Электромагнитные излучения

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных из­лучений (ЭМИ) составляют радиоволны (3 Гц...3000 ГГц), меньшую часть — колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучение). В зависимости от частоты падающего электромагнитного излучения ткани организмов проявляют различ­ные электрические свойства и ведут себя как проводник или как ди­электрик.

С учетом радиофизических характеристик условно выделяют пять диапазонов частот: от единиц до нескольких тысяч герц, от несколь­ких тысяч до 30 МГц, 30 МГц...10 ГГц, 10...200 ГГц и 200...3000 ГГц.

Действующим началом колебаний первого диапазона являются протекающие токи соответствующей частоты через тело как хороший проводник; для второго диапазона характерно быстрое убывание с уменьшением частоты поглощения энергии, а следовательно, и поглощенной мощности; особенностью третьего диапазона является «резонансное» поглощение. У человека такой характер поглощения возникает при действии ЭМИ с частотой, близкой к 70 МГц; для чет­вертого и пятого диапазонов характерно максимальное поглощение энергии поверхностными тканями, преимущественно кожей.

В целом по всему спектру поглощение энергии ЭМИ зависит от частоты колебаний, электрических и магнитных свойств среды. При одинаковых значениях напряженности поля коэффициент поглоще­ния в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения электромагнитных волн возрастает; разли­чие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникновению макро- и микротепловых эффектов со зна­чительным перепадом температур.

В зависимости от места и условий воздействия ЭМИ различают четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях, а по характеру облучения — общее и местное.

Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительно­стью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерыви­стый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивиду­альными особенностями организма, наличием сопутствующих фак­торов (повышенная температура окружающего воздуха, свыше 28°С, наличие рентгеновского излучения). Наряду с интенсивностно-временными параметрами воздействия имеют значение режимы модуля­ции (амплитудный, частотный или смешанный) и условия облуче­ния. Установлено, что относительная биологическая активность им­пульсных излучений выше непрерывных.

Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. След­ствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избы­точная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится пу­тем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с оп­ределенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой сис­темой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, же­лудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), причем развитие катаракты яв­ляется одним из немногих специфических поражений, вызываемых ЭМИ радиочастот в диапазоне 300 МГц...300 ГГц при плотности по­тока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воз­действии ЭМИ возможны ожоги роговицы.

Для длительного действия ЭМИ различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженны­ми сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повышение или пони­жение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сер­дечной мышце, нервно-психические расстройства, быстрое развитие утомления. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анали­заторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии ЭМИ происходит стойкое снижение работоспособности.

В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая био­логическая активность микроволнового СВЧ-поля в сравнении с ВЧ и УВЧ.

Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обморока­ми, резким учащением пульса и снижением артериального давления. В последнее время особое беспокойство у специалистов в области электромагнитной безопасности человека вызывают сотовые телефо­ны и компьютеры, а также разнообразные радиоэлектронные и элек­трические изделия, широко используемые в быту: телевизоры, игро­вые приставки, микроволновые печи, электроплиты, электрочайни­ки, холодильники, электроутюги, электрофены, электробритвы, электромассажеры, электрогрелки, электроодеяла, отопительные электрорадиаторы и другая бытовая техника.

Согласно определению стресса как общего адаптационного син­дрома, вызывающего неспецифические реакции организма, ЭМИ, безусловно, могут быть определены как стрессирующий фактор. Уже при уровнях, превышающих фоновые, но не достигающих ПДУ для соответствующего диапазона частот, отмечаются значимые функ­циональные изменения состояния сердечно-сосудистой и нервной систем, гематологических, иммуноцитохимических показателей, свидетельствующие об адаптационно-компенсаторных процессах в организме, что является проявлением реакции напряжения. Субъек­тивно человеком отмечаются повышенная раздражительность, утом­ляемость, головные боли, расстройства сна, памяти.

Систематическое воздействие на человека ЭМИ с уровнями, пре­вышающими ПДУ, приводит к развитию явлений дезадаптации, что проявляется в виде серьезных изменений в состоянии его здоровья, которые, однако, не имеют специфического характера.

В первую очередь страдают центральная нервная, эндокринная и иммунная системы.

В настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что ЭМИ следует рассматривать как один из факторов риска в разви­тии раннего атеросклероза, гипертонической болезни, ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда, синдрома депрессии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, прогрессирующая мышечная атрофия.

Нормирование.Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазонапроводится по ГОСТ 12.1.006-84, СанПиН 2.2.4.1191-03 для производственной сре­ды и СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 для условий окружающей среды. В основу гигиенического нормирова­ния положен принцип действующей дозы, учитывающей энергети­ческую.

