Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Департамент электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ

Факультет Московский институт электроники и математики

образовательная программа «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Выпускная квалификационная работа - бакалаврская работа

по направлению подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Исследование и оценка уровней электромагнитных излучений для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека

Студентка Живолуп О.С.

Научный руководитель

к.т.н., профессор Грачев Н.Н.

Москва 2019



Оглавление

• Введение
• 1. Биологические исследования влияния электромагнитного излучения на здоровье человека
• 1.1 Исследования влияния на молекулярном и клеточном уровне
• 1.2 Исследования влияния на органы тела
• 1.3 Исследования влияния на нервную систему
• 1.4 Исследования зависимости возникновения раковых опухолей от интенсивности электромагнитных излучений
• 1.5 Остальные исследования
• 2. Санитарные правила и нормы, предельно допустимые уровни
• 3. Методики проведения измерений
• 4. Меры защиты от воздействия электромагнитного изучения
• 5. Измерения и расчеты электромагнитных излучений бытовых устройств
• 5.1 Измерения электромагнитного излучения мобильного телефона
• 5.2 Измерение излучений микроволновой печи
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• На сегодняшний день сложно представить себе жизнь современного человека без использования каких-либо электронных устройств. Сегодня количество электромагнитного излучения от различных устройств (как базовых станций, так и бытовых приборов) значительно превышает уровень электромагнитного излучения в природе, что ставит под сомнение его безопасность для здоровья человека.
• Растущее число публикаций в области электромагнитной безопасности свидетельствует о несомненном интересе ученых к проблеме вреда электромагнитного излучения для организма человека. Однако, несмотря на то, что было проведено много исследований по этой теме, четкого ответа на вопрос о том, насколько безопасным для человека является электромагнитное излучение, пока не дано. Также изучение электромагнитной безопасности требует большего рассмотрения конкретных проблем излучения персональных гаджетов и бытовой техники.
• Целью данной работы является заключение выводов относительно вреда электромагнитных излучений электронных устройств для здоровья человека.
• Задачи исследования:

· анализ существующей информации, последних исследований ученых на тему влияния электромагнитного излучения на организм человека;

· подбор основных документов в Российской Федерации, устанавливающих предельные уровни электромагнитных излучений различных источников. Анализ данной документации;

· описание официальных установленных методик проведения измерений электромагнитных излучений;

· проведение измерений плотности потока энергии избранных электронных устройств и получение соответствующих результатов;

· составление итоговых выводов.

Объектом исследования является электромагнитное излучение. Предметом исследования - электромагнитное излучение электронных устройств и его влияние на организм человека.

Рассматриваемый вопрос может представлять большой интерес как для ученых, занимающихся вопросами электромагнитной безопасности, так и для всех пользователей электронных устройств.

Работа содержит введение, 5 глав и заключение.



1. Биологические исследования влияния электромагнитного излучения на здоровье человека

Электромагнитные волны, генерируемые многими природными и искусственными источниками, могут распространяться на большие расстояния и играть очень важную роль в повседневной жизни. В частности, электромагнитные поля в радиочастотной зоне используются в связи, радио- и телевизионном вещании, сотовых сетях и беспроводных системах внутри помещений. Хотя положительный аспект технологических инноваций значительно облегчает жизнь, важно учитывать то, что в результате технологических нововведений постепенно увеличивается использование электромагнитных полей, и поэтому люди подвергаются воздействию электромагнитных волн на уровнях, значительно превышающих уровни, присутствующие в природе. Дискуссия о вредном воздействии электромагнитных волн на здоровье человека продолжается с момента открытия электричества в XIX веке.

В частности, резко увеличилось и продолжает увеличиваться число пользователей мобильных телефонов, что вызывает серьезную обеспокоенность ученых в связи с их потенциальным ущербом для людей, подвергающихся воздействию радиочастотных волн. Поскольку мобильные телефоны используются в непосредственной близости с головой и мозгом человека, и требуют большого количества антенн базовых станций, общественность и ученые все чаще поднимают вопрос о влиянии мобильных телефонов на здоровье.

1.1 Исследования влияния на молекулярном и клеточном уровне

В статье [1] Miyakoshi описывает главные принципы исследований воздействия электромагнитных излучений на клетки человека и обсуждает общие результаты недавних проведенных исследований. Данная статья была написана специально для инженеров, с целью описать все возможные на сегодняшний день методы биологических исследований влияния электромагнитного излучения на организм человека. Автор приводит теоретические основы микробиологических процессов в клетках под воздействием электромагнитного излучения и детально анализирует результаты последних исследований. В статье перечислены основные методы исследования клеток человека на предмет воздействия электромагнитного излучения. В результате этих исследований было установлено, что электромагнитное излучение не влияет на клетки человека. Исследование имеет огромное значение для инженеров, чтобы понять основные клеточные и молекулярные процессы и важность биологических воздействий для беспроводных технологий. Однако этих результатов недостаточно, чтобы доказать безопасность электромагнитного излучения для здоровья человека.

Основное общее мнение современных ученых заключается в том, что на данный момент нет прямых доказательств вредного воздействия электромагнитного излучения на здоровье человека. Последние исследования в области изменения ДНК-структуры клетки под воздействием ЭМИ показали, что различные размеры электромагнитных волн не оказали какого-либо влияния на ДНК на разных клеточных уровнях. Например, в опубликованном всеобъемлющем обзоре Brusick et al. [2] сообщается об отсутствии прямых мутагенных эффектов радиочастотных сигналов на клетки. С другой стороны, в последние годы также было опубликовано много исследований, показавших обратный результат биохимического или клеточного воздействия электромагнитных полей. Marino и Becker [3] показали, что статические или очень низкочастотные электромагнитные поля могут приводить к биологическим эффектам, связанным с перераспределением ионов. Кроме того, многие исследования показали, что биологические эффекты низкочастотных магнитных полей могут проникать в более глубокие ткани.

