МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
РОССИЙСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "РОСУЧПРИБОР"
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ИНТОС»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторной работы
по курсу
«Безопасность жизнедеятельности».
ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
к.т.н., доц. Поленов А.Н.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
«ЗАЩИТА ОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ» .
Цель лабораторной работы - ознакомить студентов с характеристиками электромагнитного излучения, нормативными требованиями к электромагнитному излучению, провести измерения, электромагнитного излучения СВЧ диапазона в зависимости от расстояния до источника, и оценить эффективность защиты от СВЧ излучения с помощью экранов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны: от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте f- от 3 10 2 до 3 10 20 Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия ненонизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМ полей радиочастот. .Они подразделяются по длине волны наряд диапазонов (табл. 1).
Таблица 1
|
По международному регламенту |
|||||
|
Название диапазона |
Длина волны |
Диапазон частот |
Частота " |
||
|
Название диапазона частот |
|||||
|
Длинные волны (ДB) |
Высокие частоты (ВЧ). |
от 3 до 300 кГц |
Низкие (НЧ) |
||
|
Средние волны (СВ) |
от 0,3 до 3 МГц |
(.Средине (СЧ) |
|||
|
Короткие волны (KB) |
от 3 до 30 MГц |
Высокие (ВЧ) |
|||
|
Ультракороткие волны ракороткне юлим |
Высокие частоты (УВЧ) |
от 30 ло 300МГ ц |
Очень высокие |
||
|
Микроволны |
|||||
|
дециметровые (дм); |
1 м - 10 см |
Сверхвысокие частоты |
" от 0,3 J до 3 ГГц - |
Ультравысокие (УВЧ) |
|
|
сантиметровые (см); |
от 3 ло.30 ГГц |
Сверхвысокие (СВЧ1 |
|||
|
миллиметровые: (мм); |
1см - 1 мм " |
от 30 до 300 ГГц |
Крайневысокие (КВЧ) |
||
ЭМ поле складывается из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.
В промышленности источниками ЭМП - являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от. 10 до 10 6 Гц, приборы автоматики, электрические установки с промышленной" частотой 50 - 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.): В соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 значения предельно допустимой напряженности ЭМП радиочастот в диапазоне 0,06 - 300 Мгц на рабочих местах приведены в табл.2.
Таблица 2,
|
Составляющая ЭМП, по которой оценивается его воздействие, н.диапазон частот МГц |
Предельно допустимая напряженность ЭМП в течении рабочего дня |
|
|
Электрическая составляющая: |
||
|
Магнитная составляющая: |
||
Предельно.допустимые уровни.(ПДУ) по электрической составляющей,.согласно- не должны превышать; 20 В/м,."д по: магнитной составляющей.-.5 А/м. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а в следствие этого, - по действию на среду, в т.ч. и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант ЭМ. излучения. Связь между энергией Y и. частотой f колебаний определяется как:
Y = h f , или, поскольку длина волны λ и частота свяваны соотношением f = с/ λ
Y = h с/ λ
где: с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе (с = 3 10 8 м/с),
h -постоянная Планка, равная 6,6 10 34 Вт/см 2 .
ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 3 зоны: ближнюю – зону индукции, промежуточную - зону интерференции и дальнюю - волновую зону. Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. источник можно рассматривать как точечный), границы зон определяются следующими расстояниями R :
ближняя зона (индукции) R < λ/2π . ..
промежуточная зона (интерференции) λ/2π < R < 2π λ
дальняя зона (волновая) R > 2π λ."
Работающие с источниками излучения НЧ, СЧ и, в известной степени, ВЧ и ОВЧ диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов 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/м 2 или производных единицах: мВт/см 2 , мкВт/см 2 . ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны), используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, "дефектоскопии," физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются, для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ аппараты используются для микроволновой терапии.
Наиболее опасными для человека являются ЭМП высокой и сверхвысокой частот. Критерием оценки степени воздействия ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при прибивании в электрическом поле. Величина поглащаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей человека.
По законам физики –изменения в веществе может.вызвать только та часть энергии излучения, которая поглощается этим веществом, а отраженная,или проходящая через него энергия действия не оказывает. Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от. физических параметров ЭМП радиочастотного диапазона: длины волны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма, а также, от площади.облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границе раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими их особенностями. Колебания дипольных молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, приводят к преобразованию электромагнитной –энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик глаза, стекловидное тело, семенники и.др.). Тепловой эффект. зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового, действия ЭМП на организм животного составляют:
для диапазона средних частот - 8000 В/м 2 ,
высоких - 2250-В/м 2 ,.
очень высоких - 150 В/м 2 ,
дециметровых-- 40 мВт/см 2 ,
сантиметровых- 10 мВт/"см 2 ,
миллиметровых - 7 мВт/см 2
ЭМП с меньшей интенсивностью не обладает термическим, действием на организм, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что согласно ряду теорий считается специфическим нетепловым действием, т.е. переходом ЭМ энергии, в объекте в какую-то форму нетепловой энергии. Нарушение гормонального равновесия при наличии СВЧ-фона на производстве следует рассматривать как противопоказания для профессиональной деятельности, связанной С нервной напряженностью труда и частыми стрессовыми ситуациями.
