Крутиков В.Н., Брегадзе Ю.И., Круглов А.Б. (ред.) Контроль физических факторов окружающей среды, опасных для человека

Подождите немного. Документ загружается.

При этом модули напряженности электрического и магнитного полей убывают

обратно пропорционально расстоянию от источника до точки наблюдения.

Распространение электромагнитной волны сопровождается переносом энергии

электромагнитного поля в направлении распространения волны. Плотность потока

энергии электромагнитного поля р определяется по формуле

. (1.4)

3) L

>> λ. Как правило, источники излучения, для которых выполняется это

условие, являются антеннами радиолокаторов или систем дальней связи. В отличие

от предыдущего случая, кроме ближней и дальней зоны, есть еще промежуточная

зона, в которой электромагнитная волна распространяется по законам

геометрической оптики и в случае зеркальной антенны или многоэлементной

антенной решетки имеет вид прожекторного луча.

Независимо от того, в какой зоне находится объект, подвергаемый воздействию

электромагнитного поля, характер воздействия, главным образом, зависит от

соотношения между длиной волны λ и размером объекта L

. Если L

<< λ, то даже,

если объект расположен в промежуточной или дальней зоне, электрическое и

магнитное поля воздействуют на объект, возбуждая в нем токи, как независимо

существующие поля, которые взаимодействуют сразу со всем объектом. В этом

случае, например, для оценки тепла, выделяемого в объекте, надо найти токи,

возбуждаемые электрическим и магнитным полями отдельно, а затем по

суммарному току рассчитать выделяемое в объекте тепло.

Если L

>> λ, то объект находится в поле электромагнитной волны, как в едином

целом. В этом случае оценивается предельное значение тепла, которое можно

выделить в объекте, умножив плотность потока энергии электромагнитного поля

на площадь максимального сечения объекта в плоскости, перпендикулярной

направлению распространения электромагнитной волны.

Как уже отмечалось выше, напряженность электрического (магнитного) поля

является векторной функцией времени и координат, и измерение ее в каждый

момент времени и в каждой точке пространства не реально, да в этом и нет

необходимости. Поэтому, когда говорят об измерении напряженности переменного

электрического (магнитного) поля, то подразумевают, что речь идет об измерении

одного или нескольких скалярных параметров напряженности электрического

(магнитного) поля или электромагнитной волны.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют

следующие параметры:

1) среднее квадратическое значение напряженности электрического поля

, (1.5)

где Т - период колебаний;

2) среднее квадратическое значение проекции напряженности электрического

поля на заданное направление

, (1.6)

где

- единичный вектор, определяющий заданное направление;

3) средние квадратические значения напряженности магнитного поля и

магнитной индукции. Они определяются аналогичным образом. Соответствующие

формулы получаются в результате замены Е на Н или В;

4) средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне

(1.7)

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

1.2. Механизмы воздействия электромагнитного

поля на человека

Любое вещество, в том числе и то, из которого состоит человек, является смесью

частиц, имеющих положительные и отрицательные заряды. Важнейшей

электромагнитной характеристикой свойств вещества является его

электропроводность. В зависимости от степени электропроводности, вещества

делятся на диэлектрики (σ → 0) и проводники (σ → ∞). В результате резкого

различия диэлектриков и проводников, их поведение в электромагнитных полях

оказывается неодинаковым. Однако большинство веществ по параметру

электропроводности занимают промежуточное положение между идеальными

диэлектриками и идеальными проводниками. Вещества типа земли и воды ведут

себя, в зависимости от характеристик электромагнитного поля, то как проводники,

то как диэлектрики. Если зависимость электромагнитного поля от времени

является гармонической, то существует мера оценки свойств вещества на частоте

ω.

Если

, то вещество характеризуется как диэлектрик, если

, то как проводник. Следовательно, в рассматриваемом нами диапазоне

частот свойства вещества могут меняться весьма значительно. Однако имеется

общая тенденция превращения вещества в диэлектрик с ростом частоты.