Согласно ГОСТ 12.1.006-84, напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 кГц — 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ) по электрической составляющей, В/м:

50 — для частот от 60 кГц до 3 МГц;

20 — для частот свыше 3 МГц до 30 МГц;

10 — для частот свыше 30 МГц до 50 МГц;

5 — для частот свыше 50 МГц и до 300 МГ2;

по магнитной составляющей, А/М.:

5 — для частот от 60 кГц до 1,5 МГц;

0,3 — для частот от 30 МГц до 50 МГц.

В диапазоне частот 60 кГц...300 МГц интенсивность электромаг­нитного поля выражается предельно допустимой напряженностью Е_пдэлектрического и Н_пдмагнитного полей. Помимо напряженности нормируемым значением является предельно допустимая энергети­ческая экспозиция электрического ЭЭ и магнитного полей ЭЭ_Н. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна ЭЭ_Е= Е²Т, магнитным — ЭЭ_Н= Н²Т (где Т— время воздействия, ч).

Предельно допустимые значения Е и Н в диапазоне частот 60 кГц...300 МГц на рабочих местах персонала устанавливают, исходя из допустимой энергетической экспозиции и времени воздействия, и могут быть определены по следующим формулам:

где ЭЭ_Епди ЭЭ_Нпд— предельно допустимые значения энергетической экспозиции в течение рабочего дня, (В/м²) ч и (А/м)² ч (табл. 7).

Таблица 7

. Максимальные значения Е_{пд ,} Н_пд , ЭЭ_Епд, ЭЭ_Нпд

В диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц интенсивность ЭМИ характеризуется плотностью потока энергии (ППЭ); энергетическая экс­позиция представляет собой произведение плотности потока энергии поля на время его воздействия ЭЭ_ППЭ= ППЭ Т.

Предельно допустимые значения ППЭ электромагнитного поля

ППЭ_пд = k ЭЭ_ППЭпд/ Т

гдеk — коэффициент ослабления биологической эффективности, равный: 1 — для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 10 — для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн; 12,5 — для случаев локально­го облучения кистей рук (при этом уровни воздействия на другие час­ти тела не должны превышать 10 мкВт/см²); ЭЭ_ППЭпд — предельно до­пустимая энергетическая экспозиция, равная 2 Вт • ч/м; Т — время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Во всех случаях максимальное значение ППЭ_пд не должно превы­шать 10 Вт/м², а при локальном облучении кистей рук —50 Вт/м.

4.5.5. Геомагнитное поле (ГМП)

Нормирование и оценка ослабления геомагнитного поля на рабочем месте проводится по СанПиН 2.2.4.1191—03 на основании определения его интенсивности внутри помещения, объекта, технического средства и в открытом простран­стве на территории, прилегающей к месту его расположения с после­дующим расчетом коэффициента ослабления ГПМ, который не дол­жен превышать 2 на рабочих местах в течение смены.

Лазерное излучение

Лазерное излучение является электромагнитным из­лучением, генерируемым в диапазоне длин волн = 0,2-1000 мкм. Лазеры широко применяются в микроэлект­ронике, биологии, метрологии, медицине, геодезии, связи, спектроскопии, голографии, вычислительной тех­нике, в исследованиях по термоядерному синтезу и во многих других областях науки и техники.

Лазеры бывают импульсного и непрерывного излу­чения. Импульсное излучение — с длительностью не более 0,25 с, непрерывное излучение — с длительнос­тью 0,25 с или более.

Промышленностью выпускаются твердотельные, га­зовые и жидкостные лазеры.

Лазерное излучение характеризуется монохроматич­ностью, высокой когерентностью, чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой энерге­тической освещенностью.

Энергетическая освещенность (облученность) (Вт/ см^-2) — это отношение мощности потока излучения, па­дающего на малый участок облучаемой поверхности, к площади этого участка.

Энергетическая экспозиция (Дж/см^-2) — это отно­шение энергии излучения, падающей на рассматривае­мый участок, к площади этого участка, иначе: это про­изведение энергетической освещенности (облученности) (Вт/см^-2) на длительность облучения (с).

Энергетическая освещенность лазерного луча дости­гает 10¹²-10¹³ Вт•см^-2 и более. Этой энергии оказыва­ется достаточно для плавления и даже испарения самых тугоплавких веществ. Для сравнения укажем, что на поверхности Солнца плотность мощности излучения рав­на 10⁸ Вт • см^-2.

Лазерное излучение сопровождается мощным элект­ромагнитным полем. Лазерное излучение, безусловно, пред­ставляет опасность для человека. Наиболее опасно оно для органов зрения. Практически на всех длинах волн лазерное излучение свободно проникает внутрь глаза. Лучи света, прежде чем достигнуть сетчатки глаза, про­ходят через несколько преломляющих сред: роговую обо­лочку, хрусталик и, наконец, стекловидное тело. Наи­более чувствительна к вредному воздействию лазерного облучения сетчатка. В результате фокусирования на малых участках сетчатки могут концентрироваться плот­ности энергии в сотни и тысячи раз больше той, кото­рая падает на переднюю поверхность роговицы глаза.