Постоянные изменения в крови наблюдаются при ППЭ выше 1 мВт/см 2 . 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 55 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.
Клинические исследования людей, подвергшихся производственному воздействия СВЧ-облучения при его интенсивности ниже 10 мВт/см 2 , показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.
Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, приводит к изменениям функционального состояния сердечнососудистой и Центральной нервной систем, нарушению обменных, процессов . 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 . " .
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:
отражающие излучение;
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/см 2 ), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.
2.1. ОПИСАНИЕ СТЕНДА
Внешний вид стенда представлен на рис. 1. Стенд представляет собой стол, выполненный в виде сварного каркаса со столешницей 1, под которой размещаются сменные экраны 2, используемые для изучения экранирующих свойств различных материалов. На столешнице 1 размещены СВЧ печь 3 (источник излучения) и координатное устройство 4. Координатное устройство 4 регистрирует перемещение датчика 5 СВЧ поля по осям «X», «Y». Координата «Z» определяется по шкале, нанесенной на измерительную стойку 6, по которой датчик 5 может свободно перемещаться. Это дает возможность исследовать распределение СВЧ излучения в пространстве со стороны передней панели СВЧ печи (элементы наиболее интенсивного излучения).
Датчик 5 выполнен в виде полувблнового вибратора, рассчитанного на частот 2,45 ГГц и состоящего из диэлектрического корпуса, вибраторов и СВЧ диода. Координатное устройство 4 выполнено в виде планшета, на который нанесена координатная сетка. Планшет приклеен непосредственно к столешнице 1. Стойка 6. изготовлена из диэлектрического материала (органического стекла), чтобы исключить искажение распределения СВЧ поля.
В качестве нагрузки в СВЧ печи огнеупорный шамотный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, обеспечивающая стабильность измеряемого сигнала.
Сигнал с датчика 5 поступает на мультиметр 7, размещенный на свободной части столешницы 1 (за пределами координатной сетки).
На столешнице 1 имеются гнезда для установки сменных защитных экранов 2, выполненных из следующих материалов:
сетка из оцинкованной стали с ячейками 50 мм;
сетка из оцинкованной стали с ячейками 10 мм;
лист алюминиевый;
полистирол;
2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕНДА
2.2.1 Диапазон плотности потока электромагнитного излучения в изучаемой зоне СВЧ печи, мкВт/см 2 - 0....120
2.2.2.Соотношение показаний мультиметра М 3900 и измерителя
плотности потока ПЗ-19: - 1 мкА = 0,35 мВт/см 2
2.2.3 Значения перемещений датчика относительно
СВЧ печи, мм, не менее:
по оси"X" 500 .
по оси "Y" ±250.
по оси "Z" 300
2.2.4. Мощность СВЧ печи, Вт не более 800
2.2.5. Количество сменных защитных экранов 5:
2.2.6. Размеры экранов, мм: (330 ±-5) х (500 ± 5)
2.2.7. Потребляемая мощность, В A, нe более: 1200
2.2.8. Цена деления шкал, по осям X, Y, Z, мм 10±1
2.2.9. Габаритные размеры стенда, мм, не более:
длина 1200
ширина 650
высота 1200 .
2.2.10Масса стенда, кг, не более 40
2.2.11. Электропитание стенда должно осуществляться от сети переменного тока,
напряжением, В 220 + 22
частотой, Гц 50±0,4
2.2.12. Режим работы СВЧ печи:
Продолжительность работы, мин, не более 5
продолжительность перерыва между рабочими циклами; с, не менее 30
уровень мощности, 100%
2.3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
2.3.1. К работе допускаются студенты, ознакомленные с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.
2.3.3. Запрещается самостоятельно регулировать или ремонтировать дверь, панель управления, выключатели системы блокировки или.какие-либо другие части печи. Ремонт должен производиться только -специалистами.
2.3.4. СВЧ печь должна быть заземлена. .
2.3.5. Не допускается включение и работа печи без нагрузки. Рекомендуется в перерывах между рабочими циклами оставлять в печи кирпич: При случайном включении печи, кирпич будет выполнять роль нагрузки.
3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
3.1. Ознакомиться с мерами по технике безопасности при проведении лабораторной работы и строго выполнять их.
3.2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.
3.3. В печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.
3.4. Установить режим работы печи согласно П.2.2.-12: в соответствии с паспортом на "конкретную СВЧ печь.
Для. СВЧ печи «Плутон» ее включение в рабочий, режим осуществляется в следующей последовательности; открыть дверцу нажатием прямоугольной клавшим; в нижней части лицевой панели; установить ручку «мощность» в крайнее правое положение; установить ручку «время» в положение 5 мни; плотно закрыть дверцу.