Foletti et al. [4] показали, что электромагнитное излучение может оказывать влияние на некоторые клеточные функции, такие как пролиферация и дифференциация клеток. Tian et al. в статье [5] показали его влияние на апоптоз, Takahashi et al. [6] - на синтез ДНК, Goodman et al. [7] - на транскрипцию РНК, Goodman и Henderson [8] - на экспрессию белка, Zrimec et al. [9] - на синтез АТФ, Milani et al. [10] на метаболическую активность, и Wolf et al. [11] - на NFkB и деструкции клеток. Результаты этих исследований можно увидеть в сводной таблице 1, на которой видно, что зачастую ученые приходили к противоречащим друг другу выводам.

Таблица 1

Автор	Год	Исследуемые объекты	Частоты	Результаты
Goodman et al.	1983	транскрипция РНК	импульсная ЭДС	повышенная активность мРНК
Takashi et al.	1985	синтез ДНК	10-100 Гц	синтез ДНК не подавляется
Goodman and Henderson	1988	клетки слюнных желез	1,5-72 Гц ELF	изменяет синтез полипептидов
Maes et al.	1997	клетки периферической крови	935.2 МГц	слабый эффект ДНК не повреждена
Malyapa RS et al.	1997	митомицин С клетки бластомы человека	835.62 и 847.74 МГц
Malyapa RS et al.	1997	культивируемые клетки млекопитающих	2450 МГц	ДНК не повреждена
Brusick et al. Vijayalaxmi et al	1998 2000	нуклеиновые кислоты, клетки периферической крови	800-3000 мГц, 2450 мГц	непосредственно мутагенный эффект, преимущественно гипертермия ДНК не повреждена
Milani et al. Tian et al.	2001 2002	человек	EMF, ELF и X-Ray	отклонения метаболизма
		апоптоз лимфоцитов		подавление апоптоза
Zyrmec, Jerman, Lahajnar	2002	синтез АТФ в E. Coli	100 Гц	стимулирование синтеза АТФ
Tice et al.	2002	лейкоциты	837 и 1909.8 МГц	ДНК не повреждена
Wolf et al.	2005	NfkB и разрушение клеток	50 Гц	влияние на пролиферацию клеток и повреждение ДНК

Choi и Choi в [12] описывают свой эксперимент, определяющий влияние электромагнитного излучения смартфонов на пространственную рабочую память и пролиферацию клеток-предшественников в гиппокампе. Работа проводилась на экспериментальных мышах: особи обоих полов были случайным образом разделены на две группы, одна из которых была подвергнута радиомагнитному излучению. После эксперимента было проведено сравнение клеток гиппокампа, и между двумя группами не было значительных различий в пролиферации клеток-предшественников гиппокампа. Эти данные указывают на то, что хотя хроническое электромагнитное излучение не влияет на пространственную рабочую память и пролиферацию клеток-предшественников гиппокампа.

Также существуют и исследования, доказывающие положительное влияние электромагнитного излучения на клетки и предлагающие его практическое применение в медицине. Так, Giladi et al. [13] продемонстрировали, что ЭДС промежуточной частоты эффективно для задержки роста клеток, после чего Kirson et al. [14] указали, что это влияние на рост клеток можно использовать в терапевтических целях при лечении раковых заболеваний (повышение эффективности химиотерапии).

ЭМП очень высокой частоты оказывает тепловое и нетепловое воздействие на биологические системы. Этот термогенный эффект в основном связан с интенсивностью ЭДС, которая выражается в виде удельной скорости поглощения (SAR). Тепловой эффект или повышение температуры приводят к различным изменениям клеточных функций, что может привести к разрушению клеток. Morrissey et al. [15] показали, что биологические эффекты могут проявляться даже при очень небольших изменениях температуры в экспериментальных моделях in vitro.

Также было представлено много работ, показывающих, что слабая ЭДС не оказывает существенного влияния на биологические системы. В данных эпидемиологических исследованиях не было обнаружено никаких существенных доказательств, подтверждающих подозрения, что воздействие электромагнитных волн может привести к раку. Влияние электромагнитных полей на разные клеточные линии изучалось в последние 30 лет, и никаких доказательств их прямого или косвенного повреждения ДНК обнаружено не было. Maes и Verschaeve [16] подвергали клетки периферической крови воздействию электромагнитного поля частоты 935 и 2450 МГц и сообщили об отсутствии повреждения ДНК в клетках через 2 часа. Malyapa et al. [17] изучили влияние электромагнитных сигналов на частоте 2450 МГц на клетки человеческой глиабластомы и клеточные линии фибробластов мыши и не обнаружили повреждений ДНК в клетках, включая 24-часовой период. В аналогичном исследовании Tice et al. [18] продемонстрировали, что радиочастотные волны 837 и 1909,8 МГц не приводили к значительному повреждению ДНК в лейкоцитах в результате 3 и 24-часового воздействия.

Atasoy et al. [19] исследовали влияние электромагнитных полей на периферические мононуклеарные клетки in vitro. Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы проанализировать изменения жизнеспособности клеток, скорости апоптоза, индексов пролиферации и антигенных структур клеточной поверхности в результате 2-, 6- и 24-часового воздействия мононуклеарных клеток, выделенных из периферической крови, электромагнитных волн на частоте 450, 900 и 1784 МГц. Полученные данные показали, что электромагнитные волны не влияют на жизнеспособность клеток, показатели апоптоза и индекс пролиферации.