Исходя из того, что при отсутствии внешнего электростатического поля тело

человека электрически нейтрально (суммарный заряд равен нулю), при его

воздействии на человека можно выделить три ситуации:

1) тело человека находится в поле и изолировано от остальных тел. В этом

случае подвижные заряженные частицы вещества расположатся как у проводника

на поверхности тела, а связанные поляризуются, как у диэлектрика;

2) тело человека заземлено. Тогда подвижные заряженные частицы,

определяющие проводимость тела человека, перетекут на землю и тело приобретет

заряд, который можно обнаружить, изолировав тело от земли и экранировав его от

электрического поля;

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

3) тело человека является частью электрической цепи, в которой ток

проводимости (перенос заряженных частиц) вызывается сторонней

напряженностью электрического поля.

Действие постоянного магнитного поля на вещество, являющееся проводником,

по которому течет электрический ток (движутся заряженные частицы), связано с

магнитной силой, действующей под прямым углом к направлению движения.

Общее движение представляет собой движение по цилиндрической спирали.

Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологическими объектами

осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов,

величина и распределение которых в теле человека зависят от целого ряда

параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические

и магнитные свойства тканей (диэлектрическая и магнитная проницаемости и

удельная проводимость), ориентация тела относительно векторов электрического и

магнитного полей, а также от характеристик ЭМП (частота, интенсивность,

модуляция и др.).

Согласно современным представлениям, по механизму действия ЭМП

сверхнизкочастотного и низкочастотного диапазонов (вплоть до 10 - 30 кГц),

основную опасность для организма представляет влияние наведенного

электрического тока на возбудимые структуры (нервную, мышечную ткань).

Параметром, определяющим степень воздействия, является плотность наведенного

в теле вихревого тока. При этом, для электрических полей (ЭП) рассматриваемого

диапазона частот характерно слабое проникновение в тело человека, для

магнитных полей (МП) - организм практически прозрачен. Плотности наведенного

тока (j) могут быть рассчитаны по формулам:

для ЭП j = k · f ·E, где f - частота, Е - напряженность ЭП, k - коэффициент,

отличающийся для различных тканей;

для МП - j = p · R · σ · f · B, где: В - магнитная индукция, σ - проводимость

ткани.

Поглощение энергии ЭМП в тканях определяется главным образом двумя

процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных моментов с

частотой воздействующего поля. Первый эффект приводит к возникновению токов

проводимости и связанным с электрическим сопротивлением среды потерям

энергии (потери ионной проводимости), тогда как второй процесс приводит к

потерям энергии за счет трения дипольных молекул в вязкой среде

(диэлектрические потери). На низких частотах основной вклад в поглощение

энергии ЭМИ вносят потери, связанные с ионной проводимостью. Ионная

проводимость возрастает с ростом частоты поля до 10

- 10

Гц в связи с

уменьшением емкостного сопротивления мембран и со все большим участием

внутриклеточной среды в общей проводимости, что ведет к увеличению

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

поглощения энергии. При дальнейшем увеличении частоты ионная проводимость

среды остается практически постоянной, а поглощение энергии продолжает

увеличиваться за счет потерь на вращение дипольных молекул среды, главным

образом, молекул воды и белков.

Первичные механизмы действия поглощенной энергии на микромолекулярном,

субклеточном, клеточном уровнях изучены слабо. Одним из проявлений

взаимодействия ЭМП с веществом вообще и с биологическими структурами, в

частности, является их нагрев. Однако доказано, что биологические эффекты

влияния ЭМП могут проявляться не только при действии сравнительно высоких

интенсивностей излучений, вызывающих общий нагрев тканей, но и при так

называемых «нетепловых» уровнях, когда общего повышения температуры не

наблюдается. Возможно, при любых интенсивностях воздействия поглощение

энергии ЭМП в тканях приводит к тепловыделению, однако распределение тепла

может иметь неравномерный характер и приводить к возникновению внутренних

«горячих точек» при интенсивности ЭМИ на порядок ниже интегрального

теплового порога. Имеются данные о влиянии ЭМИ на клеточные мембраны,

структуру некоторых белков, электрическую активность нейронов. Отмеченные

эффекты не всегда могли быть интерпретированы как чисто тепловые. То есть

принципиальная возможность неоднородного нагрева в мелкодисперсных

биологических системах не вызывает сомнения, но вопрос о его количественной

оценке остается открытым и не теряет своего значения.

