Исследования защиты человека от воздействия СВЧ-излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра безопасности жизнедеятельности

отчет

по лабораторной работе

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Тема: «Исследования защиты человека от воздействия СВЧ-излучения»

Санкт-Петербург 2021

Цель работы: ознакомление с санитарно-гигиеническим нормированием излучения радиочастот и изучение методов защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором.

Исследуемые закономерности: в работе надо изучить зависимости интенсивности СВЧ облучения от расстояния до источника, от положения рабочего места по отношению к направлению максимума излучения антенны, влияние материала и конструкции защитных экранов на уровень облучения.

Рис. 1 Лабораторная установка

Установка имитирует встречающиеся на производстве условия работы персонала при работе с устройствами СВЧ. В качестве источника СВЧ-излучения используется генератор Ганна, который настроен на частоту 10 ГГц. Выходная мощность генератора 4 мВт, сечение волновода 23х10 мм. Мощность излучения СВЧ измеряется стационарным прибором (милливатметром) с рупорной приемной антенной. Для отсчета расстояния между плоскостями раскрыва рупоров генератора СВЧ и измерителя мощности имеется направляющая со шкалой.

Пространство около излучающей антенны условно делится на ближнюю, переходную и дальнюю зоны. В ближней и переходной зонах формируется поле излучения (волновое поле). Здесь наблюдается сложный характер зависимости напряжённостей электромагнитного и магнитного полей от расстояния до плоскости раскрыва антенны.

Рис. 2

Граница начала дальней зоны излучающей антенны в направлении главного максимума излучения соответствует расстоянию: l_д L²/, где L - максимальный размер раскрыва антенны; - длина волны СВЧ-излучения в воздухе. Для используемой в работе антенны L = 9 см, = 3 см и l_д27 см.

Наиболее характерными для СВЧ-гигиены являются измерения в дальних (волновых) зонах источников СВЧ-излучения. Для оценки интенсивности облучения в интересующих точках исследуемой части пространства (рабочей зоне помещения и др.) на выбранном месте используются измерители плотности потока мощности. В лабораторной работе в качестве измерителя установлена рупорная приёмная антенна. Чтобы определить ППЭ_э, необходимо знать мощности излучения Р_пр и эффективную площадь приёмной антенны S_эф:

ППЭ_э = P_пр/S_эф, (1)

Эффективная площадь антенны связана с её коэффициентом усиления G_пр соотношением:

S_эф = (/4)* G_пр, (2)

где - длина волны.

Коэффициент усиления антенны G_пр показывает, во сколько раз значение сигнала, созданного этой антенной в дальней зоне в направлении максимума излучения, превышает значение сигнала, который мог быть создан ненаправленной антенной, находящейся на том же расстоянии от места приема и излучающей ту же мощность. Иногда коэффициент усиления выражают в децибелах:

Где P - мощность источника излучения, P_экв - эквивалентная мощность направленного источника, приведенная к мощности изотропного источника.

Теоретическая плотность потока энергии ППЭ_т на расстоянии l от антенны в направлении максимума вычисляется по формуле:

ППЭ_т = ((P_гG_п)/ 4 l²)*F², (3)

где P_г - выходная мощность генератора; G_п - коэффициент усиления передающей антенны по мощности; F - коэффициент искажения, учитывающий реальные условия облучения, т. е. интерференцию прямого луча от антенны и лучей, отраженных от окружающих предметов.

Коэффициент F - сложная колеблющаяся функция расстояния между антеннами. Для данной работы в первом приближении принимаем F = 1. Расчёт ППЭ следует выполнить для l, равного 30-95 см. В используемом макете коэффициент усиления приёмной и передающей антенн G_п = G_пр = 55.

Основные теоретические положения

Виды воздействия ЭМП:

· механическое воздействие (силы, возникающие при взаимодействии тока и магнитного поля, которые воздействуют на предметы);

· тепловое воздействие (нагрев тела и отдельных предметов);

· нетепловое воздействие: информационное или биологическое.

