Шумовое и электромагнитное воздействие на биосферу.

Для гигиенической оценки шума важно знать не только его физические параметры, но и характер трудовой деятельности человека-оператора и, прежде всего, степень его физической или нервной нагрузки.

Профилактика неблагоприятного влияния шума основана на его гигиеническом нормировании, целью которого является обоснование допустимых уровней и комплекса гигиенических требований, обеспечивающих предупреждение функциональных расстройств или заболеваний. В гигиенической практике в качестве критерия нормирования используют предельно допустимые уровни (ПДУ) для рабочих мест, допускающие ухудшение и изменение внешних показателей деятельности (эффективности и производительности) при обязательном возврате к прежней системе гомеостатического регулирования исходного функционального состояния с учетом адаптационных изменений.

Нормирование шума проводится по комплексу показателей с учетом их гигиенической значимости. Действие шума на организм оценивают по обратимым и необратимым, специфическим и неспецифическим реакциям, снижению работоспособности или дискомфорта.

Воздействие шумового фактора на человека состоит из двух составляющих: нагрузки на орган слуха как систему, воспринимающую звуковую энергию, и воздействие на центральные звенья звукового анализатора, как систему приема информации. Для оценки первой составляющей есть специфический критерий утомления органа слуха, выражающийся в смещении порогов восприятия тонов, которое пропорционально величине звукового давления и времени экспозиции. Вторая составляющая получила название неспецифического влияния, которое можно объективно оценить по интегральным физиологическим показателям.

Количественную оценку тяжести и напряженности трудового процесса следует проводить в соответствии с Руководством 2.2.013-94 «Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести, напряженности трудового процесса». Для колеблющегося во времени и прерывистого шума максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума - 125 дБА.

Наибольшую опасность представляют инфразвук и ультразвук. Источниками инфразвука являются газотурбинные установки летательных аппаратов, вентиляторы и другие технические средства, совершающие вращательные движения с частотой менее 20 оборотов в секунду.

Главными источниками шума являются возмущения воздушных и газовых потоков, создаваемые работой турбореактивных, турбовинтовых и винтовых двигателей. Дополнительным источником шума являются вспомогательные силовые установки (ВСУ). Шум определяется как широкий набор звуков, которые могут неблагоприятно влиять на орган слуха и организм человека. Как всякий колебательный процесс, он описывается амплитудными, частотными и временными характеристиками. В последнее десятилетие большое внимание привлекают и энергетические характеристики шума. В качестве основных показателей, количественно описывающих акустические волны, рассматривается давление и интенсивность звука, а также их уровни. Давление звука составляет разность между значениями полного давления и давления при отсутствии звуковых колебаний. Под интенсивностью (силой) понимают акустическую энергию, действующую на площадь 1 м². При распространении звука перпендикулярно к площади его сила пропорциональна квадрату давления, измеряемого в паскалях (Па), которые являются абсолютными для звукового давления величинами. Относительные единицы характеризуют превышение одной акустической величины над другой. В качестве таких единиц употребляются бел (Б) и его десятая часть децибел (дБ)

(2-1)

где W_{1 и} W₀ – сравниваемые мощности звука.

Интенсивность звука измеряют в Вт/м², а его уровень – в децибелах по формуле

(2-2)

где: I и P – средние квадратические значения интенсивности и давления в точке измерения;
I₀ и P₀ – пороговые величины интенсивности и давления, равные 10^-12 Вт/м² и 2×10^-5 Па соответственно.

Важно, что указанные величины совпадают с порогом слуха при действии тона частотой 1000 Гц и являются началом отсчета нулевого уровня слуховой чувствительности. Диапазон между абсолютным (нулевым) порогом слуха и болевым порогом находится в пределах от 0 до 140–160 дБ. Для удобства отсчета чаще всего применяют логарифмическую (децибельную) шкалу. Это определяется тремя основными причинами. Во-первых, при различных значениях давления и интенсивности звука их уровни по величине одинаковы.

Во-вторых, ухо реагирует не на разность, а на кратность изменения давления. Наконец, в-третьих, такая шкала удобна при огромном динамическом диапазоне слухового восприятия.

Таблица 2.1

Интенсивность источников шума, выраженная в различных единицах

Неодинаковая чувствительность уха к звукам с различной частотной характеристикой обусловила и дифференцированное обозначение их уровней в децибелах–дБ (А), дБ (В), дБ (С) и др.

Санитарные нормы колеблются в зависимости от характера труда и отдыха от 60 до 85 дБ.