В последнее десятилетие получила дальнейшее развитие информационная

теория воздействия ЭМИ, основанная на концепции взаимодействия внешних

полей с внутренними полями организма.

1.3. Гигиеническое нормирование

электромагнитных полей в окружающей среде

1.3.1. Принципы гигиенического нормирования воздействия ЭМП

в России и за рубежом

В основе гигиенических норм и правил внепроизводственных воздействий ЭМП,

как и других факторов химической и физической природы, в России заложен

принцип, в соответствии с которым безопасным для человека является предельно

допустимый уровень (ПДУ) ЭМП. ПДУ - уровень воздействия фактора, который не

должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья в настоящее

время или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Гигиенические нормативы ЭМП в России разрабатываются, как правило, на

основании комплексных гигиенических, клинико-физиологических,

эпидемиологических и экспериментальных исследований. Гигиенические

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

исследования ставят своей целью определение интенсивностных и временных

параметров ЭМП в реальных условиях; клинико-физиологические исследования

направлены на выявление нарушений в состоянии здоровья и физиологических

функций людей, подвергающихся такого рода воздействиям; эпидемиологические -

на выявление отдаленных последствий воздействия фактора; экспериментальные -

на изучение особенностей и характера биологического действия ЭМП.

Основной вклад в обоснование гигиенических нормативов ЭМП вносят

экспериментальные исследования.

Безопасным для человека считается такое воздействие ЭМП, которое не

вызывает нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию),

качественной перестройки и любых количественных изменений жизненных

процессов, которые выходят за пределы физиологической нормы,

соответствующей конкретным условиям жизнедеятельности.

Принятая в России методология гигиенического нормирования, базирующаяся

на представлениях о наличии порога вредного действия факторов окружающей

среды, была использована и при обосновании допустимых уровней ЭМП.

Порог вредного действия - это такое воздействие ЭМП, при котором в организме

возникают изменения, характеризующиеся:

качественной перестройкой жизненных процессов;

любыми количественными изменениями жизненных процессов, которые

выходят за пределы физиологической нормы, соответствующей конкретным

условиям жизнедеятельности, и обусловливают снижение способности организма к

осуществлению нормальных компенсаторных возможностей по уравновешиванию

неблагоприятного действия других факторов окружающей среды или необычных

психофизиологических состояний;

развитием явлений суммирования предшествующих эффектов воздействия,

имеющих характер кумулятивных и приводящих при продолжительном

воздействии к развитию изменений жизненных процессов, выходящих за пределы

допустимых отклонений.

По-видимому, порог вредного действия ЭМП лежит на границе, разделяющей

зоны активной адаптации и патологических нарушений. Однако на практике, в

процессе проведения экспериментальных исследований, установление порога

вредного действия встречает ряд трудноразрешимых задач, зависящих от

адекватности и чувствительности используемых методов, от вида и размера тела

лабораторных животных, от качества метрологического обеспечения, от

квалификации экспериментатора и множества других обстоятельств.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Большую сложность представляет собой экстраполяция результатов

эксперимента с животных на человека, что обусловлено в значительной мере

различиями в размерах тела и связанными с этим различиями в максимумах

поглощения энергии ЭМП.

Наряду с вопросами экстраполяции экспериментальных данных при переходе от

порогов вредного действия к допустимым уровням важным является и

установление коэффициента гигиенического запаса - для повышения надежности

гигиенических нормативов.

При разработке международных нормативных документов, регламентирующих

ПДУ ЭМП различных частотных диапазонов, основным источником

репрезентативных данных являются опубликованные результаты различных

исследований по изучению биологического действия ЭМП. При этом серьезное

внимание уделяется критическому анализу имеющейся научной литературы.