Akan et al. [20] оценивали иммунный ответ полученных из моноцитов макрофагов на патогены в чрезвычайно низкочастотных электромагнитных полях. В этом исследовании они культивировали клеточную линию моноцитарного лейкоза человека и применяли ЭДС 1 мТ в течение 4-6 ч к клеткам, индуцированным Staphylococcus aureus или гамма / липополисахаридом интерферона (IFy/LPS). Были определены изменения оксида азота (NO), уровней индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS), уровней белка теплового шока 70 (hsp70), уровней цГМФ, активации каспазы-9 и скорости роста S. aureus. Кривая роста подвергшихся воздействию бактерий оказалась ниже контрольной. Полевое применение повышало уровни NO, и это увеличение было более выраженным для клеток, индуцированных S. aureus, и появлялось раньше, чем увеличение клеток без полевого применения. Небольшое снижение наблюдалось в уровнях iNOS, тогда как наблюдалось увеличение уровней цГМФ. Зависимое от времени увеличение наблюдалось в уровнях hsp70. Когда клетки индуцировали S. aureus или IFy/LPS, полевое применение давало более высокие уровни hsp70 и подавляло активацию каспазы-9. Эти данные показали, что ELF-EMF влияют на реакцию иммунной системы, что позволяет предположить, что их можно использовать для оздоровительных целей.

Другая гипотеза эффектов, связанных с ELF-EMF, заключается в том, что он изменяет уровни свободных радикалов в организме. Свободные радикалы в организме устраняются двумя путями. Первый путь - это неферментативный путь, включающий глутатион, витамины, каротиноиды и флавоноиды, в то время как второй путь, зависящий от активности ключевых ферментов, является наиболее эффективным путем. Ключевые ферменты включают каталазу и супероксиддисмутазу. ELF-EMF превращают свободные радикалы в менее активные молекулы и устраняют их. Существует баланс между производством и устранением свободных радикалов. Дисбаланс может способствовать окислительному стрессу, что в конечном итоге приводит к разрушению клеток. Одним из маркеров, указывающих на разрушение, является малоновый диальдегид, конечный продукт перекисного окисления липидов. В исследовании Coskun et al. [21] морские свинки подвергались воздействию излучения в 50 Гц, ЭДС-ЭДС 1,5 мТл в течение 4 дней. Было обнаружено, что ЭМИ увеличивает активность малонового диальдегида, оксида азота и миелопероксидазы, а также снижает уровни глютатион-трансферазы.

Martinez-Samano et al. [22] оценивали влияние воздействия ELF-EMF на антиоксидантные системы в печени, почках и плазме у крыс. Они обнаружили, что два часа воздействия ЭДС 60 Гц приводили к ранним изменениям уровней свободных радикалов, и активность супероксиддисмутазы (SOD) в плазме и содержание глутатиона (GSH) в сердце и почках снижались, но не было изменений в перекисном окислении липидов.

1.2 Исследования влияния на органы тела

Согласно исследованию [23], температура кожи человека под воздействием электромагнитного излучения увеличивается в среднем на 2,5 градуса C?. Это повышение температуры, согласно IEEE, не является вредным для человека, но тот факт, что электромагнитное излучение изменяет температуру тканей человека, является серьезной проблемой для изучения. Работа ясно доказывает, что электромагнитное излучение оказывает влияние на организм человека, но для окончательного вердикта о вреде повышения температуры для здоровья человека данной работы недостаточно.

В статье [24] представлены и обсуждены результаты измерения уровней psSAR (удельной скорости поглощения) для мозга человека. Цель исследования - показать разницу между реакцией мозга детей и взрослых на радиочастотное излучение. Fernandez-Rodriguez et al. использовали три 4-слойные модели головы человека взрослого и ребенка с различными электрическими параметрами, рассчитанными по математическим формулам. Кроме того, с помощью SEMCAD-X были измерены уровни psSAR в моделях мозга трех девочек, трех мальчиков и двух взрослых (мужчины и женщины), и результаты были сопоставлены и обсуждены. Авторы доказывают и демонстрируют, что мозг ребенка более восприимчив к вредному радиочастотному излучению. Небольшой недостаток этой работы - недостаточное обоснование различий между женским и мужским мозгом. Исследование было разработано, чтобы показать разницу между реакцией на излучение мобильного телефона мозга ребенка и взрослого. Это понимание должно помочь привлечь больше внимания к проблеме радиации мобильных телефонов и здоровья человека, особенно детей.

1.3 Исследования влияния на нервную систему

Из-за использования мобильных телефонов, работающих в непосредственной близости к ткани мозга, электромагнитные волны влияют на нее больше всего. В многочисленных исследованиях и экспериментах исследовано влияние воздействия радиочастотных электромагнитных волн мобильного телефона на нервную систему и поведение человека. Roosley et al. провели систематический обзор этих исследований, проанализировав 17 докладов. Пять из них были рандомизированными лабораторными исследованиями человека, а 12 - эпидемиологическими исследованиями. Большинство из этих исследований были направлены на поиск связи между радиацией мобильной станции (MPBS) и развитием острых симптомов во время или вскоре после воздействия, и ни одно из них не обнаружило такую связь. На основе этих рандомизированных, случайных лабораторных испытаний человека можно сделать вывод, что есть хорошие доказательства отсутствия зависимости от воздействия MPBS до 10 вольт развития симптомов расстройств нервной системы и головного мозга человека.

Интересно масштабное исследование, проведенное в Германии в период с 2006 по 2008 год, в котором принимали участие 1484 детей и 1508 подростков. Сведения о самочувствии участников эксперимента заносились в дневник дважды в день. В результате исследования были получены следующие выводы: у части испытуемых подростков наблюдались утренние головные боли и сильное раздражение вечером, часть испытуемых детей также отмечала ухудшение внимания. Однако, данные симптомы отмечало только 10% участников. Также важно отметить, что данные, занесенные в дневник, часто не совпадали по временным и точкам и были несколько сумбурными и расплывчатыми, из чего можно сделать вывод о том, что данные симптомы были скорее случайными и не связанными с электромагнитным излучением.

