагнітного поля

9.3. Вплив електромагнітних полів на стан здоров’я людини та деякі об’єкти довкілля

9.4. Нормування складових електромагнітних полів

9.4.1. Допустимі рівні електромагнітних полів на робочих місцях

9.4.2. Гранично допустимі рівні електромагнітних полів радіачастотного діапазону для населення

9.4.3. Гранично допустимі рівні складових електромагнітних полів промислових частот

9.4.4. Гранично допустимі значення енергетичної експозиції

9.1. Природа виникнення електромагнітних полів природного та антропогенного походження

В процесі еволюції біосфера постійно знаходилася і знаходиться під впливом електромагнітного поля (ЕМП) природного походження (природний фон): електричного й магнітного поля Землі, космічного електромагнітного випромінювання, насамперед того, що генерується Сонцем. Природа електромагнітного випромінювання пов’язана з вихровими електричними й магнітними полями. Внаслідок того, що ці поля нероздільно пов’язані між собою, вони отримали назву електромагнітних. У період науково-технічного прогресу людство створювало і дедалі ширше використовувало штучні (антропогенні) джерела ЕМП. У наш час ЕМП антропогенного походження значно перевищують природний фон і є тим несприятливим чинником, вплив якого на людину та довкілля рік за роком зростає.

Таким чином, можна зробити висновок, що електромагнітні поля та електромагнітні випромінювання поділяються на природні та антропогенні (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Класифікація ЕМП

Головними джерелами електромагнітних полів є:

• радіо-, телевізійні станції;

• радіолокаційні станції (радари);

• високовольтні лінії електропередач;

• всі види електротранспорту;

• промисловість, в якій використовується потужне електрообладнання;

• телевізори, монітори, сотові телефони тощо.

9.2. Складові електромагнітного поля. Загальні параметри складових електромагнітного поля

Електромагнітне поле являє собою змінні у просторі електричні та магнітні поля, які поширюються у просторі у формі хвиль і знаходяться у зворотній взаємозалежності. Електромагнітні хвилі є поперечними, тому що вектори потужності електричного поля Е й магнітного поля Н коливаються у взаємо перпендикулярних площинах. Під час поширення електромагнітних хвиль здійснюється перенесення енергії у просторі (швидкість поширення їх у вакуумі дорівнює швидкості світла, тобто 310 мс^-1).

Електромагнітні поля з високою щільністю енергії можуть викликати шкідливий вплив безпосередньо на організм людини. Шкідливий вплив електромагнітного поля на людину пов’язаний з перенесенням ними енергії.

Електричне поле

Електричне поле – часткова форма виявлення електромагнітного поля, яка визначає дію на електричний заряд (з боку поля) сили, що не залежить від швидкості руху заряду.

Основною кількісною характеристикою електричного поля є напруженість електричного поля , яка у даній точці простору визначається відношенням сили , що діє на заряд, розміщений у цій точці, до величини заряду g:

, (9.1)

Напруженість електричного поля у системі СІ вимірюється у Вм^-1.

У тропосфері відбуваються явища, що викликають поділ електричних зарядів внаслідок зміни метеорологічних умов – хмар, опадів, туманів тощо, внаслідок чого в атмосфері виникає позитивний об’ємний заряд, на поверхні Землі – негативний. Отже, електричне поле Землі спрямоване приблизно вертикально, напруженість його становить в середньому 130 Вм^-1.

Магнітне поле

Магнітне поле характеризується його дією на заряджену частинку, що рухається із силою, пропорційною заряду g та її швидкості V. Дію магнітного поля на рухомий заряд характеризують магнітною індукцією В. Це векторна величина, яка у випадку, коли вектор є перпендикулярним до взаємо перпендикулярних векторів сили та швидкості , чисельно дорівнює:

(9.2)

Магнітне поле характеризується також вектором магнітної індукції і напруженістю магнітного поля , які пов’язані співвідношенням:

(9.3)

де  – магнітна проникність речовини, що характеризує зміну магнітної індукції середовища під впливом магнітного поля;

₀ – магнітна стала (₀ = 4 10^-7Гнм^-1).

Для повітря, вакууму та немагнітних матеріалів  = 1.

Одиницею магнітної індукції є одна тесла (Тл).