Согласно критериям Международной комиссии по защите от неионизирующих

излучений (ICNIRP) литература для анализа (обзора, рассмотрения) должна быть

опубликована в определенных научных журналах.

В европейских и международных стандартах дается краткое описание

принципов нормирования. В основе нормирования, принятого в зарубежных

странах, лежат следующие положения. Под действием электромагнитного поля, в

котором находится человек, в его теле возбуждается электрический ток. Полагают,

что на частотах до 1 МГц этот ток оказывает непосредственное вредное

воздействие на мышечные ткани, нервную систему и другие органы человека. По

результатам медико-биологических исследований устанавливается предельно

допустимая плотность тока в теле человека (The basic restrictions for current densities

in the body). Сведения о том, как это конкретно делается, в доступной литературе

отсутствуют. Полученные значения предельно допустимой плотности тока

используются для расчета ПДУ параметров электромагнитного поля, которые

подлежат контролю при обеспечении электромагнитной безопасности. На низких

частотах (в частности, на частотах ниже 1 МГц) такими параметрами являются

напряженности электрического и магнитного полей. Расчет ПДУ производится

следующим образом. Решается задача о возбуждении тока в модели тела человека,

помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле. В результате решения

этой задачи находится связь между плотностью тока в теле человека и

напряженностью внешнего электрического (магнитного) поля. Используя эту связь,

по известному значению предельно допустимой плотности тока устанавливают

предельно допустимые значения напряженности электрического (магнитного)

поля. Следует особо подчеркнуть, что ПДУ устанавливаются для параметров

именно внешнего электромагнитного поля, т.е. электромагнитного поля, которое

существует в среде при отсутствии тела человека. Связь между ПДУ и предельно

допустимой плотностью тока может быть установлена не только теоретически, но

и экспериментально, если поместить манекен (фантом, модель человека), имеющий

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

необходимые электрические параметры, во внешнее электрическое (магнитное)

поле и измерять в разных точках манекена плотность тока.

На частотах выше 1 МГц полагают, что вредное воздействие на организм

оказывает не непосредственно протекающий ток, а тепло, выделяемое при

протекании тока в теле человека, характеристикой которого является количество

энергии dW, выделенное в массе тела dm за интервал времени dt. Так как

приращение выделенной энергии dW за интервал времени dt является мощностью,

то вводят понятие поглощенной удельной мощности (ПУМ) электромагнитной

энергии в единице массы dm (Specific Absorption Rate - SAR).

. (1.8)

ПУМ выражается в единицах ватт на килограмм (Вт/кг).

ПУМ может быть выражена через приращение температуры тела dT за время dt,

если известна его теплоемкость c

│

t = 0

(1.9)

Для электромагнитных величин

, (1.10)

где ρ - плотность ткани тела объема dV, кг/м

;

- среднее квадратическое значение напряженности электрического поля в

ткани (В/м);

σ - удельная проводимость ткани тела См/м.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

По результатам медико-биологических исследований устанавливаются

предельные значения ПУМ. Далее на основе установленных значений ПУМ

проводят расчет ПДУ параметров внешнего электромагнитного поля. Для этого,

как и в случае частот ниже 1 МГц, решается задача о возбуждении тока в модели

человека, помещенной во внешнее электрическое (магнитное) поле на частотах до

10 МГц или в поле плоской волны на частотах выше 10 МГц. В результате решения

этой задачи находится распределение ПУМ в модели при заданных параметрах

внешнего электромагнитного поля. После этого устанавливают предельно

допустимые значения напряженности внешнего электрического (магнитного) поля

или параметров падающей плоской электромагнитной волны. При этом на частотах

выше 10 МГц может использоваться любой из параметров плоской

электромагнитной волны: напряженность электрического поля, напряженность

магнитного поля, плотность потока энергии.

Однако как в рекомендациях ICNIRP, так и в нормативных документах ряда

зарубежных стран устанавливаются не значения ПДУ, а лишь значения так

называемых «контрольных (контролируемых) уровней» (reference levels), которые,

по сути, не являются нормативными в понимании, принятом у нас в стране.