1.4 Исследования зависимости возникновения раковых опухолей от интенсивности электромагнитных излучений

В некоторых эпидемиологических исследованиях были опубликованы данные о том, что воздействие высокочастотных электромагнитных полей может быть связано с лимфатическим и гемопоэтическим раком. Исследование Morgan et al. [25], Проведенное среди 195 775 людей, работающих в подразделениях, связанных с изготовлением, дизайном и тестированием беспроводных устройств, показало, что смертность, связанная с раком мозга, лейкемией и лимфомой, не выше в этой контрольной группе по сравнению с людьми, чья деятельность не была связана с электромагнитным излучением и беспроводными устройствами.

В исследовании, проведенном в Дании, анализ 450 085 пользователей мобильных телефонов не выявил увеличения заболеваемости раком мозга.

Baldi et al. [26] указывают на то, что этиология опухолей головного мозга в основном остается неизвестной, а среди потенциальных факторов риска подозревается воздействие электромагнитного поля. Они провели исследование на случай заболевания в юго-западной Франции в период с мая 1999 года по апрель 2001 года. Исследование включало в себя в общей сложности 221 опухоли центральной нервной системы и 442 индивидуально контролируемых по возрасту и по полу человека, выбранных из контрольной группы. Экспозиция электромагнитного поля оценивалась в профессиональных условиях посредством экспертного заключения на основе полного календаря работ и дома, путем оценки расстояния до линий электропередачи с помощью географической информационной системы. Было обнаружено незначительное увеличение риска при воздействии электромагнитных полей.

1.5 Остальные исследования

Также показательны исследования относительно влияния ЭМИ на белок (протеин), содержащийся в продуктах питания. Одним из таких исследований является работа [27], в которой приведены результаты измерения количества белка в красной фасоли до и после микроволнового облучения. Guatam et al. измеряли уровень белка в красных бобах, затем нагревали красные бобы в микроволновой печи при различной мощности в определенные периоды времени и снова измеряли уровень белка. Результат эксперимента показал, что количество белка в этом продукте не изменяется после микроволнового облучения. Исследование имеет огромное значение для вопроса о вреде микроволн человека и показывает, что пища не меняет своих свойств после воздействия электромагнитных волн. Тем не менее, важным недостатком работы является то, что эксперимент проводился только на одном типе пищевого продукта - красной фасоли, что не может говорить о влиянии белка на пищу в целом. Кроме того, в работе не рассматриваются прямые воздействия микроволн на человека.



2. Санитарные правила и нормы, предельно допустимые уровни

Несмотря на то, что на сегодняшний день нет четких доказательств вреда наносимого здоровью человека от электромагнитного излучения, большинство стран устанавливают предельные уровни ЭМИ в целях обеспечения безопасности как обычного населения, так и работников, чья профессиональная деятельность связана с электромагнитными устройствами.

На территории Российской Федерации данные предельные уровни указаны в документе «Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)». Далее указаны основные положения данного документа.

Область применения

В данном документе указаны установленные предельно допустимые уровни электромагнитных излучений радиочастотного диапазона ( от 30 кГц до 200 ГГц), а также основные санитарные требования к устройствам, являющимися источниками данных излучений, их проектированию, изготовлению, установке и применению. Данные правила и нормы действуют на всей территории Российской Федерации.

Нормируемые параметры и единицы измерения

Оценка воздействия электромагнитного излучения радиочастотного диапазона на людей производится по следующим параметрам:

- по энергетической экспозиции. Данный параметр определяется интенсивностью электромагнитного излучения и количеством времени его воздействия на человека. Данный параметр используется в отношении людей, чья профессиональная деятельность непосредственно связана с пребыванием в зонах влияния источников электромагнитного излучения, а также при условии прохождения ими специальных медицинских осмотров (как при поступлении на работу, так и периодических);

- по значениям интенсивности электромагнитного излучения. Данный параметр применятся для всех остальных людей.

Интенсивность электромагнитного излучения оценивается в зависимости от диапазона частот:

- от 30 кГц до 300 МГц - оценивается значениями напряженности электрического поля (Е, В/м) и напряженности магнитного поля (Н, А/м);

- от 300 МГц до 300 ГГц - оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/мІ,мкВт/смІ). Энергетическая экспозиция (ЭЭ) ЭМИ РЧ в диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека.

Энергетическая экспозиция находится по формулам:

[(В/м)І?ч] - создаваемая электрическим полем;

[(А/м)І?ч] - создаваемая магнитным полем.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия ЭМИ РЧ на человека

Применяемо к людям, чья деятельность связана с нахождением в местах излучения различных электромагнитных устройств, энергетическая экспозиция за рабочий день должна быть не более следующих значений, указанных в таблице:

Таблица 2.1



Стоит указать, что в данном документе при указании диапазонов частот каждый диапазон не включает нижний, но включает верхний пределы частоты.

Установлены предельно допустимые уровни напряженности электрической и магнитной составляющих электромагнитного излучения в зависимости от времени их воздействия на человека. Данные уровни рассчитываются по следующим формулам:

Значения этих уровней указаны в следующей таблице:

Таблица 2.2



Отдельно стоит отметить то, что даже при условии воздействия менее 0,08 часа не допускается повышение интенсивности выше уровня значения, указанного в таблице выше.

В следующей таблице указаны установленные предельно допустимые уровни плотности потока энергии, также в зависимости от времени их воздействия на человека:

Таблица 2.3

Так же, как и в предыдущем случае, вне зависимости от того, насколько мала продолжительность воздействия, повышать интенсивность выше указанных уровней нельзя.

