Цель работы: ознакомится с санитарно-гигиеническим нормированием излучения радиочастот и изучить методы защиты персонала от облучения при работе с маломощным СВЧ-генератором.
Описание основных исследуемых величин, видов воздействия ЭМП на человека, видов защиты и их эффективности.
В работе требуется изучить зависимости интенсивности СВЧ облучения от расстояния до источника, от положения рабочего места по отношению к направлению максимума излучения антенны, влияние материала и конструкции защитных экранов на уровень облучения. Необходимо также ознакомиться с методикой нормирования облучения при работе с технологическим СВЧ-оборудованием.
Пространство около излучающей антенны делится на ближнюю, переходную и дальнюю зоны. В ближней и переходной зонах формируется поле излучения (волновое поле). Здесь наблюдается сложный характер зависимости напряженностей электромагнитного и магнитного полей от расстояния до плоскости раскрыва антенны.
Граница начала дальней зоны излучающей антенны в направлении главного максимума излучения соответствует расстоянию
lд. з. ≥ L2н/ λ;
где Lн — максимальный размер раскрыва антенны; λ — длина волны СВЧ-излучения в воздухе.
Обозначим полную принятую СВЧ-мощность в эксперименте Pпр. Тогда экспериментальное значение плотности потока энергии на входе приемной антенны определяется выражением
 |
где Sэф — эффективная площадь приемной антенны.
Эффективную площадь приемной антенны можно вычислить, используя соотношение
 |
где λ — длина волны СВЧ-излучения, Gпр — коэффициент усиления приемной антенны.
Коэффициент усиления антенны Gпр показывает, во сколько раз значение сигнала, созданного этой антенной в дальней зоне в направлении максимума излучения, превышает значение сигнала, создаваемое ненаправленной антенной, находящейся на том же расстоянии от места приема и излучающей ту же мощность.
 |
Теоретическая плотность потока энергии ППЭт на расстоянии l от передающей антенны в направлении максимума вычисляется по формуле
где PГ — выходная мощность генератора; GП — коэффициент усиления передающей антенны по мощности; F — коэффициент искажения, учитывающий реальные условия облучения, т. е. интерференцию прямого луча от антенны и лучей, отраженных от окружающих предметов. Коэффициент F — сложная колеблющаяся функция расстояния между антеннами.
Проведенные измерения.
График зависимости мощности СВЧ-излучения от расстояния
Таблица зависимости мощности СВЧ-излучения от угла поворота антенны.
Градус | mW |
40 | 0,005 |
35 | 0,005 |
30 | 0,01 |
25 | 0,02 |
20 | 0,04 |
15 | 0,07 |
10 | 0,09 |
5 | 0,09 |
0 | 0,12 |
5 | 0,09 |
10 | 0,09 |
15 | 0,07 |
20 | 0,04 |
25 | 0,02 |
30 | 0,01 |
35 | 0,005 |
40 | 0,005 |
 |
Таблица расчетных значений плотности потока (ППЭ)
L, cm | Рпр, mW | ППЭ |
5 | 1 | 0,025374 |
10 | 1 | 0,025374 |
15 | 0,82 | 0,020807 |
20 | 0,5 | 0,012687 |
25 | 0,33 | 0,008374 |
30 | 0,28 | 0,007105 |
35 | 0,18 | 0,004567 |
40 | 0,1 | 0,002537 |
45 | 0,085 | 0,002157 |
50 | 0,075 | 0,001903 |
55 | 0,061 | 0,001548 |
60 | 0,06 | 0,001522 |
65 | 0,06 | 0,001522 |
70 | 0,05 | 0,001269 |
75 | 0,04 | 0,001015 |
80 | 0,03 | 0,000761 |
85 | 0,03 | 0,000761 |
90 | 0,025 | 0,000634 |
В следующем пункте рассмотрим эффективность защиты от СВЧ-излучения различными материалами. Определим коэффициент ослабления излучения экранами
Lэ = P1/P2, где P1 и P2 – измеренные мощности без экрана и с экранами. Результаты сведём в таблицу.
тип | mW | Lэ |
0 | 0,1 | |
1 | 0,01 | 10 |
2 | 0,09 | 1,111111 |
3 | 0,025 | 4 |
4 | 0 | |
5 | 0,008 | 12,5 |
6 | 0,15 | 0,666667 |
7 | 0 | |
8 | 0,03 | 3,333333 |
9 | 0,028 | 3,571429 |
10 | 0,08 | 1,25 |
Вывод:
С увеличением расстояния или угла от источника СВЧ - излучения интенсивность излучения падает, при изменении расстояния неравномерно, а при изменении угла равномерно.
Следовательно защита человека может быть осуществлена путем удаления рабочего места человека на необходимое расстояние.
В качестве защитного экрана от СВЧ излучения эффективно использовать материалы,
перечисленные в порядке убывания : резину со сложной поверхностью, мелкую металлическую сетку, кювета из органического стекла наполненная дистиллированной водой.
Использование крупной сетки неэффективно.
Благодаря высоким коэффициентам поглощения и почти полному отсутствию волнового сопротивления металлы обладают высокой отражательной и поглощательной способностью и поэтому широко применяются для экранирования.
При эксплуатации генераторов СВЧ диапазона работающие часто находятся в волновой зоне.
В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т. е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. В этом случае ППЭ выражается в Вт/м2 или производных единицах: мВт/см2, мкВт/см2. СВЧ - аппараты используются для микроволновой терапии.
Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1 мВт/см2. Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Поражение глаз в виде помутнения-хрусталика (катаракты) - последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступают немедленно, но быстро проходят. В то же время при частотах около 35 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.
Клинические исследования людей, подвергшихся производственному воздействию СВЧ - облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см2, показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.
Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводит к изменениям функционального состояния сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, нарушению обменных процессов [2]. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ поля может возникать более или менее выраженное помутнение хрусталика глаза (катаракты). Нередко отмечают изменения и в составе крови.
В соответствии с санитарными нормами и правилами при работе с источниками ЭМП СВЧ частот предельно допустимые интенсивности ЭМП на рабочих местах приведены в табл. 3.
Таблица 3.
В диапазоне СВЧ (300 МГц - 300 ГГц) | Предельно допустимая интенсивность |
1. Для работающих при облучении в течение: - всего рабочего дня. - не более 2 ч за рабочий день - не более 15-20 мин за рабочий день 2. Для лиц, не связанных профессионально, и для населения | 10 мкВт/см2 100 мкВт/см2 1000 мкВт/см2 1 мкВт/см2 |
Защитные меры от действия ЭМП сводятся, в основном, к применению защитного экранирования, дистанционного управления устройствами, излучающими ЭМ волны, применению средств индивидуальной защиты. Защитные экраны делятся на:
1) отражающие излучение;
2) поглощающие излучение.
К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов. К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки (при интенсивности выше 1 мВт/см2), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.
