Воздействие электромагнитных полей на живые организмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минестерство образования и науки Российской Федерации

Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)

Факультет Аэромеханики и Летательной Техники

Кафедра биофизики и экологии

Реферат

По курсу "Безопасность жизнедеятельности"

На тему "Воздействие электромагнитных полей на живые организмы"

Выполнил студент 162 группы

Ведерников Дмитрий Вячеславович

Жуковский 2015

Содержание

Введение

Электромагнитное загрязнение окружающей среды

Источники и масштабы электромагнитного загрязнения

Биологическое действие электромагнитных полей

Система защиты окружающей среды от радиочастотных излучений

Нормирование ЭМП

Методы инструментального контроля электромагнитных полей

Методы защиты населения от ЭМП

Заключение

Список использованной литературы

Введение

электромагнитный загрязнение радиочастотный защита

Чуть более 100 лет отделяет нас от крупнейшего события XIX века - изобретения радио. Оно радикально повлияло на научно-технический прогресс, развитие цивилизации. Электромагнитные волны нашли применение не только для целей передачи сообщений на расстояние. Можно без особого труда приведет множество примеров их применения в самых разных сферах деятельности. Один из них - использование отдельных участков радиочастотного спектра в медицине. Сегодня можно смело утверждать, что радио величайшее благо для человечества.

Широкое применение волновых электромагнитных процессов в повседневной жизни привело к тому, что к естественным электромагнитным полям, которые сопутствовали зарождению и развитию жизни на Земле, добавились искусственные, преднамеренно создаваемые самыми разными излучающими устройствами, в первую очередь, антеннами радиопередающих устройств систем радиосвязи, телевидения и радиовещания. Общеизвестно, что электромагнитные волны являются биологически активным фактором. Наряду с уже упоминавшимся использованием электромагнитных волн в целях исцеления от недугов, к сожалению, обнаружено и неблагоприятное воздействие радиочастотных излучений на окружающую среду и, в том числе, на человека.

Цели данной работы:

Показать, что проблемы электромагнитной экологии приобрели общественно важное значение.

Рассказать о системе защиты от радиочастотных излучений, в частности, о мировой практике нормирования электромагнитных полей.

Электромагнитное загрязнение окружающей среды

Воздействия человека на окружающую среду - это антропогенное воздействие. Одним из видов антропогенного воздействия является антропогенное загрязнение.

Загрязнение вообще - это неблагоприятное изменение нашего окружения, являющееся полностью или в основном побочным результатом деятельности человека. Загрязнение, связанное с деятельностью человека, называют антропогенным загрязнением.

Антропогенное загрязнение - это вещество и энергия либо вообще не характерные для биосферы, либо не характерны их концентрации и интенсивности.

Рис. 1.1. Классификация антропогенных загрязнений

Источники и масштабы электромагнитного загрязнения

В таблице 1 показаны Частотные диапазоны электромагнитного спектра в полосе частот 300 Гц - 300 ГГц

Таблица 1

Для того чтобы уменьшить взаимное влияние различных технических средств друг на друга, а также снизить уровень радиопомех, проведена международная регламентация каждого используемого диапазона.

Подсчитано, что человечество использует миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, биомассы, атмосферного кислорода, а в полезный продукт переходит лишь один процент затраченных природных ресурсов. Это в полной мере относится и к электромагнитному полю. Если предположить, что для нормальной работы каждого приемного устройства необходима мощность 1 мВт, то нетрудно подсчитать, что для полного изъятия из окружающей среды электромагнитной энергии одного передатчика мощностью 100 кВт необходимо иметь 100 млн. приемников. Таких передатчиков только в России сотни и даже тысячи…

Следует учитывать, что электромагнитную энергию излучают и множество других технических средств, основные функции которых не связаны с преднамеренным процессом излучения, например, энергетические установки, электрифицированный транспорт, линии электропередач (ЛЭП), бытовые приборы, компьютеры и т.п.

В последние несколько десятилетий применение устройств, которые излучают ЭМП, значительно возросло. Начало освоения человеком ЭМП связано с использованием диапазона длинных волн (длина волны 1…10 км), что было обусловлено развитием радиосвязи и радиовещания в этом диапазоне. Затем бурными темпами стало развиваться телевидение, и диапазон используемых длин волн стал расширяться в сторону их укорочения. С развитием радиолокации и радионавигации активно стали осваиваться диапазоны метровых, дециметровых и сантиметровых волн. В настоящее время трудно назвать такую область науки, техники, народного хозяйства, где бы ни использовалась радиоэлектронная аппаратура, в том числе излучающая ЭМП.

Основным «поставщиком» ЭМП в окружающую среду являются радиотехнические системы телекоммуникаций. Это связано с тем, что излучение ЭМП - неотъемлемое явление для радиоканала. Излучающие технические средства радиосвязи, радиовещания и телевидения распределяются по территориям, как правило, равномерно. Это делается для того, чтобы создать необходимую интенсивность ЭМП в местах пребывания людей, (чтобы работали приемники).

Исторически сложившаяся ситуация с размещением технических средств обостряет вопросы электромагнитной экологии, поскольку строили и размещали излучающие технические средства так, чтобы было удобно эксплуатировать, не задумываясь об экологических последствиях. Результат - излучающие технические средства попали в границы городов, телецентры - в самых населенных местах и т.д. Как следствие всего этого, под высокие уровни ЭМП попал не только обслуживающий персонал излучающих технических средств, но и население близлежащих территорий. Однако радиосвязь, радиовещание и телевидение - достижение цивилизации и никто не собирается отказываться от них.

Центральные частоты и частотные диапазоны и выделенные для использования в промышленности, науке и медицине

Таблица 2

В проблемах электромагнитной экологии выделилось три направления:

- биофизическое, занимающееся вопросами исследования взаимодействия биологических тканей с ЭМП;

- медико-биологическое, которое занимается изучением и нормированием воздействующего фактора на окружающую среду и человека;

- научно-техническое, целью которого является разработка методов и средств анализа в окружающей среде ЭМП и защиты от них в случае необходимости.

Биологическое действие электромагнитных полей

На рис. 2 приведена характерная зависимость показателей жизнедеятельности организмов от абиотического фактора, в качестве которого здесь выступают электромагнитные поля. Медико-биологическими исследованиями доказано, что живые организмы не могут нормально функционировать без естественных ЭМП. Доказано участие естественной радиации и естественных ЭМП в образовании из неорганических веществ аминокислот, составляющих белок. Эти поля сопутствовали зарождению и развитию жизни на Земле, а также участвовали в эволюции человека. В реальных условиях естественные ЭМП изменяются в течение суток и по сезонам, зависят от географических координат и от 11-ти летнего цикла активности Солнца и других факторов. Можно выделить диапазон изменения интенсивностей естественных ЭМП, который сформировался и существует многие миллионы лет. Этот диапазон интенсивностей естественных ЭМП является «привычным» для живых организмов, его называют зоной оптимальных условий. Гипогеоэлектромагнитные условия, т.е. условия, когда уменьшено или вовсе отсутствует электрическое и/или магнитное поле Земли, приводят к стрессовому состоянию организмов и, в конце концов, к его смерти (предел устойчивости 1). Особенно опасны гипогеомагнитные условия, однако, их весьма сложно реализовать технически. Уровни естественных геомагнитных полей могут быть снижены в 2...5 раз, в жилых зданиях, выполненными из железобетонных конструкций - в 1,3...1,5 раза, на Останкинской телебашне в служебных помещениях - в 1,5...2,3 раза, а в кабинах скоростных лифтов - в 15...19 раз, в кабинах буровых установок и экскаваторов - в 1,8...8,5 раз, в салонах легковых автомобилей - в 1,5...3 раза и т. д.

Рис 2

Как особая форма существования материи, ЭМП описывается характерными для волновых процессов физическими величинами и параметрами. К ним относятся напряженность электрического и магнитного полей, длина волны (частота), поляризация, вид модуляции, фаза и т.д. В самомобщем случае поле может представлять собой сложную структуру, т.е. иметь, например, в декартовой системе координат до трех компонент электрического и трех компонент магнитного полей. Следует помнить, что

ЭМП подчиняются принципу суперпозиции, т.е. в одной точке пространства может существовать множество различных ЭМП. Основной дозиметрической величиной ЭМП с частотой выше 300 МГц является интенсивность поля, измеряемая как плотность потока энергии в ваттах на квадратный метр Вт/м2 (или мВт/см2 и мкВт/см2). Для того, чтобы поля радиочастот могли вызвать тяжелые отрицательные последствия для здоровья, например, катаракты и ожоги кожи, их плотность потока энергии должна превышать 1000 Вт/м2. Такие величины практически не встречаются в повседневной жизни человека, за исключением участков территорий, прилегающих к мощным радиолокационным станциям.

