Защита от электромагнитных полей. Нормирование электромагнитных полей. Методы защиты
Действующие в РФ уровни допустимого облучения настолько малы, что они не вызывают каких-либо изменений в организме даже при длительном систематическом облучении. «Санитарные нормы и правила при работе с источниками электромагнитных полей высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот» № 848—70 предусматривают следующие предельно допустимые величины: напряженность электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах не должна превышать по электрической составляющей 20 В/м в диапазоне частот 100 кГц — 30 МГц и 5 В/м в диапазоне частот 30—300 МГц; по магнитной составляющей предельная величина равна 5 А/м в диапазоне частот 100 кГц — 1,5 МГц. В диапазоне СВЧ 300—300 000 МГц максимально допустимая плотность потока мощности при облучении в течение всего рабочего дня составляет 10 мкВт/см2, при облучении не более 2 ч за рабочий день — 100 мкВт/см2 и при облучении не более 15—20 мин 1000 мкВт/см2 при условии обязательного использования защитных очков. В остальное рабочее время интенсивность облучения не должна превышать 10 мкВт/см2.
В диапазоне СВЧ для лиц, не связанных профессионально с облучением, и для населения плотность потока мощности не должна превышать 1 мкВт/см2.
Из формулы (21) видно, что ослабление мощности электромагнитного поля на рабочем месте можно достигнуть путем увеличения расстояния между антенной и рабочим местом; уменьшения мощности излучения генератора; установки отражающего или поглощающего экранов между антенной и рабочим местом; применения индивидуальных средств защиты.
«Защита расстоянием» является наиболее простым и эффективным методом. Он вполне применим для персонала, которому при выполнении работы нет необходимости находиться вблизи источников электромагнитного излучения, а также при дистанционном управлении излучающей установкой. Для того чтобы иметь возможность использовать этот метод, помещение, в котором ведутся работы, должно быть достаточных размеров.
Одним из способов снижения излучаемой мощности является замена мощного генератора менее мощным, если это возможно по технологии выполнения работ. Другим путем уменьшения мощности излучения может быть применение поглощающих нагрузок — эквивалентов антенн или ослабителей мощности — аттенюаторов, которые полностью поглощают или в необходимой степени ослабляют передаваемую энергию на пути ее от генератора к излучающему устройству.
Поглощающие нагрузки бывают коаксиальные и полноводные, их схемы представлены на рис. 53. Поглотителем энергии служит графитовый или специальный углеродистый состав, а также различные диэлектрики с потерями. Для охлаждения поглощающих нагрузок применяют охлаждающие ребра (рис. 53, г) или проточную воду (рис. 53, в, е). Для согласования коаксиальных линий и волноводов с поглощающими нагрузками используют скошенные (рис. 53, а и г), а также клинообразные (рис. 53, б ив) и ступенчатые (рис. 53, д) переходы или же диэлектрические шайбы (рис. 53, е).
Аттенюаторы, применяемые для понижения мощности излучения до необходимого значения и используемые в коаксиальных линиях и волноводах, бывают постоянные и переменные. Первые из них работают на принципе поглощения электромагнитных колебаний материалами с большим коэффициентом поглощения. К таким материалам относятся резина, полистирол и др. На рис. 54 изображены различные типы аттенюаторов с постоянным затуханием. Волноводные аттенюаторы с переменным затуханием ножевого и пластинчатого типа приведены на рис. 55. «Нож» (рис. 55, а) и пластины (рис. 55, б) таких аттенюаторов изготовляют из диэлектрика, покрытого тонкой металлической пленкой, и помещают параллельно электрическим силовым линиям электромагнитного поля. Регулировка величины затухания аттенюаторов производится погружением «ножа» в волновод или сближением пластин, вследствие чего увеличивается поглощеиие энергии диэлектриком аттенюатора.
При правильном использовании поглощающих нагрузок и аттенюаторов интенсивность излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство ослабляется на 60 дБ и более, а плотность потока мощности достигает величины менее 10 мкВт/см2.
Весьма эффективным и часто применяемым методом защиты от электромагнитных излучении является установка экранов. Экранировать можно или сам источник излучения, или рабочее место. Отражающие экраны делают из хорошо проводящих металлов — алюминия, стали, лучше — из меди и латуни. Защитное действие обусловлено тем, что экранируемое поло создает в экране токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранируемому полю. Результирующее поле, получающееся при сложении этих двух полей, очень быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную величину.
Рассчитаем ослабление, даваемое экраном, и толщину экрана. Обозначим через Р0, J0 — мощность и плотность потока мощности экранируемого излучения; Р, J — мощность и плотность потока мощности (ослабленного) излучения за экраном. Тогда ослабление излучения (дБ) можно определить по формуле
Скорость уменьшения амплитуды падающей волны по мере ее проникновения в проводящую среду характеризует понятие глубины проникновения, под которой понимают расстояние вдоль распространения волны, на котором амплитуда падающей волны Еа (или Hа) уменьшается в е раз [см. формулу (20)]. Глубину проникновения определяют из выражения
т. е. kz = 1, z = 1/k Коэффициент где у — проводимость 1/Ом*м; μ — магнитная проницаемость, Ом*с/м = Г/м.
Следовательно, глубина проникновения зависит от свойств проводящей среды и от частоты ω.
Так, если электромагнитная волна имеет частоту f = 9 кГц и проникает в сроду, у которой у = 105 1/Ом*см (сталь), то
где μ0 — проводимость вакуума; μ = μaμr . Величина коэффициента
Отсюда глубина проникновения
z = 1/k = 0,005 см = 0,05 мм.
Таким образом, на маленьком расстоянии 0,05 мм амплитуда падающей волны Еа и На снизится в 2,7 раза даже при очень низкой частоте; с ростом частоты эта величина уменьшается еще более.
Глубину проникновения можно вычислить и для любого заранее заданного ослабления электромагнитного поля, если член ослабления e~hz приравнять заданной величине М:
Прологарифмировав это выражение и решив его относительно z, получим
Исходя из прочности экранов, они должны изготовляться толщиной не менее 0,5 мм из листового материала с высокой электропроводностью. Смотровые окна и другие технологические отверстия нужно экранировать густой металлической сеткой с ячейками не более 4X4 мм. Экран должен заземляться. Швы между отдельными листами экрана или сетки должны обеспечивать надежный электрический контакт между соединяемыми элементами, так как иначе эффективность экранирования будет недостаточной. Шов выполняется сваркой, пайкой или точечной электросваркой с шагом не более 50—100 мм.
Для защиты работающих от электромагнитных излучений следует также применять заземленные экраны в виде камер или шкафов, в которые помещается целиком передающая аппаратура; кожухов, ограждающих только антенны; ширм, устанавливаемых на пути излучения.
Если отраженная от экрана радиоволна может попасть на рабочее место, то экран покрывают радиопоглощающим материалом. В качестве поглощающих материалов применяют следующие предметы: коврики резиновые марки ВКФ-1, В2Ф2, В2ФЗ, пластины магнитодиэлектрическиб марки ХВ — 0,8; ХВ —2,0; ХВ — 3,2 и т. д. (цифра указывает длину волны), поглощандаее покрытие на основе поролона типа «Болото». Эти материалы имеют коэффициент отражения по мощности не более 1—2%.
Полезная информация: