Дія електромагнітного випромінювання на організм людини, його нормування

Біосфера впродовж усієї еволюції знаходилась під впливом елекромагнітних полів, так званого фонового (природного) випромінювання, викликаного природними причинами. Під час індустріалізації людство додало до цього багато чинників, посиливши фонове випромінювання. У зв’язку з цим електромагнітні поля (ЕМП) штучного походження почали перевищувати природний фон і тепер перетворилися у небезпечний екологічний фактор.

ЕМП існують весь час і є фактично формівниками життя планети. Усі ЕМП та випромінювання поділяться на природні та штучні (антропогенні).

ЕМП природного походження це:

- атмосферна електрика;

- радіоактивні випромінювання Сонця і галактик;

- електромагнітні поля Землі;

- квазістатичні, електричні і магнітні поля Землі;

- радіація всесвіту, ЕМП Сонця, електрони, нейтрони.

Під час термоядерних вибухів на Сонці ЕМП поширюються із швидкістю світла, а також γ – випромінювання.

Сонячний вітер через 3 – 4 доби визиває:

- 1–ше магнітне збурення від ЕМП;

- 2–ге від бомбардування іоносфери (електронами, нейтронами) і зумовлює діомагнітні зміни Землі.

Навколо Землі існує електромагнітне поле напруженістю у середньому 130 В/м.

Магнітне поле має напруженість 47,3 А/м на Північному полюсі; 39,8 А/м – на Південному полюсі; 19,9 А/м – на магнітному екваторі. Сонце випромінює ЕМП у діапазоні 10 мГц –10 гГц. Магнітне поле Землі коливається з 80- річним та 11- річним циклами змін.

ЕМП штучного (антропогенного) випромінювання це:

- радіохвилі ВЧ та УВЧ діапазону, НВЧ випромінювання;

- інфрачервоне (ІЧ) випромінювання, світлові промені, лазерне випромінювання.

Джерела штучних ЕМП (промислові) це:

- генератори високих, ультрависоких, надвисоких частот (індукційного і термічного нагрівання, плавильники, індуктори загартовування);

- лінії електропередач (ЛЕП);

- електротермічні установки (конденсатори, термічні установки з ламповими генераторами);

- клістори і магнітні генератори (автогенератори);

- фідерні лінії, які з’єднують окремі частини генераторів;

- трансформатори, конденсатори, підсилювачі потужності;

- шини електричних передач промислової частоти;

- антени тощо.

У машинобудуванні широко використовують ЕМП як змінні так і постійні.

У побуті та промисловості набули масового застосування обладнання та прилади, робота яких пов'язана з утворенням електромагнітних випромінювань широкого діапазону частот. Джерелами випромінювань електромагнітної енергії є потужні радіо та телевізійні станції, ретранслятори, засоби радіозв'язку різного призначення, в тому числі і супутникового, промислові установки високочастотного нагрівання металів, електротранспорт, вимірювальні прилади, персональні комп'ютери (ПК). В аеропортах та на військових об'єктах працюють потужні радіолокатори, які випромінюють в навколишнє середовище потоки електромагнітної енергії.

Відомо, що навколо провідника, по якому протікає електричний струм, виникають електричне та магнітне поля. Якщо струм постійний, то ці поля існують незалежно одне від одного.

При змінному електричному струмі електричне та магнітне поля пов'язані між собою, становлячи єдине електромагнітне поле. При появі електричної напруги на струмоведучих частинах з'являється електричне поле (ЕП). Якщо електричне коло замкнуте, тобто по ньому протікає струм, це супроводжується появою магнітної складової поля, і в цьому випадку говорять про існування електромагнітного поля (ЕМП). Для характеристики ЕМП введено поняття напруженості його складових - електричного (Е, В/м) та магнітного полів (Н, А/м).

Електричне поле виникає при високій напрузі (малих струмах).

Магнітне поле – при великих струмах (малих напругах).

ЕМП характеризується розповсюдженням електромагнітної хвилі.

Електромагнітні хвилі характеризуються такими абсолютними величинами:

- довжиною хвилі λ, м;

- частотою f, Гц; або періодом Т = 1/ f;

- швидкістю поширення електромагнітної хвилі v, м/с; яку можна знайти за такими формулами і ,

де c – швидкість світла С = 3×10⁸, м/с (для повітря v ≈ с);

μ і ξ – магнітна і діелектрична проникливості середовища.