Нахождение персонала в местах, где интенсивность ЭМИ РЧ превышает допустимые уровни для минимальной продолжительности воздействия, разрешается только с использованием средств индивидуальной защиты. Для остальных категорий граждан установлены следующие предельно допустимые уровни:

Таблица 2.4

* - кроме телевизионных станций и радиолокационных станций, работающих в режиме кругового обзора или сканирования;  ** - для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования при выполнении специальных условий, указанных в документе.

Таким образом, максимальная граница для излучения базовых станций, расположенных в жилых районах, в соответствии с тем же документом, указанным выше, составляет 10мкВт/смІ. Также в документе указаны предельно допустимые уровни электромагнитных излучений, создаваемых телевизионными станциями. Они указаны в следующей таблице:

Таблица 2.5

Также важно помнить о воздействии излучений медицинской аппаратуры на пациентов в процессе медицинских исследований и анализов, а также непосредственно самого лечения, однако на сегодняшний день оно настоящими Санитарными правилами не регламентируется, поскольку уровни и продолжительность этого воздействия определяются медицинскими сотрудниками необходимым лечебным эффектом. Таким образом, этот вопрос остается открытым.

электромагнитный излучение безопасность здоровье



3. Методики проведения измерений

На территории Российской Федерации установлены четкие методики проведения измерений уровней электромагнитного излучения. Основным документом, содержащим все необходимые указания к проведению измерений, является «Методические указания МУК 4.3.1676-03 "Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи"».

Данные методики применяются при оценке уровней электромагнитного поля радиостанций связи различных видов и стандартов, а также абонентских терминалов спутниковой связи, работающих в диапазоне частот от 27 до 2400 МГц.

Нормируемые параметры и единицы измерения

Измерения и оценка уровней электромагнитного излучения различных типов и видов средств связи, в том числе мобильных телефонов, а также спутниковых телефонов производится в следующих диапазонах частот:

- от 27 до 300 МГц - по значениям напряженности электрического поля Е, [В/м];

- от 300 до 2 400 МГц - по значениям плотности потока энергии ППЭ, [мВт/смІ, мкВт/смІ].

Общие требования к гигиенической оценке уровней электромагнитного поля

Измерения и оценка уровней электромагнитного излучения радиостанций связи, в том числе мобильной и спутниковой, производятся инструментальными методами. Для проведения данных измерений используются приборы с датчиками ненаправленного приема. Данные приборы должны иметь государственную аттестацию, подтвержденную соответствующими документами, и действующее свидетельство о проверке. Погрешность прибора не должна превышать 30 процентов. Финальные результаты должны быть приведены с учетом погрешности используемого измерительного прибора.

Рекомендуемые приборы для проведения измерений уровней электромагнитного излучения также приведены в данном документе. Их можно увидеть в следующей таблице:

Таблица 3.1

В зависимости от диапазона частот используются средства измерения, изготовленные для определения среднеквадратичного значения напряженности поля (для измерений в диапазоне от 27 до 300 МГц), либо среднего значения плотности потока энергии (для измерений в диапазоне от 300 до 2400 МГц).

Измерения уровней электромагнитных излучений радиостанций (в том числе базовых станций сотовой связи) проводятся на открытом пространстве, либо в помещении. При проведении данных измерений должны быть соблюдены следующие условия:

- уровни фоновых значений напряженности электрического поля или плотности потока энергии должны быть равны или ниже значений 0,15В/м (для напряженности поля) и 0,3 мкВт/смІ (для плотности потока энергии);

- должны отсутствовать крупные металлические предметы, либо же отражающие поверхности в радиусе 3м от измеряемого объекта.

Измерения проводят в режимах максимальной работы и, соответственно, максимального излучения базовых станций. Проводится три и более измерений, после чего производится расчет средних значений измерений, который и вносится в итоговый протокол.

Также если радиостанция или абонентский терминал связи имеют несколько режимов работы, то в таких случаях измерения проводятся отдельно для каждого из режимов. За результат каждого также принимается среднее арифметическое значение трех измерений.

Требования к проведению измерений электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи, при их гигиенической оценке

Первым шагом при измерении электромагнитных уровней радиостанций и терминалов спутниковой связи является закрепление их на высоте 1,7м от пола при помощи специальных штативов, как показано на рисунке 3.1:

Штативы должны быть изготовлены из диэлектрических материалов. Все элементы измеряемых объектов должны быть приведены в рабочее положение, антенна полностью выдвинута.

Далее необходимо настроить измеряемое устройство на максимальную мощность, согласно соответствующим инструкциям (при их наличии). Если же таковые инструкции отсутствуют, то в таких случаях измерения проводят в заглубленных, либо экранированных помещениях для того, чтобы смоделировать условия наибольшего удаления устройства от базовой станции.

Рис. 3.1 Штативы для закрепления измеряемого прибора

1. Штатив для установки измерительной антенны (высота h = 1,5-1,8 м).

2. Измерительная антенна.

3. Зажим для крепления измерительной антенны.

4. Измеряемое устройство (радиостанция или абонентский терминал).

5. Зажим для установки измеряемого устройства.

6. Штатив для установки измеряемого устройства.

7. Колеса для возможности передвижения установки.

Изготавливается из дерева, ДСП, или пластмассы.

Далее проводятся непосредственно сами измерения. Они производятся в нескольких точках:

- в точке верхнего края антенны;

- в точке нижнего края жидкокристаллического индикатора;

- в точке нижнего края устройства.

Измерения должны проводиться на определенных, четко установленных расстояниях, которые должны быть измерены с помощью измерительного прибора (мерной ленты, рулетки). Данные расстояния зависят от диапазона частот, в котором проводятся измерения. Расстояния указаны в следующей таблице. Также в данной таблице указаны предельные контролируемые уровни напряженности электромагнитных полей или же плотности потока энергии в соответствии с диапазонами частот. Измеряемые уровни не должны превышать данные значения (в соответствии с п. 4.1 СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03).