Энергия лазерного излучения, поглощенная внутри гла­за, преобразуется в тепловую энергию. Нагревание может вызвать различные повреждения и разрушения глаза.

Ткани живого организма при малых и средних интенсивностях облучения почти непроницаемы для ла­зерного излучения. Поэтому поверхностные (кожные) покровы оказываются наиболее подверженными его воз­действию. Степень этого воздействия определяется, с одной стороны, параметрами самого излучения: чем выше интенсивность излучения и чем длиннее его волна, тем сильнее воздействие; с другой стороны, на исход пора­жения кожи влияет степень ее пигментации. Пигмент кожи является как бы своеобразным экраном на пути излучения в расположенные под кожей ткани и органы. При больших интенсивностях лазерного облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутрен­них тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвения тканей, а также свер­тывания или распада крови. В таких случаях поврежде­ния кожи оказываются относительно менее выраженны­ми, чем изменения во внутренних тканях, а в жировых тканях вообще не отмечено каких-либо патологических изменений.

Рассмотренные возможные вредные последствия от воз­действия лазерного излучения относятся к случаям пря­мого облучения вследствие грубых нарушений правил бе­зопасного обслуживания лазерных установок. Рассеянно или тем более концентрированно отраженное излучение малой интенсивности воздействует значительно чаще, ре­зультатом могут быть различные функциональные нару­шения в организме — в первую очередь в нервной и сер­дечно-сосудистой системах. Эти нарушения проявляются в неустойчивости артериального давления крови, повы­шенной потливости, раздражительности и т. п. Лица, ра­ботающие в условиях воздействия лазерного отраженного излучения повышенной интенсивности, жалуются на го­ловные боли, повышенную утомляемость, неспокойный сон, чувство усталости и боли в глазах. Как правило, эти неприятные ощущения проходят без специального лече­ния после упорядочения режима труда и отдыха и приня­тия соответствующих защитных профилактических мер.

Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно допустимым уровням облучения (ПДУ). Это уровни лазерного облучения, которые при ежеднев­ной работе не вызывают у работающих заболеваний и отклонений в состоянии здоровья.

Согласно «Санитарным нормам и правилам устрой­ства и эксплуатации лазеров» ПДУ лазерного излучения определяются энергетической экспозицией облучаемых тканей (Дж см^-2).

Лазеры по степени опасности генерируемого ими из­лучения подразделяются на четыре класса:

1 класс — выходное излучение не представляет опас­ности для глаз и кожи;

2 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отражен­ным излучением;

3 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на рас­стоянии 10 см от диффузно отражающей поверхнос­ти и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением;

4 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излуче­нием на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Работа лазерных установок может сопровождаться также возникновением и других опасных и вредных производственных факторов: шум, вибрация, аэрозоли, газы, электромагнитное и ионизирующее излучения.

Меры безопасности и защита. Лазеры 3-4 класса, генерирующие излучение в ви­димом диапазоне ( = 0,4-0,75 мкм), и лазеры 2-4 класса с генерацией в ультрафиолетовом ( = 0,2-0,4 мкм) и инфракрасном диапазонах длин волн ( = 0,75 мкм и выше) должны снабжаться сигнальными устройствами, работающими с момента начала генерации до ее оконча­ния. Конструкция лазеров 4 класса должна обеспечи­ваться возможностью дистанционного управления.

Для ограничения распространения прямого лазер­ного излучения за пределы области излучения лазеры 3-4 класса должны снабжаться экранами, изготовлен­ными из огнестойкого, неплавящегося светопоглощающего материала, препятствующими распространению из­лучения.

Лазеры 4 класса должны размещаться в отдельных помещениях. Внутренняя отделка стен и потолка поме­щений должны иметь матовую поверхность. Для умень­шения диаметра зрачков необходимо обеспечить высо­кую освещенность на рабочих местах (более 150 лк).

С целью исключения опасности облучения персонала для лазеров 2-3 класса необходимо либо ограждение всей опасной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливать­ся из материалов с наименьшим коэффициентом отраже­ния на длине волны генерации лазера, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

В том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить достаточной защиты, применя­ются средства индивидуальной защиты (СИЗ) — противолазерные очки и защитные маски.

Конструкция противолазерных очков должна обес­печивать снижение интенсивности облучения глаз ла­зерным излучением до ПДУ в соответствии с требовани­ями ГОСТ 12.4.013-75.