В практике мировой дозиметрии введен параметр SAR (Specific Absorbed Rate) - удельная поглощенная мощность (УПМ), который представляет собой поглощенную энергию ЭМП единицей массы биологического объекта, и имеет размерность ватт на килограмм (Вт/кг) или милливатт на грамм (мВт/г). Этот параметр можно усреднять по общей массе биологического объекта, либо по его отдельным частям (органам), либо определять дифференциальное значение в виде отношения поглощенной энергии бесконечно малым элементом объема к его массе.

Рис. 3 иллюстрирует расчетное изменение средней УПМ для среднего человека в зависимости от частоты падающей плоской волны для трех видов поляризации поля Плотность потока энергии падающей волны составляла 10 Вт/м2. При Е-поляризации вектор напряженности электрического поля параллелен продольной оси модели человека, при Н-поляризации вектор напряженности магнитного поля параллелен продольной оси модели человека, а К-поляризация соответствует распространению волны вдоль оси модели человека.

Рис 3

Важной характеристикой является глубина проникновения ЭМП в таблице 2 приведены соответствующие характерные значения.

Система защиты окружающей среды от радиочастотных излучений

Перечислим факторы, определяющие экологическую опасность электромагнитного поля технических средств телевидения и ЧМ радиовещания:

- размещение на территории населенных пунктов;

- одновременная работа нескольких телевизионных и радиовещательных программ;

- размещение антенн на высоких опорах;

- ориентация излучения антенн на зону обслуживания, в том числе и на прилегающую территорию;

- сравнительно высокие излучаемые мощности каждого технического средства - от нескольких киловатт до 50 кВт;

- работа в диапазонах ОВЧ и УВЧ, где выявлена наибольшая биологическая активность электромагнитных полей.

При решении проблем электромагнитной экологии для технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения необходимо обеспечить комплексное исследование проблемы с учетом всех важнейших взаимосвязей.

Рисунок 4 показывает систему структуру системы защиты окружающей среды и человека от ЭМП

Рис 4

Нормирование ЭМП

Предельно допустимые уровни ЭМП устанавливаются в диапазоне частот до 300 МГц по напряженности электрического поля Е в В/м, по напряженности магнитного поля Н в А/м. Иногда в зарубежных стандартах нормируется индукция магнитного поля, которая выражается в Тл (мТл, мкТл) - 1мТл соответствует 800 А/м.

В диапазоне частот выше 300 МГц предельно допустимые уровни устанавливаются по плотности потока энергии ППЭ в Вт/м2 (мВт/см2 и мкВт/см2).

При нормировании ЭМП для производственного персонала принят, так называемый, дозный подход, при котором по аналогии с радиоактивным излучением нормируется предельная доза энергии, поглощаемая телом человека в электромагнитном поле. Такой подход позволяет учитывать временной фактор и оценивать опасность ситуации, при которой человек в течение рабочей смены должен работать в электромагнитных полях различных уровней и частотных диапазонов. Дозу облучения ЭМП называют энергетической экспозицией - ЭЭ (иногда энергетической нагрузкой - ЭН).

В диапазоне частот до 300 МГц энергетическая экспозиция для электрического поля ЭЭЕ нормируется в (В/м)2Чч, а для магнитного поля ЭЭН в (А/м)2Чч. В диапазоне частот выше 300 МГц энергетическая экспозиция нормируется по плотности потока энергии ЭЭППЭ - размерность ВтЧч/м2 (мкВтЧч/см2).