Таблица 3.2

Для диапазона частот от 300 до 800 МГц расстояния определяются по следующему рисунку (рис 3.2):

Рис. 3.2 Расстояния, на которых следует проводить измерения плотности потока энергии от устройств, работающих в диапазоне частот 300 ? f < 800 МГц

Оценка результатов измерения

Измеряемое устройство (радиостанция, либо абонентский терминал спутниковой связи) может считаться безопасным, если соблюдается следующее неравенство:

, где

- среднее арифметическое значение напряженности поля, [В/м];

 и  - предельное значение относительной погрешности, [%] (в соответствии с официальной документацией (паспортом) используемого измерительного прибора);

- среднее арифметическое значение плотности потока энергии, [мкВт/см²].

Если измеряемое устройство является многорежимным (многомодовым), то в качестве , либо же берется максимальное значение из средних арифметических (минимум трех).

Требования к проведению контроля интенсивности ЭМИ РЧ

Также существуют требования к проведению измерений интенсивности электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, указанные в первом приложении к документу «Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)».

Требования к средствам измерения

Измерения интенсивности электромагнитного излучения радиочастотного диапазона необходимо проводить с помощью специально предназначенных измерительных приборов (приоритетнее выбирать приборы с изотропными датчиками), прошедших аттестацию и имеющих всю необходимую документацию и свидетельства о поверке.

Максимальная погрешность измерительного прибора не должна превышать 30%.

Выбор точек контроля

В производственных условиях измерения проводятся на установленных местах работы сотрудников предприятия, на котором производятся измерения. Если же такие места отсутствуют, то в таком случае измерения проводятся в тех местах, в которых персонал проводит 50% рабочего времени и более. Также измерения проводятся и в местах возможного присутствия сотрудников во время работы.

Если измерения проводятся не в производственных условиях, а в общественных местах, в жилых зонах и т.д., то в качестве контрольных измерительных точек выбираются места у окон, у отопительных батарей, в центре помещений, а также в других дополнительных точках по необходимости. Если в помещении отсутствует система кондиционирования, то во время проведения измерений внешнего излучения необходимо открыть форточку.

При измерениях на открытых территориях, данные измерения необходимо проводить на высоте 2, 3, 6, 9 и далее метров от уровня земли в соответствии с количеством этажей постройки (при необходимости возможно использование специальных подъемников).

Проведение измерений

Измерения необходимо проводить на высоте 0.5, 1.0, 1.7 метров от уровня опорной поверхности, в зависимости от максимального измеренного значения интенсивности электромагнитного излучения радиочастотного диапазона.

Если антенна обладает сканирующей или вращающейся диаграммой направленности, то для проведения измерений, она (диаграмма) должна находиться в неподвижном состоянии.

Если в определенной зоне работают несколько источников электромагнитного излучения, излучающих в разных диапазонах частот, то для каждого диапазона должны быть проведены отдельные измерения, либо измерения должны быть проведены при помощи специальных приборов, которые могут распознавать и учитывать различные диапазоны частот.

Во время проведения измерений посторонние не должно быть помех между измерительным прибором и измеряемым устройством, пространство должно быть пустым.

Все измерительные приборы должны использоваться строго в соответствии с официальной документацией - инструкцией по эксплуатации данного прибора.

По окончании измерений результаты заносятся в официальный протокол. Протокол оформляется с помощью четкой структуры, указанной в официальных документах.

Измерения интенсивности электромагнитных излучений должны проводиться раз в год, либо чаще. Важно проводить измерения при внесении изменений в режим работы источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона, влияющих на уровни излучения (например, увеличение мощности базовой станции, замена экранирующего элемента и т.д.).

Необходимо наблюдать за динамикой изменений результатов измерений.



4. Меры защиты от воздействия электромагнитного изучения

В соответствии с пунктами 7 и 8 документа «Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)» на территории Российской Федерации действуют следующие меры защиты от воздействия излучений.

На рабочих местах защита сотрудников обеспечивается путем грамотного расположения оборудования, излучающего электромагнитное излучение, ограничения времени работы людей в местах воздействия электромагнитного излучения, использования экранирующих поверхностей и поглотителей мощности, а также использования персональных средств защиты: очков, шлемов, халатов и т.д.

Способ защиты зависит от конкретного рассматриваемого случая - диапазона частот, мощности излучения, типа проводимых работ.

Запрещена работа с оборудованием при снятом с него заводском экране (исключение составляют случаи ремонта, либо настройки данного оборудования). Испытания мощных установок должны проводиться на специальных полигонах, за пределами помещения.

Одним из самых распространенных методов защиты является экранирование. Экранирование источников электромагнитного излучения, либо рабочих мест сотрудников производится с использованием стационарных или переносных экранов, поглощающих или отражающих в зависимости от конкретного случая и цели. Отражающие экраны производятся из металлических листов, сетки, ткани с микропроводом и др. Поглощающие же экраны производятся из материалов, способных поглощать излучение, исходящее от волн различных длин (для каждого случая различный материал). Конструкционное решение экрана также зависит от конкретного случая - это может быть щит, замкнутая камера, штора, чехол и пр. Экранирующие материалы и их свойства представлены в следующей таблице:

Таблица 4.1

При работе в экранируемых помещениях должны быть покрыты поглощающими материалами пол, потолок и стены помещения (исключение - при направленном излучении может быть покрыт только соответствующий определенный участок пола, потолка или стен).