3.5. Разместить датчик на отметке 0 по оси X координатной системы. Перемещая датчик по оси У координатной системы и ocи Z (по стоике), определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафиксировать их численные значения.
Перемещая стойку с датчиком по координате X (удаляя его от печи до предельной отметки 50 см) снять показания мультиметра дискретно с шагом 20 мм. Данные замеров занести в табл.4. Построить.график распределения, интенсивности излучения в пространстве перед печью.
3.6. Разместить датчик на отметке 0 по оси Х. Зафиксировать показания мультиметра.
3.7. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра.
3.8. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле:
δ = ((I – I з)/ I) 100% (1)
где I - показание мультиметра без экрана;
I з - показание мультаметра с экраном.
3.9. Построить диаграмму эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.
3.10. Составить отчего работе.
4. ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Общие сведения
Схема стенда
Данные измерений (табл. 4 и5) .
Таблица 4
|
Номер измерения " |
Значение Х.см |
Значение У, см |
Значение Z. см |
Интенсивность излучения (показания мультиметра) |
Таблица 5
|
Номера защитных экранов |
Эффективность экранирования, δ |
4.4. Графики распределения интенсивности излучения в пространстве и диаграмма эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.
Дата j * Подпись студента
" БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I.Орхрана.труда Г.Ф. Денисенко. «М: Высшая:ижола, 1985:- 31: 9с.
2. Охрана труда в химической промышленности Г.В. Макаров. - М.: Химия; 1989. - 496 с.
3. Справочник по технике безопасности П.А.Долин. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
4.Техника безопасности в электроэнергетических установках. Справочное пособие. П. А, Дояин: - М: 1987.
5. ГОСТ 42.1.006-84. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования.
6. Влияние электромагнитного излучения на жизнедеятельность человека и способы защиты от него. Учебное прсобле. С.Г. Захаров, Т,Т. Каверзнева. СНГТУ, 1992,-74 с.
7. Охрана труда в радио и электронной промышленности. Под редакцией С.Ш.Павлова. - М:, Энергия, 1986.
8. Влияние магнитных полей радиочастот на человека. Ю:Д. Думайский и др.- Киев 1975,-159с.
В наше время микроволновые печи получили настолько широкое распространение, что невозможно, порой, представить нашу жизнь без данного девайса.
О вреде и пользе микроволновых печей на просторах интернета можно найти огромное количество информации. Не будем «убивать» ценное время на эту тему. Проведем реальный эксперимент с дорогой микроволновой печью известного производителя на предмет электромагнитного излучения. Заодно продемонстрируем работу экранирующей ткани VIOLE (производится в Швейцарии).
Уровень электромагнитного поля, излучаемого СВЧ печью, будем определять в 2-х диапазонах: 50 Гц (промышленная частота) и 2,4 ГГц (частота работы магнетрона).
В качестве измерительных приборов будем использовать поверенный П3-33М и детектор ЭМИ SOEKS (настроена сигнализация на превышение уровней ЭМП по СанПин).
Микроволновая печь установлена в максимальную мощность (900 Вт). После включения, нами были проведены замеры уровней электромагнитных полей вокруг СВЧ печи. Результаты измерений приведены ниже.
СВЧ диапазон: Максимальная плотность потока электромагнитной энергии 286 мкВт/см2 при непосредственной близости к стеклу микроволновки (10 см от стекла). При нахождении антенны на расстоянии 60 см от стекла СВЧ печи, максимальная плотность потока электроэнергии составляет 36-50 мкВт/см2.
Диапазон 50 Гц: превышение электрического поля от допустимого наблюдалось на расстоянии 50-70 см от микроволновой печи со стороны стекла. Превышение магнитного поля наблюдалось со стороны магнетрона.
Выжимка из СанПин 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)»
Предельно допустимые значения энергетической экспозиции
| Диапазоны частот | Предельно допустимая энергетическая экспозиция | ||
| По электрической составляющей, (В/м) 2 × ч | По магнитной составляющей, (А/м) 2 × ч | По плотности потока энергии (мкВт/см 2) × ч | |
| 30 кГц - 3 МГц | 20000,0 | 200,0 | - |
| 3 - 30 МГц | 7000,0 | Не разработаны | - |
| 30 - 50 МГц | 800,0 | 0,72 | - |
| 50 - 300 МГц | 800,0 | Не разработаны | - |
| 300 МГц - 300 ГГЦ | - | - | 200,0 |
Примечание: в настоящих Санитарных нормах и правилах во всех случаях при указании диапазонов частот каждый диапазон исключает нижний и включает верхний предел частоты.
Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия
| Продолжительность воздействия Т, ч | ППЭ пду, мкВт/см 2 |
| 8,0 и более | 25 |
| 7,5 | 27 |
| 7,0 | 29 |
| 6,5 | 31 |
| 6,0 | 33 |
| 5,5 | 36 |
| 5,0 | 40 |
| 4,5 | 44 |
| 4,0 | 50 |
| 3,5 | 57 |
| 3,0 | 67 |
| 2,5 | 80 |
| 2,0 | 100 |
| 1,5 | 133 |
| 1,0 | 200 |
| 0,5 | 400 |
| 0,25 | 800 |
| 0,20 и менее | 1000 |
Примечание: при продолжительности воздействия менее 0,2 часа дальнейшее повышение интенсивности воздействия не допускается.
Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности
| №№ пп | Назначение помещений или территории | Диапазон частот | ||||
| 30 кГц - 300 кГц | 0,3 - 3 МГц | 3 - 30 МГц | 30 - 300 МГц | 300 МГЦ - 300 ГГц | ||
| Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ | ||||||
| В/м | В/м | В/м | В/м | мкВт/см 2 | ||
| Территория жилой застройки и мест массового отдыха;помещения жилых, общественных и производственных зданий (внешнее ЭМИ РЧ, включая вторичное излучение);рабочие места лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности | 25,0 | 15,0 | 10,0 | 3,0 + | 10,0100,0 ++ | |
| + - кроме телевизионных станций и радиолокационных станций, работающих в режиме кругового обзора или сканирования; ++ - для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования при выполнении условий, указанных в п. 3.5 . | ||||||
Отсюда можно сделать вывод, что при работающей микроволновой печи, для обеспечения безопасности здоровья человека, необходимо находиться от нее на расстоянии более 1-1,5 метров.
В рамках данного эксперимента, мы применили экранирующую ткань, которая не требует заземления (наименование ткани - VIOLE). После очередных замеров в различных диапазонах частот (СВЧ и 50 Гц), данная ткань нас просто удивила. Электрические поля были погашены более чем в сотни раз!
1. Организационные мероприятия включают:
Удаление рабочего места от источника ЭМП (дистанционное управление);
Рациональное размещение в рабочем помещении оборудования, излучающего электромагнитную энергию;
Установление рациональных режимов работы оборудования и обслуживающего персонала.
2. Инженерно-технические мероприятия включают:
Уменьшение напряженности и плотности потока энергии ЭМП путем согласования нагрузок и поглотителей мощности;
Экранирование рабочих мест;
Применение предупреждающей сигнализации (световой, звуковой).
3. Индивидуальные средства защиты включают: спецодежду из металлизированной ткани, защитные халаты, фартуки, накидки с капюшонами, перчатки, щитки, защитные очки.
Наибольшая эффективность защиты от ЭМП может быть достигнута локализацией электромагнитного поля радиотехнического устройства с помощью корпуса, а также применением экрана.
Защитные экраны, в зависимости от назначения, различают на:
Отражающие излучения (сплошные металлические экраны из стали и алюминия, металлические сетки, металлизированные ткани);
Поглощающие излучения (из радиопоглощающих материалов).
Глубина проникновения ЭМП в экран мала, поэтому любой экран из соображения прочности изготовляют толщиной не менее 0,5 мм. Листы экрана должны быть надежно соединены между собой, обеспечивая электрический контакт. Экраны должны быть заземлены.
Если высокочастотные установки размещаются в общем производственном корпусе, то их необходимо устанавливать в угловых специально выделенных помещениях. При мощности до 30 кВт, установка должна размещаться на площади не менее 25 , а свыше 30 кВт - более 40 . Помещение должно быть оборудовано общеобменной вентиляцией. Воздуховоды, во избежание высокочастотного нагрева, выполняются из асбоцемента, текстолита, гетинакса. Излучение от установки не должно проникать через стены, перекрытия, оконные рамы и двери.
Аналогичным образом, от внешнего излучения (от антенн радиовещания, телевидения, радиолокации), должны быть защищены люди, находящиеся в здании.
Если здания попадают в опасную зону, то необходимо учитывать, что элементы здания снижают воздействие ЭМП в 2,5 - 10 раз (таблица 2.2).
Таблица 2 – Ослабление электромагнитных излучений СВЧ
строительными конструкциями
Лесонасаждения, расположенные в непосредственной близости от источников излучения, ослабляют ЭМП в 2-4 раза.
Если ослабление ЭМП строительными конструкциями не достаточно, то в помещении должны быть экранированы стены, потолок, оконные и дверные проемы, вентиляционная система. Монтаж экранов производится прикреплением стальных или дюралевых листов к поверхностям помещения. Также, могут быть использованы экранированные кабины, собираемые из стальных щитов.
Для исключения отражения электромагнитных волн применяются радиопоглощающие материалы в виде тонких резиновых ковриков, листов перлона или древесины, пропитанной соответствующим составом. Их склеивают или присоединяют к основе конструкции экрана специальными скобами.
В тех случаях, когда перечисленные выше методы защиты от СВЧ излучений не дают достаточного эффекта (например, при настройке устройств), необходимо пользоваться индивидуальными средствами защиты (защитными халатами, фартуками, щитками, очками). Если излучение имеет интенсивность более 10 ,то необходимо использовать очки даже при кратковременных работах.