1 Тл = 1 кгА^-1с^-2 = 10⁴ Гс.

Одиницею напруженості магнітного поля є один ерстед (Е).

1 Е = 79,5775 Ам^-1.

Магнітне поле Землі утворює магнітосферу – область навколоземного простору, фізичні властивості, форма та розміри якої визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією з потоком заряджених частинок від Сонця.

Магнітосфера простягається на 70–80 тис. км у напрямку до Сонця і на багато мільйонів кілометрів у протилежному напрямку.

Магнітне поле за формою нагадує поле диполя, центр якого зміщений відносно центру Землі, вісь нахилена до осі Землі на 11,5. Середня величина магнітної індукції поблизу земної поверхні становить приблизно 510^-5 Тл, а напруженість магнітного поля спадає від магнітних полюсів (55,7 Ам^-1) до магнітного екватора (33,4 Ам^-1).

Електромагнітні хвилі

Електромагнітні поля характеризуються певною енергією, яка поширюється у просторі у вигляді електромагнітних хвиль.

До основних параметрів електромагнітних хвиль належать:

• довжина хвиль , м;

• частота коливання f, Гц;

• швидкість поширення радіохвиль с, яка практично дорівнює швидкості світла с = 310⁸ м·с^-1.

Залежно від частоти коливання (довжини хвилі) радіочастотні електромагнітні коливання поділяються на:

• низькі частоти: 310⁴–310⁵ Гц (10⁴–10³ м);

• середні частоти: 310⁵–310⁶ Гц (10³–10² м);

• високі частоти: 310⁶–310⁷ Гц (10²–10 м);

• дуже високі частоти: 310⁷–310⁸ Гц (10–1 м);

• ультрависокі частоти: 310⁸–310⁹ Гц (1–10^-1 м);

• надвисокі частоти: 310⁹–310¹⁰ Гц (10^-1–10^-2 м);

• надзвичайно високі частоти: 310¹⁰–310¹¹ Гц (10^{-2 -}10^-3 м).

Примітка: діапазони частот та довжина хвиль включають верхнє значення параметра і виключають нижнє.

Зміна ЕМП характеризується насамперед параметрами його складових (електричного та магнітного полів).

Електромагнітні поля також оцінюються кількістю енергії (потужності), що переноситься хвилею у напрямку свого поширення. Для кількісної характеристики цієї енергії застосовують значення поверхневої густини потоку енергії, що визначається у Вт·м^-2.

9.3. Вплив електромагнітних полів на стан здоров’я людини та деякі об’єкти довкілля

Ступінь впливу ЕМП на організм людини залежить від діапазону частот, інтенсивності та тривалості дії, характеру випромінювання (неперервного чи модульованого), режиму опромінювання, розміру поверхні тіла, що зазнає опромінювання, індивідуальних особливостей організму.

Електромагнітні поля можуть викликати біологічні та функціональні несприятливі особливості організму. Функціональні ефекти проявляються у передчасній втомлюваності, частих болях голови, погіршенні сну, порушенні функцій серцево-судинної та центральної нервової систем. Тривалий та інтенсивний вплив ЕМП призводить до стійких порушень та захворювань.

Біологічні несприятливі ефекти впливу ЕМП проявляються у тепловій та нетепловій діях. Теплова дія призводить до підвищення температури тіла та місцевого вибіркового нагрівання органів і тканин організму внаслідок переходу електромагнітної енергії в теплову. Таке нагрівання особливо небезпечне для органів із слабкою терморегуляцією (головний мозок, очі, нирки, шлунок тощо). Наприклад, випромінювання сантиметрового діапазону призводить до появи катаракти, тобто до поступової втрати зору.

Механізм та особливості нетеплової дії ЕМП радіочастотного діапазону до кінця ще не з’ясовані.

Електромагнітні поля антропогенного походження також не залишають без уваги екосистеми довкілля. Наприклад, ЛЕП викликають низку екологічних проблем. Спеціальні дослідження показали, що ЛЕП надвисокої та ультрависокої напруги (750–1150 кВ), які з екологічної точки зору є дуже небезпечними. Навколо них утворюються потужні електромагнітні поля, які негативно впливають на людину, порушують природну міграцію тварин, процеси росту рослин тощо.