ЕМП несе енергію, яка визначається поверхневою густинною потоку енергії (ГПЕ), для полів у 9 -11 діапазонах частот (див.табл.2.6). Одиницею вимірювання ГПЕ є Вт/м² (1 Вт/м² = 10 мВт/см² = 100 мкВт/см²).

Для точкового джерела ГПЕ на робочому місці визначається за формул ою

І = ГПЕ =P/4pR², Вт/м²,

де P – потужність джерела енергії, Вт;

R – відстань від джерела до робочого місця.

 

Електромагнітні поля негативно впливають на організм людини, яка безпосередньо працює з джерелом випромінювання, а також на населення, яке мешкає поблизу джерел випромінювання. Встановлено, що переважна частина населення знаходиться в умовах підвищеної активності ЕМП. Можна вважати, що в діапазоні промислових частот (у тому числі 50 Гц) допустимо розглядати вплив на біологічний об'єкт електричної і магнітної складових поля роздільно (нарізно). В будь-якій точці ЕМП промислової частоти енергія магнітної складової поля, яка поглинається тілом людини, майже в 50 разів менша від енергії електричної складової цього поля, що поглинається тілом. Це дає змогу зробити висновок, що в діапазоні промислових частот дією магнітної складової поля на біологічний об'єкт можна знехтувати, а негативний вплив на організм обумовлений електричною складовою поля.

Ступінь і характер дії ЕМП і випромінювань на організм людини залежить від напруги електричного і магнітного полів, густини потоку енергії, частоти коливань, від часу дії, режиму опромінення (безперервного або з перервами), розміру опромінювання поверхні тіл, індивідуальних особливостей організму, наявності інших шкідливих чинників

Струм, що протікає через тіло людини при дії електромагнітного поля визначається за формулою

,

де I_r – струм, який протікає через тіло людини в ЕМП;

Е – напруга електромагнітного поля;

k – коефіцієнт, який враховує всі вище перераховані фактори.

Людина може витримати тривалість дії ЕМП I_r = 50–60 мкА, що відповідає Е = 5 кВ/м при середньому рості людини Н = 1,5 м.

ЕМП діє так: в електромагнітному полі атоми і молекули поляризуються. Полярні молекули орієнтовані за напрямком поширення електромагнітного поля. При цьому з’являються іонні струми (в рідинах тканин, крові), струми провідності. Виникає тепло­вий ефект за рахунок поглинання енергії ЕМП. Надлишкова теплота діє на терморегуляцію організму і при цьому проявляються незворотні явища тощо. Місцеве перегрівання тканин на 1 % призводить до утворення тромбів, проходить зміна складу крові – підвищення вмісту лейкоцитів („перлиновий ланцюжок”).

У результаті дії на організм людини електромагнітних випромінювань в діапазоні ЗО кГц - 300 МГц порушуються умовні рефлекси, спостерігається: загальна слабкість, підвищена втома, сонливість, порушення сну, головний біль та біль в ділянці серця. З'являється роздратованість, втрачається увага, сповільнюються рухово-мовні реакції. Виникає ряд симптомів, які свідчать про порушення роботи окремих органів - шлунку, печінки, підшлункової залози. Погіршуються харчові та статеві рефлекси, діяльність серцево-судинної системи, фіксуються зміни показників білкового та вуглеводневого обміну, змінюється склад крові, зафіксовані зміни на рівні клітин

На початку 60-х років у науково-технічній літературі з'явилися перші відомості про те, що люди, опромінені імпульсом НВЧ коливань, можуть постійно чути якийсь звук. Залежно від тривалості та частоти повторень імпульсів цей звук сприймається як щебет, цвірінчання чи дзюркіт у деякій точці всередині чи ззаду голови. Це явище викликало інтерес вчених, які розпочали систематичні дослідження на людях та тваринах. Під час дослідів люди повідомляли про свої відчуття.