Очки типа ОРЗ-5 изготовляются из стекла, покрытого слоем полупроводникового оксида олова. В диапазоне СВЧ они ослабляют мощность излучения в 1000 раз.
В быту у электрооборудования, со временем, может снижаться степень электромагнитной защиты. Так, появление микрощелей в уплотнении дверцы происходит из-за попадания грязи, механических повреждений. Поэтому, дверца и ее уплотнение требует бережного и тщательного ухода. Срок гарантированной стойкости защиты от утечек ЭМП при нормальной эксплуатации составляет 5-6 лет.
Учитывая специфику излучений СВЧ-печи, целесообразно, при ее включении, отойти на расстояние не менее 1,5 метра.
на тему: Защита от СВЧ- излучений
Цель работы
- 1) ознакомиться с характеристиками электромагнитного излучения и нормативными требованиями к его уровням;
- 2) провести измерения интенсивности электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на различных расстояниях от источника;
- 3) оценить эффективность защиты от СВЧ-излучения с помощью экранов из различных материалов. магнитный поле излучение защита
- 1. Теоретическая часть
Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Электрическое поле характеризуется напряженностью Е, В/м; магнитное поле характеризуется напряженностью Н, А/м, или плотностью магнитного потока В, Тл.
Таблица 1. ПДУ СВЧ - излучений
Внешний вид стенда для проведения Л.Р. №1 представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Стенд лабораторный "Защита от СВЧ-излучения БЖ 5м"
В качестве источника СВЧ излучения используется бытовая СВЧ-печь.
Стенд представляет собой стол лабораторный 1, на котором размещаются СВЧ печь 2, стойка 5 с датчиком 4 измерителя плотности потока энергии (далее - датчик), узлы 6 установки сменных защитных экранов.
Стол выполнен в виде металлического сварного каркаса со столешницей, на поверхности которой с помощью самоклеющейся бумаги Jet Laser нанесена координатная сетка 3 с изображением осей X и Y.
Стенд обеспечивает три степени свободы перемещения датчика (перемещение по осям X,Y,Z), что дает возможность исследовать излучение со стороны передней панели СВЧ печи (место наиболее интенсивного излучения) и по всей площади координатной сетки.
В качестве нагрузки в СВЧ печи используется огнеупорный шамотный кирпич, устанавливаемый на неподвижную подставку, в качестве которой используется неглубокая фаянсовая тарелка, что обеспечивает стабильность измеряемого сигнала (предварительно удаляются из печи поворачивающийся столик и роликовое кольцо).
Датчик 4 выполнен в виде полуволнового вибратора на частоту 2,45 ГГц, закрепленного на стойке 5 с возможностью перемещения по вертикали (ось Z), выполненной из диэлектрического материала.
Узлы 6 установки сменных защитных экранов обеспечивают оперативную установку и замену экрана 7. Сменные экраны имеют один типоразмер. Экраны изготовлены из следующих материалов: металлическая сетка, металлический лист, резина, полистирол ударопрочный.
В качестве измерительного прибора используется мультиметр 8, который располагается на свободной части столешницы (за пределами координатной сетки).
2. Практическая часть
Результаты измерений
Таблица 2. Результаты измерений интенсивности излучения
|
Номер измерения |
Координата Х, см |
Координата Y, см |
Координата Z, см |
Интенсивность излучения |
|
|
Показания мультиметра, мкА |
ППЭ, мкВт/см 2 |
||||
Таблица 3. Эффективность экранирования
Вывод
В результате лабораторной работы были изучены характеристики электромагнитного излучения и нормативные требованиями к его уровням, проведены измерения интенсивности электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на различных расстояниях от источника, оценена эффективность защиты от СВЧ-излучения с помощью экранов из различных материалов. В результате измерений было установлено, что наиболее эффективными защитными материалами являются металлический экран, металлическая мелкая сетка и ПВХ, а наименее эффективной оказалась резина. СВЧ излучение на расстоянии от 40 см является оптимальным.
Ответы на контрольные вопросы: 1 вопрос.