При воздействии звука на слуховую систему происходит повышение порогов слуха. Если в ближайшие минуты после окончания этого воздействия пороги слуха остаются близкими к исходному уровню, то такое явление можно рассматривать как компенсаторную, приспособительную реакцию. Длительное, в течение многих часов повышение порогов слуха, которые затем все же возвращаются к исходному уровню, отражает утомление анализатора. Критерием начала кумуляции эффекта утомления, которое приводит к стойкой потере слуха, можно считать прекращение восстановления исходной слуховой чувствительности к началу следующего шумового воздействия, если оно является достаточно регулярным.

Понижение слуха начинается обычно после более или менее продолжительного периода профессионального воздействия шума. Вначале появляется стойкое понижение слуха в диапазоне частот 3000–6000 Гц, затем эта граница расширяется в сторону разговорных частот. Если наряду с шумом действует интенсивный вибрационный раздражитель, то процесс тугоухости ускоряется, и изменения слуха распространяются и на низкие частоты.

Действие шумового фактора приводит к снижению работоспособности и появлению признаков утомления. Работоспособность при чрезмерном шумовом воздействии снижается в зависимости от напряженности и тяжести труда. Наибольшее снижение (до 5–20 %) зарегистрировано при выполнении сложных психомоторных операций, наименьшее (1–4 %) – при преимущественно физическом труде. Отмечается также тенденция к увеличению напряжения физиологических функций в среднем на 10 %.

Результаты изучения закономерностей реакций слуховой системы и организма на периодическое воздействие акустических импульсов в широком диапазоне интенсивности и временных зависимостей обобщены в табл. 2.2

Таблица 2.2

Реакция организма на периодические воздействия интенсивных
акустических импульсов длительностью до 1000 мс
в широком диапазоне интенсивностей

Уровень инфразвука 150 дБ является пределом переносимости при кратковременном воздействии.

Ультразвук возникает при работе турбин, пневмодвигателей, вентиляторов. Уровень ультразвука в течение 8-часового рабочего дня не должен превышать предельно допустимых величин.

Бурное развитие электроники, внедрение современных технологий в области связи, радиолокации, радио- и телекоммуникаций способствует разработке сложных технических комплексов, где возникают электромагнитные излучения(ЭМИ) широкого диапазона частот - от единиц Гц до сотен ГГц. Физические поля электромагнитной природы как фактор, связанный с профессиональной деятельностью военных специалистов, представляют сложную гигиеническую проблему. Электромагнитный фактор приобретает все более возрастающее значение, так как на современных радиотехнических комплексах, основанных на новых технологиях (радиолокационные станции (РЛС) с фазированными антенными решетками), могут создаваться достаточно высокие уровни воздействия на значительном расстоянии от источника и приводить к риску переоблучения с возможными неблагоприятными последствиями влияния ЭМИ на организм человека.

Энерговооруженность РЛС растет из года в год. Прирост мощности генераторов электромагнитной энергии за каждые 5 лет увеличивается на 30%. Косвенным показателем мощностных параметров таких источников является количество режимов работы радиотехнических комплексов.

Наибольшую опасность несут радиоизлучающие источники кораблей, создающие в воздухе и на палубе высокие уровни интенсивности излучения

В радиусе до 50 м от некоторых станций интенсивность излучения может достигать 400-800 Вт/м².

Радиоизлучающие комплексы широко применяются в авиационной технике. Источниками, повышающими уровень ЭМ-фона могут быть многофункциональные РЛС.

Степень воздействия ЭМИ на организм человека определяется напряженностью электрического и магнитного полей, плотностью потока энергии ЭМИ, продолжительностью и режимом его воздействия.

Оценка воздействия ЭМИ на организм человека осуществляется по:

энергетической экспозиции - в отношении лиц, обучение или работа которых связана с необходимостью пребывания в зонах влияния ЭМИ (при условии прохождения ими в установленном порядке обязательных предварительных, при допуске к работам с ЭМИ, и периодических, в процессе работы, медицинских осмотров);

значениям интенсивности - в отношении следующих категорий: лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источника ЭМИ; лиц, не проходящих обязательные медицинские осмотры (хотя возможность воздействия ЭМИ не исключается) или при наличии отрицательного заключения по результатам медицинского осмотра; работающих или учащихся лиц, не достигших 18-летнего возраста; лиц, находящихся в жилых, общественных и служебных зданиях и помещениях, подвергающихся воздействию внешнего ЭМИ (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов); лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

Для диапазона частот выше 300 МГц режим воздействия может быть непрерывным или прерывистым. Прерывистым воздействием следует считать воздействие от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования с частотой не более 1Гц и скважностью не менее 20. Все другие случаи воздействия следует считать режимом непрерывного воздействия.

В случае импульсно-модулированных колебаний оценка проводится по средней за период следования импульса мощности источника ЭМИ и, соответственно, средней интенсивности ЭМИ.