Методы инструментального контроля электромагнитных полей

Приборы для измерения электрических и магнитных полей состоят из трех основных частей: зонд (измерительная антенна), соединительный кабель и измерительный прибор. Сложность критериев оценки электромагнитной обстановки и структуры полей определяют следующие требования к измерительной аппаратуре для инструментального контроля электромагнитных полей вблизи основных излучающих средств телекоммуникаций:

* приборы должны быть частотно избирательными;

* зонд должен реагировать только на электрическое или магнитное поле и не реагировать на оба одновременно;

* зонд не должен в значительной степени искажать структуру измеряемого поля;

* кабель, соединяющий зонд с измерительным прибором, не должен искажать структуру поля и иметь антенного эффекта;

* частотный диапазон зонда должен соответствовать диапазону частот измеряемых полей;

* если измерения проводятся в реактивном ближнем поле, размеры зонда должны быть меньше четверти длины волны для самой высокой имеющейся частоты;

* прибор должен обеспечивать измерение одного или нескольких следующих параметров:

- средней плотности потока энергии (мкВт/см 2),

- среднего значения электрического поля (В/м),

- среднего значения магнитного поля (А/м).

* прибор должен показывать корень среднеквадратического значения параметра измеряемого поля;

* для случая изменяющихся полей (радиолокационные станции, измерение ЭМП в движении) должно быть известным время быстродействия прибора; желательно иметь время быстродействия около 1 секунды или меньше так, чтобы поля были легко обнаруживаемыми;

* зонд должен обеспечивать раздельное измерение трех ортогональных пространственных составляющих поля; это может быть выполнено либо с помощью применения изотропной антенны или с помощью физического вращения зонда в трех ортогональных плоскостях;

* прибор в целом должен обладать достаточной помехозащищенностью для работы в мешающих полях больших уровней, работать не только в стационарных, но и полевых условиях.

Методы защиты населения от ЭМП

За счет планировочных и градостроительных мероприятий можно снизить уровень ЭМП как на территории жилой зоны, так и внутри зданий.

Определенная ориентация зданий - глухим торцом к излучению, уменьшение этажности, увеличение разрывов между зданиями могут снизить уровень поля на 3…10 дБ. К сожалению, планировка и застройка селитебных территорий, прилегающих к излучающим объектам, как правило, осуществляется без учета мероприятий по защите населения от ЭМП. Это приводит в дальнейшем к осложнениям в отношениях между населением и владельцами излучающих объектов, что обычно кончается не в пользу последних.

Неприменимы для населения индивидуальные средства защиты, как не только создающие гипогеоэлектромагнитные условия, но и просто не эстетичные и не естественные атрибуты для человека.

Средства индивидуальной защиты применяются обычно для производственного персонала, когда другие защитные меры невозможны или недостаточно эффективны: при проходе через зоны повышенной интенсивности ЭМП, при ремонтных и наладочных работах в аварийных ситуациях, во время кратковременного контроля и измерения ЭМП. Такие средства неудобны для человека, ограничивают его подвижность и возможность выполнения операций, ухудшают гигиенические условия.

Средства индивидуальной защиты основаны на принципе экранирования человека поглощающими и отражающими материалами.

Для защиты тела применяется одежда из металлизированных тканей и радиопоглощающих материалов. Металлизированная ткань состоит из хлопчатобумажных или капроновых нитей обвитых или совмещенных с тонкой металлической проволокой. Ткань становится подобной металлической экранирующей сетке.

Индивидуальная защита необходима для людей с имплантированными (вживленными) кардиостимуляторами - устройствами для регулирования частоты сердечных сокращений. Работоспособность кардиостимуляторов может быть нарушена внешними ЭМП. Чтобы обезопасить людей, в некоторых странах выпускают экранирующие рубашки из радиозащитной ткани.

Заключение

Мы познакомились со специфическим видом антропогенного загрязнения окружающей среды - электромагнитным загрязнением, его основными видами, масштабами. Получили общее представление о биологическом действии электромагнитных полей.

Мы узнали, что не все так безнадежно - существует целая система защиты окружающей среды от радиочастотного излучения. Главной линией «обороны» в системе защитных мероприятий является нормирование электромагнитных полей. С проблемой нормирования тесно смыкаются проблемы расчетного прогнозирования и инструментального контроля.

Список использованной литературы

Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. -М.: Радио и связь, 2000. - 240 с.

Бузов А.Л., Сподобаев Ю.М. Электромагнитная экология. Основные понятия и нормативная база. - М.: Радио и связь, 1999. - 78с.

Методические указания по определению напряженности электромагнитного поля и гигиенические требования к размещению коротковолновых передающих радиостанций. - Киев: Минздрав УССР, 1968. -12с.

Размещено на Allbest.ru