Основные характеристики ЭМП. Какие параметры характеризуют ЭМП в «ближней» и «дальней» зонах? Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Электрическое поле характеризуется напряженностью Е, В/м; магнитное поле характеризуется напряженностью Н, А/м, или плотностью магнитного потока В, Тл. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле с напряженностью Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне). Электромагнитные волны характеризуются длиной волны л, м, или частотой f , Гц. Для вакуума справедливо соотношение л = с / f , где с - скорость света в вакууме, равная 3 х 108 м/с. В области классификации частот ЭМП следует отметить строго ограниченный диапазон - от 0 Гц (статические поля) до 300 ГГц. Хотя инфракрасное, световое, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения (и далее) также имеют электромагнитную природу, как правило, под ЭМП понимают электромагнитные поля и колебания именно в отмеченном диапазоне. На сегодняшний день находят применение три шкалы частот: - "радиотехническая", изложенная в Регламенте радиосвязи; - "медицинская", приведенная в документах ВОЗ; - "электротехническая", предложенная Международным электротехническим комитетом (МЭК), которая является наиболее распространенной. По третьей шкале классификация ЭМП выглядит следующим образом: - низкочастотные (НЧ) - от 0 до 60 Гц; - среднечастотные (СЧ) - от 60 Гц до 10 кГц; - высокочастотные (ВЧ) - от 10 кГц до 300 МГц; - сверхвысокочастотные (СВЧ) - от 300 МГц до 300 ГГц. По энергетическому спектру ЭМП разделяются на следующие группы, первоначально разделенные в теории электромагнитной совместимости: синусоидальные (монохроматические); модулированные; импульсные; флуктуационные (шумовые). Характеризуя зоны воздействия ЭМП, во всех исследованиях, как правило, рассматривают монохроматические поля. Обозначая длину волны ЭМП л, на расстоянии от источника r, выделяют три зоны воздействия 1) ближняя (зона индукции): л / r > > 1; 2) промежуточная (резонансная): л / r ? 1; 3) дальняя (волновая, или квазиоптическая): л / r < < 1. Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < л, ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату (кубу) расстояния от источника r2 (r3). В "ближней" зоне излучения электромагнитная волна еще не сформирована. ЭМП в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющих поля, ответственных за излучение (электромагнитной волны). Для характеристики ЭМП в ближней зоне измерения напряженности электрического поля Е и напряженности магнитного поля Н производятся раздельно. "Дальняя" зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3 л. В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r. В "дальней" зоне излучения есть связь между величинами Е и Н: Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. В России на частотах свыше 300 МГц до 300 ГГц (СВЧ - диапазон) измеряется плотность потока электромагнитной энергии ППЭ, Вт/м2, или вектор Пойнтинга. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Чем больше частота излучения f (соответственно, короче длина волны л), тем больше энергия кванта излучения. Связь между энергией Y и частотой f электромагнитных колебаний определяется как Y = h f , где h - постоянная Планка, равная = 6,6 х 10 34 Вт/см 2. Таким образом, ЭМП в дальней (волновой) зоне характеризуется как электромагнитное излучение (ЭМИ), или СВЧ-излучение, а его интенсивность определяется как ППЭ в Вт/м2 (мВт/см2, мкВт/см2).
Ответ на 2 вопрос
Нормы воздействия СВЧ-излучений на работающих и население. Российскими нормативными документами, устанавливающими предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМИ, являются существующие параллельно Государственные стандарты Системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и санитарные правила и нормы (СанПин). Гигиенические стандарты и нормы традиционно разрабатывались для двух категорий облучения - профессионального, т.е. облучения на рабочих местах, и непрофессионального - облучения населения, профессионально не связанного с использованием ЭМП. В последнее время формируется еще одна категория - профессиональное облучение особого контингента населения. К нему, прежде всего, относятся женщины в состоянии беременности и лица, не достигшие 18 лет; для этих лиц в современных российских нормах установлены достаточно жесткие ПДУ. Зарубежные стандарты разрабатываются преимущественно на экспериментально-расчетных методах, причем выводы строятся на основе острых опытов с выраженными поражениями биообъекта. Такой подход позволил выполнить непрерывное нормирование во всем диапазоне ЭМП от 0 Гц до 300 ГГц. В ряде зарубежных стандартов дополнительно установлены особые ПДУ также для людей с имплантированными кардиостимуляторами. Биофизической основой для разработки отечественных нормативных документов послужили две группы биоэффектов, помимо "кратковременного термического": - кумуляция эффекта воздействия в организме при длительном непрерывном и дробном воздействии, особенно в пределах дотепловых уровней; - обратимость эффектов и адаптация облучаемого организма при наличии больших пауз между экспозициями. Подобный подход потребовал значительного объема медико-биологических исследований и не позволил интерполировать результаты нормирования на другие частотные диапазоны. Этим, в частности, объясняется разрывный (ступенчатый) характер отечественных ПДУ, к тому же не перекрывающих весь частотный диапазон от 0 Гц до 300 ГГц. Следует отметить, что темпы развития техники существенно опережают темпы разработки отечественных стандартов и норм. ПДУ ППЭ в диапазоне частот свыше 300 МГц до 300 ГГц, согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях", представлены в табл.1. Т а б л и ц а 1 ПДУ СВЧ-излучений Категория облучаемых лиц Плотность потока энергии СВЧ-излучения, мкВт/см2 Работающие с источниками излучения в течение 8-часовой смены 10 Не более 2 час. в смену 100 Не более 20 мин. в смену 1000 Лица, не связанные с источниками излучения профессионально 1 Население 1 Оценка и нормирование воздействия ЭМП диапазона частот свыше 30 кГц до 300 ГГц, включая СВЧ ЭМИ, осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ). Энергетическая экспозиция в диапазоне частот свыше 300 МГц до 300 ГГц рассчитывается по формуле:
ЭЭппэ = ППЭ х Т, (Вт/м2) ч, (мкВт/см2) ч, (1) где ППЭ - плотность потока энергии (Вт/м2, мкВт/см2); Т - время воздействия за смену (час.). ПДУ ЭЭ в диапазоне частот свыше 300 МГц до 300 ГГц на рабочих местах за смену не должен превышать величины 200 мкВт/см2 х час.