При систематичній дії ЕМП високої та надвисокої частоти на організм людини спостерігається підвищення кров'яного тиску, трофічні явища (випадіння волосся, ламкість нігтів). ЕМП викликають зміну поляризації молекул та атомів, які є складовою частиною клітин, в результаті чого виникає небезпечний нагрів. Надмірне тепло може нанести шкоду як окремим органам, так і всьому організму людини. Професійні захворювання виникають у працівників при тривалому та інтенсивному опроміненні.

При інтенсивності випромінювань надвисокої частоти (НВЧ) близько 20 мкВт/см² спостерігається зменшення частоти пульсу, зниження артеріального тиску, тобто явна реакція на опромінення. Вона сильніша й може навіть виражатися у підвищенні температури шкіри в осіб, які раніше потрапляли під дію опромінення.

Із ростом інтенсивності відбуваються електрокардіографічні зміни, при хронічному впливі - тенденція до гіпотонії, до змін у нервовій системі. Потім спостерігається прискорення пульсу, коливання об'єму крові.
При інтенсивності 6 мВт/см² помічені зміни у статевих залозах, у складі крові, помутніння кришталика. Далі - зміни у здатності крові зсідатися, умовно-рефлекторній діяльності, вплив на клітини печінки, зміни у корі головного мозку. Потім - підвищення кров'яного тиску, розрив капілярів і крововиливи у легені та печінку.

Випромінювання інтенсивністю до 100 мВт/см² викликають стійку гіпотонію, стійкі зміни серцево-судинної системи, двосторонню катаракту. Подальше опромінення помітно впливає на тканини, викликає больові почуття. Якщо інтенсивність перевищує 1 Вт/см², це спричинює дуже швидку втрату зору, що є одним із серйозних ефектів дії НВЧ на організм людини. На більш низьких частотах такі ефекти не відбуваються, і тому їх треба вважати специфічними для НВЧ діапазону. Ступінь пошкодження залежить, в основному, від інтенсивності та тривалості опромінення.

Інтенсивне НВЧ опромінення відразу викликає сльозотечу, подразнення, звуження зіниці ока. Після короткого (1-2 доби) прихованого періоду спостерігається погіршення зору, що посилюється під час повторного опромінення і свідчить про кумулятивний характер пошкоджень. Спостереження за людьми доводять існування механізму відбудови пошкоджених клітин, який вимагає тривалого часу (10-20 діб). Зі зростанням часу та інтенсивності впливу пошкодження набувають незворотного характеру.

У разі прямого впливу на око випромінювання відбувається пошкодження рогівки. Але серед усіх тканин ока найбільшу чутливість в діапазоні 1...10 ГГц має кришталик. Сильні пошкодження кришталика зумовлені тепловим впливом НВЧ (при щільності потоку енергії понад 100 мВт/см2). За малої інтенсивності помутніння спостерігаються тільки у задній ділянці, за великої - по всьому об'єму кришталика.

Отже, електромагнітне випромінювання як хвороботворний чинник слід розглядати на підставі клінічних та експериментальних матеріалів. Сумісну дію цих випромінювань широкого діапазону можна класифікувати як окрему радіохвильову хворобу. Тяжкість її наслідків знаходиться у прямій залежності від напруженості ЕМП, тривалості впливу, фізичних особливостей різних діапазонів частот, умов зовнішнього середовища, а також від функціонального стану організму, його стійкості до впливу різних чинників можливостей адаптації.

Основним параметром, який характеризує біологічну дію ЕМП промислової частоти, є електрична напруга, а магнітна напруга маловпливає. В існуючих установках Н = 25 А/м, промислова частота – f = 50 Гц, а шкідлива біологічна дія проявляється при Н = 150-200 А/м.

Дія радіочастот на організм людини:

- сантиметрові і міліметрові хвилі діють на мозок людини;

- дециметрові і більш довгі визивають зміну живлення тканин;

- хвилі великої довжини спричиняють катаракту (зміну в кришталику ока).

.

Для попередження професійних захворювань, які виникають у результаті тривалої дії електромагнітних випромінювань, відповідно до ГОСТ 12.1.006-84 "ССБТ. Электромагнитное поле радиочастот» встановлені гранично допустимі рівні електромагнітних випромінювань..

Залежно від довжини хвилі весь радіодіапазон ЕМП розбитий на номери діапазонів і діапазони частот