Результаты измерений более 20 отечественных источников ЭМИ, находящихся, например, на борту различной авиационной техники, выявили, что вблизи них интенсивность излучения составляет от 100 до 1000 Вт/м². Достаточно высокие уровни интенсивности излучения могут создаваться вокруг РЛС даже на значительном от них расстоянии.

Уровень интенсивности излучений в секторах, зонах, на рабочих местах зависит от многих факторов. Основными являются функциональные назначения и, как следствие, типы РИС, топография их размещения, высота подъема антенных систем, рельеф окружающей местности, расположение основных служб по отношению к источникам излучения.

Проведенные гигиенические исследования показали, что плотность потока энергии, с которой приходится сталкиваться персоналу РИС, может доходить до 50,0 Вт/м². Это в 20-25 раз выше, чем профессиональное облучение от наземных РИС. Максимальные уровни воздействия могут доходить до 1,0...2,5 Вт/м².

Таким образом, существующие радиотехнические комплексы различного функционального назначения, излучающие электромагнитную энергию, создают вокруг достаточно высокие уровни ее интенсивности. Персонал, обслуживающий эти объекты, в той или иной степени может подвергаться неблагоприятному воздействию излучения. В настоящее время реально могут встретиться уровни интенсивности излучения до 1000-2000 Вт/м², 80-90% которых составляет микроволновый диапазон.

Источниками электромагнитных излучений радиочастот и микроволн (РЧ и МКВ) являются технические средства и изделия, которые предназначены для применения в различных сферах человеческой деятельности и в основе которых используются физические свойства этих излучений: распространение в пространстве и отражение, нагрев материалов, взаимодействие с веществами и ряд других. Свойства ЭМИ РЧ и МКВ распространяться в пространстве и отражаться от границы двух сред используются в связи (радио- и телестанции, ретрансляторы, радиотелефоны), радиолокации (радиолокационные комплексы различного функционального назначения, навигационное оборудование). Способность ЭМИ РЧ и МКВ нагревать различные материалы используется в различных технологиях по обработке материалов, полупроводников, сварки синтетических материалов, в приготовлении пищевых продуктов (микроволновые печи), в медицине (физиотерапевтическая аппаратура). Непосредственными источниками электромагнитной энергии являются при этом та часть технических изделий, которые способны создавать в пространстве электромагнитные волны. В радиоаппаратуре это – антенные системы, генераторные лампы, катодные выводы магнетронов, места неплотного сочленения фидерных трактов, разэкранированные места генераторных шкафов, экраны электронных визуальных средств отображения информации; на установках по термообработке материалов – рабочие индукторы и конденсаторы, согласующие трансформаторы, батареи конденсаторов, места разэкранирования фидерных линий.

ЭМИ РЧ и МКВ являются составной частью неионизирующего спектра электромагнитных излучений в частотном диапазоне от единиц Гц до 300 ГГц. Основными параметрами ЭМИ являются длина волны (l) и частота (f), которая связана с длиной волны обратной зависимостью (для условий распространения волны в воздухе): f = c/l, где с – скорость света, равная около 3×10⁸ м/с. Частоты колебаний ЭМИ измеряются в герцах (Гц):1 килогерц (кГц) = 10³ Гц, 1 мегагерц (МГц) = 10⁶ Гц, 1 гигагерц (ГГц) = 10⁹ Гц. На практике при оценке электромагнитной обстановки очень часто приходится учитывать отдельно или частоту колебаний, или длину волны. Для того чтобы упростить промежуточные вычисления, предлагается использовать следующие формулы:

f (МГц) = 300/l (м), или f (ГГц) = 30/l (см).

ЭМИ РЧ и МКВ характеризуются тремя основными параметрами: напряженностью электрического поля (Е), напряженностью магнитного поля (Н) и плотностью потока энергии (ППЭ). Оценка интенсивности РЧ и МКВ различных диапазонов неодинакова. В диапазоне радиочастотного излучения менее 300 МГц (по рекомендации Международной организации IRPA/INIRC – менее 10 МГц) интенсивность излучения выражается напряженностью электрической и магнитной составляющих и определяется соответственно в вольтах на метр (В/м) и амперах на метр (А/м). В диапазоне МКВ, т.е. выше 300 МГц, интенсивность, или ППЭ выражается в ваттах на метр квадратный (Вт/м²; 1 Вт/м² = 0,1 мВт/см² = 100 мкВт/см²).

Электрическое поле от антенны имеет три зоны: ближнюю – зона индукции, или зона несформировавшейся волны (имеется магнитная и электрическая составляющие); промежуточную, или интерференционную (происходит наложение магнитных и электрических полей), и дальнюю, или зону сформировавшейся волны. Размеры этих зон зависят от типов антенн, длины волн излучения, а также площади раскрыва антенны. Их можно определять по формуле (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Определение зон излучения от различных типов
направленных антенн

Примечания: L – диаметр антенны, м; L₁ , L₂ – горизонтальный и вертикальный размеры раскрыва антенны, м; l – длина волны излучения, м.