- 3 вопрос. Организационные и лечебно-профилактические мероприятия по защите от ЭМП. Организационные мероприятия при проектировании и эксплуатации оборудования, являющегося источником ЭМП или объектов, оснащенных источниками ЭМП, включают: - выбор рациональных режимов работы оборудования; - выделение зон воздействия ЭМП (зоны с уровнями ЭМП, превышающими предельно допустимые, где по условиям эксплуатации не требуется даже кратковременное пребывание персонала, должны ограждаться и обозначаться соответствующими предупредительными знаками); - расположение рабочих мест и маршрутов передвижения обслуживающего персонала на расстояниях от источников ЭМП, обеспечивающих соблюдение ПДУ; - проведение ремонта оборудования, являющегося источником ЭМП, вне зоны влияния ЭМП от других источников (по возможности); - соблюдение правил безопасной эксплуатации источников ЭМП. Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения. Защита расстоянием применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: «Не входить, опасно!». В целях предупреждения и раннего обнаружения изменений состояния здоровья все лица, профессионально связанные с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП, должны проходить предварительный при поступлении и периодические профилактические медосмотры в соответствии с действующим законодательством. Лица, не достигшие 18-летнего возраста, и женщины в состоянии беременности допускаются к работе в условиях воздействия ЭМП только в случаях, когда интенсивность ЭМП на рабочих местах не превышает ПДУ, установленных для населения.
- 4 вопрос. Инженерно-технические методы и средства защиты от ЭМП. Инженерно-технические мероприятия должны обеспечивать снижение уровней ЭМП на рабочих местах путем внедрения новых технологий и применения средств коллективной и индивидуальной защиты (когда фактические уровни ЭМП на рабочих местах превышают ПДУ, установленные для производственных воздействий). Руководители организаций для снижения риска вредного влияния ЭМП, создаваемого средствами радиолокации, радионавигации, связи, в том числе подвижной и космической, должны обеспечивать работающих средствами индивидуальной защиты. Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником ЭМП. Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди, через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов - медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью. Будучи нанесенной на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне 0,8 - 150 см на 30 дБ (в 1000 раз). При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 40 дБ (в 10000 раз). Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой. В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием. В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Их получают методом химической металлизации (из растворов) тканей различной структуры и плотности. Существующие методы получения позволяет регулировать количество наносимого металла в диапазоне от сотых долей до единиц мкм и изменять поверхностное удельное сопротивление тканей от десятков до долей Ом. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.
- 5 вопрос. Чем определяется эффективность применяемых защитных экранов? Эффективность средств защиты определяется по степени ослабления интенсивности ЭМП, выражающейся коэффициентом экранирования (коэффициент поглощения или отражения), и должна обеспечивать снижение уровня излучения до безопасного в течение времени, определяемого назначением изделия. Оценка безопасности и эффективности средств защиты должна производиться в испытательных центрах (лабораториях), аккредитованных в установленном порядке. Контроль эффективности коллективных средств защиты на рабочих местах должен производиться в соответствии с техническими условиями, но не реже 1 раза в 2 года; индивидуальных средств защиты - не реже 1 раза в год.
Микроволновые печи давно поселились на наших кухнях, но о принципе их работы особо и не думал никто. Зато до сих пор не утихают споры о том, безопасен ли этот прибор для человека или все-таки – нет. Мы решили развенчать все мифы и доказать, что микроволновкам на кухне быть!
Чтобы вы понимали, микроволновки работают на частоте, соразмерной частоте смартфона . Подобные волны задействованы в радиолокации, в спутниковой навигации, даже Солнце излучает определенную долю микроволн.
Само по себе микроволновое излучение опасно для здоровья . Представьте, если бы на вас воздействовали несколько тысяч мобильников, вай-фай роутеров или более десятка вышек сотовой связи. Я говорю о волнах, с которыми есть контакт. По сути, один мощный магнетрон может сварить внутренности человека и взорвать любой продукт в случае длительного воздействия.
Хорошая новость в том, что производители решают этот вопрос, используя технические и конструктивные разработки. Сегодня даже недорогие печи не несут никакого вреда и за них можно голосовать рублем. Именно поэтому вред современной микроволновой печи – это миф .
Как это работает
Все приборы – дешевые и дорогие – работают одинаково. По сути, это металлическая коробка, внутри которой трудится магнетрон, излучающий короткие волны. Если не вдаваться в тонкости, кинетическая энергия преобразуется в тепловую, благодаря чему нагревается еда.
Микроволны способны проникать в пищу на глубину 1.5 см, не более . Весь остальной слой нагревается благодаря естественной теплопроводности. Этот принцип действует абсолютно во всех моделях, поэтому нельзя говорить о том, что какие-то из них безопасней других.
Другое дело – качество сборки. Именно изоляция камеры не дает микроволнам выходить наружу. Сегодня все производители обязаны оснащать печи защитными механизмами и сертифицировать машины на предмет безопасности.
Для бытовых приборов есть два стандарта, нормирующих безопасное излучение:
- наш, российский – по нему уровень плотности микроволн не должен превышать 5.0 мВт*см2 на расстоянии полуметра от печи;
- забугорный, американский (ANSI) считает нормой плотность 10 мВт*см2.
Такая существенная разница вызвана тем, что наш стандарт разрабатывался медиками с опорой на главное – здоровье людей. ANSI – труд производителей, которые стремятся к удешевлению продукции. Непоправимый вред несет излучение от 60 мВт/м2 , и именно поэтому в каждой микроволновке есть многоуровневая защита.
Качество сборки и конструктив
Это, так сказать, базовая ступенька защиты. Если техника не проработана конструктивно, она может пропускать волну. Дело в том, что в любой модели вы найдете вентиляционные отверстия. Все они могут считаться источником утечки, если их геометрические размеры больше, чем длина волны .
Исходя из этого, отверстия должны быть выполнены в виде небольших щелей, расположенных вдоль линии протекания тока в камере. Справедливости ради скажу, что все производители соблюдают этот момент, поэтому в печах даже около вентиляции происходит эффект экранировки, – ни у одной волны нет шанса проникнуть наружу .
Дверца
Дверцы микроволновок считаются потенциальным источником утечки, что усугубляется близким расположением пользователя.
Именно поэтому к их конструкции предъявляются усиленные требования:
- удобство наблюдения за приготовлением, легкий доступ к блюду и защита при открытой дверце;
- сильная экранировка и недопущение утечки.
Вред можно получить, открыв прибор во время работы, поэтому первый вопрос решается особой конструкцией запорной системы. Производители применяют три, а то и четыре защитных и блокирующих выключателя . С их помощью магнетрон запускается только в момент замыкания контактов (после закрывания дверцы). Типы переключателей могут быть разными, например, защитный Monitor Switch, Door Switch – дверной, Primary/Secondary Switch – первичный/вторичный.
Если говорить о выборе, дальше всех пошли корейцы. В микроволновых печах Samsung реализовано множество технологий, но особенно удачной получилась модель MC32F604TCT. Этот зверь оснащен откидной дверцей, как у традиционного духового шкафа, есть 4 защитных выключателя , биокерамическое покрытие, целый ряд удобств для приготовления разнообразных блюд.
Если вы следуете главному тренду 2017 года – ЗОЖ, корейцы выручат и тут. Модель MW3500 K абсолютно безопасна и позволяет готовить на аэрогриле, что делает блюда без масла очень полезными для здоровья. Более того, вам в помощь залито множество авторецептов, а это снимает лишнюю головную боль в повседневном цейтноте.
Экранирование
Для обеспечения экранировки используется хитрая многорамочная конструкция двери. Смотровое оконце всегда перекрывается металлическим перфорированным листом. Каждое отверстие листа работает как диафрагма и препятствует утечке. Волны отражаются, возвращаются в камеру и просто физически не могут выйти наружу. При выборе проверьте, чтобы диаметр дырочек не превышал 2.3 мм .
Также должна быть обеспечена защита по контуру, так как между шасси прибора и дверцей есть щели. Проблема в том, что они могут увеличиваться в процессе эксплуатации. Тут важен зазор между уплотнителем и камерой, – прилегание должно быть плотным.
Хорошее экранирование есть у любой микроволновой печи, иначе бы она не поступила в продажу . Если вы ищите соло, планируя использовать его для разогрева и разморозки, обратите внимание на модель LG MS-2042 DB . За небольшие деньги вы получите хороший полезный объем на 20 л, оптимальную мощность, электронное управление. Конечно, излишеств и дополнительных опций тут нет.
Большие возможности можно поискать у немцев. Например, машина Bosch BFL634 GS1 может быть встроена в мебельный профиль, есть 7 автоматических программ. Внутри трудится инверторный мотор. Завершает этот бум технологий умное сенсорное управление и яркий дисплей.
Дополнительно отмечу линейку, особо полюбившуюся профессионалам. Это микроволновые печи Electrolux в стиле Rococo . Как говорят шведы, готовка – искусство, а вы – художник. Но, если оставить лирику серия получилась действительно удачной: тут реализован удачный внешний вид и передовые технологии. Например, в модели Electrolux EMM20000OC можно готовить хоть жаркое, хоть шоколадный фондан.
Выводы
Микроволновая печь – абсолютно безвредный прибор, не хуже простого смартфона. Даже еда вопреки проискам конкурентов не утрачивает своей пищевой ценности, попав под гнет микроволн. Сегодня можно спокойно выбирать бюджетные и дорогие модели, главное, чтобы внутри была защитная запорная система, экран и хорошая сборка .