Все это относится к ПДУ, которые считаются гигиеническими, так как они

устанавливаются исходя из вредного воздействия электромагнитного поля на

человека. Относительно недавно появились ПДУ параметров электромагнитного

поля, возбуждаемого видеодисплейными терминалами (ВДТ), которые также

используются при контроле для обеспечения электромагнитной безопасности при

работе с ВДТ, но устанавливаются по-другому. Такие ПДУ можно назвать

техническими, и устанавливались они следующим образом. Для серии ВДТ были

произведены измерения параметров электромагнитного поля, найдены средние

значения этих параметров и эти средние значения либо сами, либо умноженные на

коэффициент, меньший единицы, были взяты в качестве ПДУ. Как правило,

полученные таким образом технические ПДУ более чем на порядок меньше

гигиенических ПДУ. Такой подход для нормирования параметров

электромагнитного поля, возбуждаемого ВДТ, получил широкое распространение,

хотя эти стандарты являются стандартами на технические параметры, а не

гигиеническими.

С недавнего времени получил распространение и еще один принцип

гигиенического нормирования ЭМП, в первую очередь МП промышленной

частоты - предупредительный принцип (precautionary principle). Впервые

предупредительный принцип в отношении МП ПЧ был сформулирован в 1996 г. в

Швеции. Национальный институт защиты от излучений, Национальный совет по

электробезопасности, Национальный совет по здоровью и безопасности населения,

Национальный совет по здоровью и социальному обеспечению, Национальный

совет по строительству и планированию разработали совместный документ ADI

478 о степени биологического действия МП ПЧ. В октябре 2001 г. он нашел

отражение в информационном сообщении ВОЗ «Electromagnetic fields and public

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

health. Extremely low frequency fields and cancer», предупреждающем о возможной

канцерогенности крайне низкоинтенсивных МП ПЧ и рекомендующем всеми

доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.

1.3.2. Основные нормативные документы (НД) по санитарно-

эпидемиологическому нормированию воздействий

электромагнитных полей на население

Система НД по санитарно-эпидемиологическому нормированию

внепроизводственных воздействий ЭМП включает в себя нормативы,

устанавливающие предельно допустимые значения параметров электромагнитных

воздействий на человека, принципы и методы контроля и обеспечения защиты. В

России эта система включает в себя нормативные документы, утверждаемые

Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации по

рекомендации Федеральной комиссии по государственному санитарно-

эпидемиологическому нормированию при Министерстве здравоохранения

Российской Федерации: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы

(СанПиН), гигиенические нормативы (ГН), предельно допустимые уровни (ПДУ),

временные допустимые уровни (ВДУ). НД по электромагнитной безопасности

населения приведены в списке литературы.

1.3.3. Санитарно-эпидемиологические нормативы для

электромагнитных полей

Санитарно-эпидемиологические нормативы внепроизводственных воздействий

ЭМП разработаны в нашей стране для отдельных диапазонов частот:

электростатического поля, электрического и магнитного полей промышленной

частоты (50 Гц); электромагнитного поля радиочастотного диапазона (30 кГц - 300

ГГц). Имеются также самостоятельные гигиенические нормативы для ЭМП от

отдельных видов бытового оборудования: индукционных печей с диапазоном

частот 20 - 22 кГц; СВЧ-печей с диапазоном частот 0,3 - 37,5 ГГц; ПЭВМ с

диапазоном частот 5 Гц - 400 кГц и электростатическим потенциалом; средств

сухопутной подвижной радиосвязи, включая сотовую связь с диапазоном частот 27

- 2400 МГц.

1.3.3.1. Санитарно-эпидемиологические нормативы для электростатического

поля

Санитарно-эпидемиологическое нормирование внепроизводственных

воздействий электростатических полей (ЭСП) осуществляется в соответствии с

требованиями следующих нормативных документов: МСанПиН 001-96

«Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении

товаров народного потребления в бытовых условиях»; СанПиН 2.1.2.1002-2000

«Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям»;

База нормативной документации: www.complexdoc.ru