Защита человека от действия ЭМП

Для ограничения вредного воздействия ЭМП радиочастот по требованиям ГОСТ 12.1.006-84 и СанПиН 2.2.4.1191-03 установлены предельно допустимые уровни по значениям напряженности электрического E, В/м, и магнитного полей H, А/м, для частот 10 кГц…300МГц (длины волн от 30км до 1 м) и по плотности потока энергии (ППЭ) или плотности потока мощности (ППМ), Вт/м² , для частот 300 МГц…300ГГц (длины волн от 1 м до 1 мм).

Защита человека от сверхвысокочастотного (СВЧ) облучения осуществляется за счет ограничения расстояния до источника или времени нахождения в зоне облучения, экранирования рабочего места или источника излучения, а также использования средств индивидуальной защиты.

Мероприятия по защите персонала от воздействия ЭМП:

1. Организационные мероприятия:

-нормирование параметров облучения;

-выбор рациональных режимов работы установок;

-ограничение времени нахождения персонала в зоне облучения;

-нанесение предупредительных надписей и знаков.

2. Инженерно-технические мероприятия:

-использование коаксиальных линий передач высокочастотной энергии;

-размещение рабочих мест в зонах ниже предельно допустимых интенсивностей излучений (защита расстоянием);

-использованием средств подавления электромагнитных полей в источнике, на пути распространения (экранирование)

-устранение паразитных наводок на электросетевые провода, сети водопровода и отопления, которые могут быть переизлучателями электромагнитной энергии.

Средствами защиты от ЭМП, особенно СВЧ-диапазона, на пути их распространения служат мелкая металлическая сетка, металлизированные ткани, специальные радиозащитные очки и др. поглощающие или отражающие материалы, которые выбираются исходя из частоты, вида ЭМП и необходимого коэффициента экранирования.

3. Лечебно-профилактические

Медико-профилактические мероприятия включают в себя:

-предварительные и периодические медосмотры;

-гигиенические и терапевтические мероприятия по лечению пострадавших от электромагнитного воздействия;

-временный или постоянный перевод на другую работу категорий граждан с выраженными формами профессиональной патологии или усугубляющимся в результате электромагнитного воздействия общими заболеваниями, а также женщин в период беременности и кормления;

-недопущение к самостоятельной работе лиц моложе 18 лет.

Протокол измерений

Таблица 1. Зависимость мощности приемника от расстояния до источника

Таблица 2. Диаграмма направленности антенны

Таблица 3. Исследование защитных свойств экранов из различных материалов

Обработка результатов эксперимента

1. Исследование зависимости интенсивности излучения от расстояния до источника.

1. Заготовьте таблицу произвольной формы: Расстояние, см Мощность, мВт.

2. Снимите зависимость Р_пр(l) в ближней и переходной зонах (на расстояниях до антенны l<30 см). Для этого выполните следующие действия:

· установите стойку генератора напротив измерителя мощности так, чтобы оси волноводов совпадали и расстояние между плоскостями раскрыва рупоров равнялось 5 см;

· произведите измерение мощности излучения, выжидая при каждом измерении 2…3 с, когда показания прибора стабилизируются;

· плавно увеличивая расстояние между излучателем и приемником до 30 см, снимите зависимость показаний прибора от расстояния, фиксируя максимумы и минимумы мощности, а также расстояния, на которых они находятся. Измерения провести не менее трех раз.

3. Снимите зависимость Р_пр(l) в дальней зоне (l=30…90 см),изменяя расстояние через 5 см. Измерьте мощность в тех же точках, перемещая стойку в обратном направлении (измерения провести не менее трёх раз).

Рис. 3 Зависимость интенсивности излучения от расстояние до источника

Таблица 4.

2. Снятие диаграммы направленности антенны.

1. Заготовьте таблицу произвольной формы: угол поворота, …^о, Мощность, мВт.

2. Установите стойку с рупором напротив измерителя мощности так, чтобы оси волноводов совпадали и расстояние между плоскостями раскрыва рупоров равнялось 30…95см (по указанию преподавателя).

3. Проведите измерения при повороте рупора излучателя на 5, 10, 15, 20, 25, 30 в направлении «от себя». Для исключения поворота антенны в направлении «на себя» и облучения во время работы служит ограничитель.

4. Повторите измерения, возвращая рупор в исходное положение.

Таблица 5.

Рис. 4 Диаграмма направленности антенны

3. Исследование защитных свойств экранов из различных материалов

1. Установите по указанию преподавателя стойку генератора с рупором на расстоянии l =30…50 см от плоскости рупора приемника.

2. Измерьте мощность излучения без экрана.

3. Вставьте в отверстия направляющих экран 1 (резина со сложной поверхностью), измерьте мощность излучения с экраном. Результаты запишите в таблицу произвольной формы. Определите коэффициент ослабления, или экранирования излучения экранами (отношение мощности без экрана Р1 и с экраном Р2) Кэкр = Р1/Р2

4. Повторите измерения мощности по п.3, устанавливая другие экраны (2-10 - по указанию преподавателя). Измерения следует провести не менее трёх раз.

Таблица 6.

4. Вычислите экспериментальные значения плотности потока мощности ППЭэ и теоретические значение ППЭт для дальней зоны, расчетные значение сравните с экспериментальными. Ответьте на вопрос, почему экспериментальные и расчетные формулы расходятся. Используя приведённые ранее формулы, рассчитайте безопасное расстояние до антенны без экрана при используемой мощности генератора 4 мВт в направлении максимума излучения при предельно допустимой ППЭ. По указанию преподавателя проведите аналогичный расчет при другой, повышенной мощности генератора.

Экспериментальные значения ППЭ_э для дальней зоны:

ППЭ_э = P_пр/S_эф

S_эф = (²/4)* G_пр эффективная площадь антенны

G_пр=55 - коэффициент усиления передающей антенны

=3см - длина волны СВЧ - излучения в воздухе;

(3²/4*3.14)*55=39.4 см²=0,00394 м²

ППЭ_{э =} 0,11 * 10^-3 / 39,4 * 10 ^-4 = 0,028 Вт/м²

Таблица 7.

Теоретические значения ППЭ_т для дальней зоны:

ППЭ_т = ((P_гG_п)/ 4 l²)*F²

Gп=55 - коэффициент усиления передающей антенны;

Pг = 4 мВт - выходная мощность генератора;

F=1 - коэффициент искажения;

Таблица 8.

Экспериментальные и теоретические значения плотности потока энергии различаются в 3 -7 раз. Различие обусловлено допущением, что значение коэффициента F вместо колеблющейся функции принято за единицу. Остальные погрешности (приборные, методологические и т.п.) малы по сравнению с погрешностями от этого допущения.

облучение антенна электромагнитный

Рис. 5 Теоретические и экспериментальные значения плотности потока мощности (ППЭ)

Расчет безопасного расстояния до антенны без экрана (при допустимой ППЭ = 0,1 мВт/смІ)

Выводы

Наиболее эффективная защита от СВЧ-излучения по результатам эксперимента - мелкая сетка и дистиллированная вода. Чуть хуже защищает резина. Хуже всего защищает органическое стекло и защитная ткань.

Защита человека от СВЧ - излучения заключается в увеличении расстояния от него до источника излучения, использовании средств индивидуальной защиты, экранирования источника излучения.

В технических средствах защиты от электромагнитных излучений используют явления отражения и поглощения энергии излучателя, применяя различные виды экранов и поглотителей мощности. Благодаря высоким коэффициентам поглощения и почти полному отсутствию волнового сопротивления металлы обладают высокой отражательной и поглощательной способностью и поэтому широко применяются для экранирования.

Плотность потока энергии (ППЭ) электромагнитного поля в волновой зоне убывает по квадратичной зависимости от расстояния до источника излучения. В ближней зоне - убывает по зависимости в виде колебательного процесса.

Размещено на Allbest.ru