В зоне сформировавшейся волны между Е и Н существует связь:

(2-3)

Величина ППЭ определяется из соотношения:

(2-4)

Эколого-гигиеническая оценка электромагнитной обстановки должна начинаться с учета радиоизлучающих источников и их основных технических характеристик: количественный и качественный учет всех источников РЧ и МКВ и их расположения, места возможных утечек, время работы излучателя или время нахождения человека вблизи работающего излучателя, излучаемая мощность (импульсная или средняя), коэффициент усиления антенны, площадь раскрыва антенны, диаграмма излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, сектор обзора антенны и ее высота над поверхностью земли. В контроль за эколого-гигиенической обстановкой РЧ и МКВ входят расчетное и инструментальное определения уровней излучения.

Расчет уровней ЭМИ необходим для получения предварительных данных, дающих представление о степени соответствия уровня электромагнитного фона нормируемым величинам, в том числе и для более оперативного и целенаправленного инструментального анализа. Расчетный метод оценки применяется в основном для ЭМИ от антенн. Методика проведения расчета для различных зон излучения представлена в табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Метод проведения расчета ППЭ МКВ от неподвижных
направленных антенн

Примечания: ППЭ – плотность потока энергии, Вт/м²;
Рср.- средняя мощность станции, Вт;
А – площадь раскрыва антенны, м²;
N – скважность, усл.ед. (из паспорта станции);
R – расстояние от антенны до определяемой точки,м;
G – коэффициент усиления антенны, усл.ед. (из паспорта станции).

В случае отсутствия Р_ср., G и N в паспорте станции, они определяются по формулам:

, (2-5)

где T – период повторения импульсов, с;
a – длительность паузы между импульсами, с;
t – длительность импульса, с.,
Р_имп. – импульсная мощность станции, Вт,

или (2-6)

,

где КНД – коэффициент направленного действия, усл. ед;
КПД – коэффициент полезного действия, усл. ед;
Р – излучаемая мощность антенны, кВт;
Р_о – мощность, подводимая к антенне, кВт.

В ближней зоне излучения от направленных антенн могут создаваться максимальные интенсивности, превышающие максимальные значения. При этом максимальная интенсивность в ближней зоне находится на расстоянии

, (2-7)

где L – диаметр антенны, м; l – длина волны излучения, м.

Эта интенсивность приблизительно в 40 раз больше интенсивности на границе ближней и дальней зон.

Удаление точки максимума ППЭ от антенн удобно представить в виде

(2-8)

где f – частота излучения, ГГц;

R_max – удаление (расстояние) точки максимальной ППЭ от антенны, м;

L – диаметр антенны, м.

Значение уровня ППЭ вычисляют по известной формуле

(2-9)

где ППЭ – плотность потока энергии, Вт/м²,
Р_ср – средняя мощность источника, Вт,
L – диаметр антенны, м.

Для определения уровня напряженности ЭМИ по электрической составляющей до 300 МГц от ненаправленных антенн производят по формуле:

(2-10)

где Е – напряженность ЭМИ по электрической составляющей, В/м;

Р_ср – средняя мощность источника излучения, Вт;
G – коэффициент усиления антенны, отн. ед.;
R – расстояние от источника излучения до объекта облучения, м.

Измерения РЧ и МКВ являются основным методом эколого-гигиенического контроля. В частотном диапазоне до 300 МГц применяются приборы NFM-1, ПЗ-15 (-16, -17), ПЗ-21; свыше 300 МГц -ПЗ-9, ПЗ-14, ПЗ-18 (-19, -20), ПЗ-24. Согласно «Санитарным правилам и нормам ...» (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03), измерения проводятся не реже одного раза в год, а также при вводе в действие новых установок, внесении изменений в конструктивные особенности источников и их размещение, изменении режима излучения, после проведения ремонтных работ, сопровождающихся изменением излучаемой мощности, и внесении изменений в средства защиты от воздействия РЧ и МКВ. Измерение уровней ЭМИ проводится при максимальной излучающей мощности источников. В случае измерений при неполной излучаемой мощности делается перерасчет до уровня максимального значения. При нескольких режимах работы, различающихся по физическим характеристикам излучений, измерения проводятся в каждом отдельном случае.

Нормирование является основным элементом электромагнитной производственной и экологической безопасности человека. Оно подразумевает дифференцированный подход для лиц, непосредственно работающих с радиоизлучающими источниками, и населения. Основным руководящим документом, определяющим параметры воздействия ЭМИ РЧ и МКВ, являются «Санитарные правила и нормы ...» (СанПиН 2.1.8./2.2.4.1383-03).