Підготовка трас для ЛЕП, вирубування просік, встановлення опор, монтаж проводів та іншого експлуатаційного обладнання і подальша експлуатація ЛЕП зумовлюють відповідну реакцію з боку екосистеми. Вирубування лісу призводить до значної перебудови всього комплексу кліматичних факторів: на просіках збільшується швидкість вітру, змінюються температура та вологість повітря, влітку різко посилюється інтенсивність випаровування вологи з поверхні грунту й трав’яного покриву, що викликає пересихання поверхневих шарів грунту, а взимку на просіках накопичується надмірна кількість вологи, що сприяє вегетації рослин навесні. Розморожування та відтаювання грунту на просіках відбувається на 7–30 днів раніше, ніж у лісі. Це призводить до виникнення ерозійних процесів.

Утворення просік супроводжується також значними змінами тваринного компонента екосистем: спостерігається зникнення видів, що мешкають у кронах дерев: змінюється видовий склад, чисельність та різноманіття птахів тощо.

Без сумніву, ЛЕП впливають і на стан здоров’я людей. Розростання міст до мегаполісів наближує ЛЕП до новобудов. Допустимі норми електричного поля не повинні перевищувати 1 кВм^-1; для цього необхідно віддаляти опори ЛЕП на 30–40 м від житлових будівель.

Як зауважувалося раніше, електротранспорт, радіолокаційні та побутові прилади також є джерелами електромагнітних полів. Усі ділянки надвисокочастотного діапазону використовуються для радіозв’язку, у тому числі радіолокаційного та супутникового. У цьому діапазоні працюють практично всі військові радіолокатори (радари). Доведено, що характер дії випромінювання багатьох радарів за своїми характеристиками наближаються до легкопроникного радіаційного випромінювання. При тривалих опромінюваннях починається порушення дії імунного механізму.

Функціональні порушення, викликані ЕМП, здатні акумулюватися в організмі людини, але є зворотними, якщо значно зменшити вплив опромінювання.

Аналізуючи вищенаведене потрібно зробити висновок, що дію електромагнітних полів на організм людини та об’єкти довкілля потрібно нормувати за їх впливом.

9.4. Нормування складових електромагнітних полів

9.4.1. Допустимі рівні електромагнітних полів на робочих місцях

Простір навколо джерела ЕМП умовно поділяють на ближню зону (зону індукції) та дальню зону (зону випромінювання). Для оцінки ЕМП у цих зонах використовують різні підходи. Ближня зона охоплює простір навколо джерела ЕМП, що має радіус, який приблизно дорівнює 0,17 довжини хвилі. В цій зоні електромагнітна хвиля ще не сформована, тому інтенсивність ЕМП оцінюється окремо напруженістю магнітної та електричної складової поля (у більшій мірі несприятлива дія ЕМП в цій зоні обумовлена електричною складовою). У ближній зоні, зазвичай, знаходяться робочі місця, на яких присутні джерела електромагнітних випромінювань з довжиною хвилі меншою ніж 1 м (УВЧ, НВЧ, НЗВЧ). Інші – знаходяться практично завжди у дальній зоні, у якій електромагнітна хвиля вже сформувалася. У цій зоні ЕМП оцінюється за кількістю енергії (потужністю), що переноситься хвилею у напрямку свого поширення. Для кількісної оцінки цієї енергії застосовують значення поверхневої густини потоку енергії, що визначається у Втм^-2.

Допустимі рівні напруженості ЕМП радіочастотного діапазону на робочих місцях та в місцях знаходження персоналу, в яких є джерело ЕМП, регламентується за ГОСТ 12.1.006–84. Стандарт розповсюджується на ЕМП діапазону частот 60 кГц – 300 МГц. Електромагнітні поля цього радіочастотного діапазону слід оцінювати напруженістю електричної та магнітної складових, а у діапазоні частот 300 МГц – 300 ГГц поверхневою густиною потоку енергії.

Напруженість ЕМП в діапазоні частот 60 кГц–300 МГц на робочих місцях персоналу протягом однієї доби не повинна перевищувати встановлених гранично допустимих рівнів (ГДР) див.табл.9.1.

Таблиця 9.1.