Если в конкретном случае отсутствует техническая возможность использование общей защиты, то рекомендуется использовать индивидуальные средства защиты от электромагнитного излучения. Существует ограничение - защитная одежда, изготовленная из материала, содержащего в себе металлический провод, не может быть использована в условиях работы с необходимым контактом с открытым токоведущим частям установок. Также важным условием является то, что работники должны проходить медицинские обследования при поступлении на работу, далее - регулярные периодические обследования с целью диагностики, предупреждения и профилактики, а также лечения заболеваний, связанных с воздействием электромагнитного излучения. В случае обнаружения риска возможен перевод сотрудника на другую работу.



5. Измерения и расчеты электромагнитных излучений бытовых устройств

В ходе работы были произведены измерения некоторых электромагнитных приборов, наиболее часто используемых человеком в сегодняшней повседневной жизни, и получены соответствующие результаты.

Измерения производились в бытовых условиях с целью воссоздать реальную картину воздействия электромагнитных устройств и приборов.

Измерения были проведены с помощью измерительного прибора П3-33М.

Таблица 5.1

Технические характеристики прибора

5.1 Измерения электромагнитного излучения мобильного телефона

На сегодняшний день практически каждый человек ежедневно использует мобильный телефон в повседневной жизни, поэтому в данной работе объектом исследования были выбраны именно мобильные телефоны. В ходе работы были проведены измерения плотности потока энергии двух моделей мобильного телефона, различных фирм производителей, ценового сегмента и годов выпуска. Все измерения проводились в момент вызова (соответственно, в момент максимального излучения устройства).

Далее указаны результаты измерений плотность потока энергии мобильного телефона более старой модели.

Измеряемая модель - телефон Nokia 5230.

Таблица 5.2

Характеристики модели

Поддерживаемые стандарты	GSM 850/900/1800/1900, UMTS
Процессор	ARM 11
Тактовая частота	434 МГц
Размеры (Д?Ш?Т)	111?51.7?14.5 (мм)
Вес	113 г
Аккумулятор Nokia 5230
Тип батареи	Li-ion
Емкость	1320 mAh
SAR (США)
Для головы	1.01 Вт/кг
Для тела	0.91 Вт/кг

В результате был получен следующий график (рис 5.1):

Рис. 5.1 Значения измерений плотности потока энергии мобильного телефона Nokia 5230 по времени

Максимальное значение плотности потока энергии (ППЭ) - 10.1 мкВт/смІ;

Минимальное значение ППЭ - 1.4 мкВт/смІ.

Расчет среднего арифметического значения плотности потока энергии, согласно методическим указаниям (рассмотренным в пункте 3 данной работы):

, где - количество измерений:

=5.82 мкВт/смІ.

Оценка результатов, согласно методике:

где ?ППЭ - погрешность измерительного прибора:

Оценка результата - 5.93 мкВт/смІ.

Результат не превышает предельного уровня ППЭ, однако в процессе измерений был момент, в который измеренное значение все же превысило предельное значение на 0.1 мкВт/смІ. Но можно сделать промежуточный вывод относительно безвредности данной модели для здоровья человека.

Далее эксперимент проводился с мобильным телефоном более современной модели.

В результате эксперимента были получены следующие значения измерений плотности потока энергии.

Измеряемая модель - смартфон Huawei P8 Lite.



Таблица 5.2

Характеристики модели

Поддерживаемые стандарты	GSM 900/1800/1900, 3G, 4G LTE, LTE-A Cat. 4
Процессор	ARM Cortex-A53
Тактовая частота	4?2.1 ГГц
Размеры (Д?Ш?Т)	70.6?143?7.7 (мм)
Вес	131 г
Аккумулятор Nokia 5230
Тип батареи	Li-polymer
Емкость	2200 mAh
SAR (США)
Для головы	0.78 Вт/кг
Для тела	0.65 Вт/кг

В результате измерений плотности потока энергии данной модели телефона был получен следующий график (рис 5.2):

Рис. 5.2 Значения измерений плотности потока энергии мобильного телефона Huawei P8 Lite по времени

Максимальное значение ППЭ - 9.4 мкВт/смІ;

Минимальное значение ППЭ - 2.4 мкВт/смІ.

Расчет среднего арифметического значения ППЭ, согласно методическим указаниям:

,

где - количество измерений:

= 7.472 мкВт/смІ

Оценка результатов, согласно методике:

где ?ППЭ-погрешность измерительного прибора:

Оценка результата - 7.621 мкВт/смІ

Следовательно, в данной модели также среднее значение не превышает предельно допустимые уровни, и, как видно из полученного графика, показатели несколько ниже предыдущей модели, что связано с более низким уровнем SAR (удельный коэффициент поглощения). Вывод: данная модель также безвредна для здоровья человека, а также более безопасна, по сравнению с устаревшей моделью.

В следующем эксперименте были проведены измерения той же модели телефона, но с использованием экранирующей ткани, с целью установления ее пригодности для уменьшения количества электромагнитного излучения. Был получена следующая картина, отраженная на графике (рис. 5.3):

Рис 5.3 Значения измерений плотности потока энергии мобильного телефона Huawei P8 Lite с использованием экранирующей ткани по времени

Максимальное значение ППЭ- 1.9 мкВт/смІ;

Минимальное значение ППЭ - 0.3 мкВт/смІ.

Расчет среднего арифметического значения ППЭ, согласно методическим указаниям:

, где - количество измерений:

=0.9 мкВт/смІ

Оценка результатов, согласно методике:

где ?ППЭ-погрешность измерительного прибора:

Оценка результата - 0.918 мкВт/смІ.

Как видно из полученного результата, плотность потока энергии в данном случае значительно меньше, чем без использования ткани. Следовательно, можно сделать вывод о том, что целесообразно использовать экранирующую ткань в целях уменьшения количества энергии, поглощаемой органами тела человека и, соответственно, уменьшения вредного воздействия на организм и здоровье. Однако, если учесть, что ранее были получены результаты об относительной безвредности самих устройств, то использование экранирующей ткани становится необязательным условием.

5.2 Измерение излучений микроволновой печи

Микроволновая печь также является одним из самых популярных бытовых приборов, используемых человеком в повседневной жизни. В данном эксперименте были проведены измерения плотности потока энергии микроволновой печи модели Daewoo KOR-662BW в режиме работы на максимальной мощности.

Спецификации модели указаны в следующей таблице:

Таблица 5.3

Подача электропитания	220В, переменный ток, 50Гц, однофазный, с заземлением
Микроволны	Потребляемая мощность	1150 Вт
	Выходная мощность	700 Вт
	Частота	2.450 МГц
Размеры (Ш?В?Г)	449?259?321 (мм)
Внутренний объем	20 л
Вес	9.2 кг
Страна-производитель	Китай

В результате измерений был получен данный график (рис 5.4):

Рис. 5.4 Значения измерений плотности потока энергии микроволновой печи по времени

Максимальное значение ППЭ- 44.5 мкВт/смІ;

Минимальное значение ППЭ - 0.7 мкВт/смІ.

Расчет среднего арифметического значения ППЭ, согласно методическим указаниям:

, где - количество измерений:

=13.224 мкВт/смІ.

Оценка результатов, согласно методике:

где ?ППЭ-погрешность измерительного прибора:

Оценка результата - 13.488 мкВт/смІ.

Как видно из полученного графика и измеренных значений плотности потока энергии, полученные значения очень высокие, сильно превышают предельные уровни, порой в несколько раз. Однако важно учитывать, что микроволновая печь работает в течение очень ограниченного промежутка времени, как правило в не более 5 минут для разогрева пищи (исключение - режим размораживания пищи, до 30 минут), поэтому более корректно в данной ситуации использовать уровни, указанные для временных промежутков (таблица 2.3). Данные уровни полученные значения не превышают. Максимальное измеренное значение - 44.5 мкВт/смІ составляет опасность для организма человека при облучении более 4 часов, что маловероятно в повседневной жизни. Из этого можно сделать вывод, что в целом использование микроволновой печи по назначению не наносит вреда здоровью человека, но не стоит злоупотреблять ею.



Заключение

Таким образом, было проведено исследование на предмет воздействия электромагнитных излучений на человека, включающее в себя анализ соответствующих научных работ, официальной документации и проведение отдельных измерений электромагнитных излучений. В результате работы можно заключить следующие выводы:

· на сегодняшний день ученые-биологи не пришли к единому мнению и однозначному ответу относительно вреда электромагнитного излучения для здоровья человека. Проводятся все новые и новые исследования на эту тему, результаты которых зачастую противоречат друг другу. Однако, на данный момент сделан промежуточный вывод относительно данного вопроса: электромагнитные излучения в определенных малых количествах не наносят вреда организму и здоровью человека. Соответственно, в целях безопасности жизнедеятельности человека, как всемирная организация здравоохранения, так и каждое государство в отдельности, устанавливают определенные ограничения по количеству электромагнитных излучений от различных источников данных излучений;

· на территории Российской Федерации также установлены предельно допустимые уровни электромагнитных излучений. Они указаны в соответствующих документах, в частности в документе «Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)». В данном документе рассмотрены различные ограничения по количеству электромагнитного излучения, в зависимости от источников излучения, времени воздействия на человека, его местонахождения и т.д. Также указаны основные меры защиты от электромагнитных излучений;

· также существуют установленные методики проведения измерений электромагнитных излучений, в соответствии с которыми проводятся измерения ЭМИ в Российской Федерации. Данные методики указаны и описаны в документе «Методические указания МУК 4.3.1676-03 "Гигиеническая оценка электромагнитных полей, создаваемых радиостанциями сухопутной подвижной связи, включая абонентские терминалы спутниковой связи"». В документе содержатся четкие указания относительно процедуры проведения измерений электромагнитных излучений различных источников и в различных условиях, методики расчета итоговых значений измерений, необходимые формулы для данных расчетов и финальной оценки полученных результатов;

· в ходе данной работы были проведены измерения электромагнитных излучений одних из самых часто используемых на сегодняшний день устройств: смартфонов и микроволновой печи. Были получены графики измеренных значений, максимальные и минимальные результаты измерений, произведены расчеты итоговых значений и их оценка, в соответствии с методиками и формулами, указанными в ранее рассмотренных документах. В результате проведения этих измерений можно сделать вывод относительно безвредности данных устройств для здоровья человека. Измерения плотности потока энергии обеих моделей мобильных телефонов показали, что данные модели безопасны для человека, так как уровни ППЭ не превышают предельно допустимые установленные уровни (согласно основному документу, рассмотренному во второй главе). Измерения же микроволновой печи показали, что данный прибор может нанести вред здоровью человека, но только в случае чересчур длительного его использования, что на практике является практически невозможным. В целом можно сделать вывод о безопасности данных электронных устройств при не злоупотреблении ими и применении по назначению в соответствии с прилагаемой инструкцией.

На основании проведенной работы можно сделать вывод относительно отсутствия вреда со стороны определенных электронных устройств для здоровья человека при правильном и грамотном использовании данных устройств. Однако в целом в глобальном масштабе вопрос относительно безопасности электромагнитных излучений для организма человека остается открытым и требует проведения дальнейших исследований. На сегодняшний день важно учитывать то, что электромагнитные излучения потенциально могут быть источником возникновения различных биологических процессов в организме человека, способных навредить его здоровью. Соответственно, необходимо соблюдать предписанные меры защиты от электромагнитных излучений, в частности не превышать установленные предельно допустимые уровни данных излучений.



Список используемой литературы

1. Miyakoshi J., “Cellular and Molecular Responses to Radio-Frequency Electromagnetic Fields”, Proceedings of the IEEE, Vol. 101, No. 6, June 2013, pp. 1494-1502

...