Материал: ЛР_ПЭ_БЖД

Количественной характеристикой СВЧ излучения является плотность потока мощности

W = 1∕2×(ε·E² – μH²), (1)

где ε - диэлектрическая постоянная среды (воздуха), ε = 1 Ф/м; μ - относительная магнитная проницаемость среды, μ = 1 Гн/м.

Плотность потока мощности излучения измеряется в Вт/м², мВт/см², мкВт/см². Если облучение проводится в СВЧ тракте, его интенсивность определяется удельной поглощательной мощностью в единице объема или массы объекта и выражается в Вт/м³ или Вт/кг. Дозу поглощения выражают через энергию микроволн, поглощаемую единицей массы объекта (Дж/кг).

Доля поглощенной СВЧ энергии и ее относительное распределение в различных материалах зависят от формы и размеров объекта, его ориентации в поле, длины волны, электрических свойств материала. В микроволновом диапазоне линейные размеры облучаемого объекта сравнимы с длиной волны или превышают ее. Количественной мерой поглощения служит отношение поглощенной в объекте мощности к общей мощности, падающей на его поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В связи с тем, что некоторые изделия имеют композитную структуру, слои которой обладают разной толщиной, диэлектрической проницаемостью и проводимостью, максимумы поглощения могут возникать и внутри объекта.

В общем виде поглощенную мощность СВЧ излучения Р_п можно оценить по формуле:

,

где ε_к - диэлектрическая проницаемость объекта; Р_о - плотность потока мощности у поверхности объекта, мВт/см²; S - площадь сечения объекта, см².

Поглощенная мощность убывает с глубиной проникновения по экспоненциальному закону. Так, для электрической составляющей ЭМИ поглощенная мощность связана с глубиной проникновения соотношением:

P_n = (σ / 2) Е² еxp(-2r / δ_c),

где r - расстояние от поверхности, м; δ_c - глубина проникновения, м; Е - напряженность электрической составляющей ЭМИ, В/м; σ - проводимость материала, (Ом×м)^–1.

Уровни излучений на предприятиях связи обязательно регламентируются (табл.2). Настройка, регулировка и профилактические работы излучающего оборудования должны проводиться на пониженной мощности, при этом оборудование будет давать только часть проектной мощности. Одновременно необходимо предусматривать дистанционное управление с использованием заземленных поглощающих и отражающих экранов в виде листов или мелкоячеистой сетки. Материал экранов должен обладать высокой электропроводностью (Сu, Аl). При необходимости визуального контроля за работой излучающего оборудования можно использовать смотровые окна из стекла, покрытого двуокисью олова, обладающего экранирующим действием. Толщину экрана выбирают исходя из конструктивных соображений, учитывая, что глубина проникновения высоких и сверхвысоких частот в экран обычно не превышает одного миллиметра.

Таблица 2

Уровни излучений на предприятиях связи для диапазона частот 0,06 - 300 мГц, регламентируемые гост 12.1.006-76

Диапазоны частот, МГц	Электрическая составляющая, Е (В/м)	Магнитная составляющая, H (А/м)
0,06 - 1,5	50	5
1,5 - 3	-	-
3 - 30	20	-
30 - 50	10	0,3
50 - 300	5	-

Наиболее распространенной технической мерой защиты от воздействия радиоизлучений является защита расстоянием, основанная на том, что плотность потока энергии W обратно пропорциональна квадрату расстояния до излучателя:

W = P×Θ / 4πR²,

где Р - излучаемая мощность на выходе антенны, мкВт; Θ - коэффициент направленности антенны; R - расстояние до излучателя, м.

Одна из мер защиты от вредного воздействия ЭМП - электромагнитное экранирование помещений, в которых находятся источники ЭМП, вызывающие экологическое загрязнение, или чувствительные измерительные приборы, на работу которых могут влиять внешние ЭМП.

Критерием выбора материала экрана является наибольшее поглощение плотности потока ЭМИ. Экраны можно разделить на поглощающие, отражающие, смешанные. Поглощающие экраны в основном поглощают ЭМИ, преобразуя его в тепло; отражающие экраны от своей поверхности отражают большую часть СВЧ излучения; смешанные экраны как правило, частично поглощают, частично отражают ЭМИ.

Еще одним критерием выбора материала экрана является удельная теплоемкость C [Дж / (кг×К)]. Эффективность экранирования Q определяется по формуле

, (9.2)

где W_э, W - поверхностный поток энергии ЭМИ с использованием экрана и без него.

Все многообразие действия электромагнитных экранов сводят к характерным случаям защиты от электрической или магнитной составляющих поля электромагнитных волн. Если источником поля являются различные проводники, создающие электрические, емкостные связи, задача сводится к устранению или уменьшению этой электрической (емкостной) связи. Если источником поля являются токонесущие цепи, в частном случае катушки, преобладающим является индуктивное влияние, т.е. связь за счет магнитного поля. Оба источника таких полей создают “наводки” на соседние электрические цепи, которые становятся переизлучателями и создают вокруг себя вторичные поля или вызывают распространение высокочастотных колебаний по проводам на значительные расстояния.

В диапазонах радиочастот определяющей оценкой выбора материала для электромагнитного экранирования является произведение проводимости материала на его магнитную проницаемость σ×μ. При этом главную роль играет поверхностный эффект, поскольку токи, протекающие в глубинных слоях толщи экрана, существенно меньше токов, наводимых в поверхностных слоях. Поверхностный эффект характеризуют глубиной проникновения δ, т.е. глубиной, на которой наводимый внешним полем ток будет в e ≈ 2,73 раза меньше тока в поверхностном слое:

,

где δ - глубина проникновения, м; σ - проводимость материала, (Ом·м)^–1; μ - магнитная проницаемость, Гн/м; w - частота, Гц.

Регулярный контроль допустимых уровней ЭМИ осуществляется по методике Минздрава России специальными приборами - измерителями электромагнитного поля. Внеплановый контроль обязателен при любых изменениях режимов работы излучающего оборудования, особенно при подключении новых излучающих элементов.

Рис.1. Схема лабораторной установки: 1 - бытовая микроволновая печь; 2 - защитный экран; 3 - лабораторный стол с координатной сеткой; 4 - анализатор электромагнитного поля СВЧ диапазона АЭМП-01

В лабораторной работе эксперименты проводятся на стенде (см. рисунок). Измерение параметров электромагнитного поля, а именно магнитной и электрической напряженности проводится на анализаторе электромагнитного поля СВЧ диапазона АЭМП-01. Магнитная составляющая определяется с помощью магниторезистивного чувствительного элемента KMZ-10A фирмы Philips. Электрическая составляющая определяется с помощью датчика электрического потенциала PKE05A1 фирмы Murata. Источником СВЧ излучения служит бытовая микроволновая печь “Плутон” с рабочей частотой 2450 МГц и мощностью 700 Вт. На панели с помощью ручек управления можно изменять мощность и время излучения. Для проведения экспериментов по экранированию СВЧ излучения используют экраны из листового алюминия и латунной сетки. Для отсчета длин используется координатная сетка лабораторного стола.

Методика выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством приборов. Проверить наличие заземления электрических приборов, используемых в лабораторной работе. Включить СВЧ печь (см. рисунок поз.1), установить по заданию преподавателя мощность излучения.

2. Включить анализатор электромагнитного поля АЭМП-01 (см. рисунок, поз. 4) и направить его на источник излучения. Через равномерные интервалы (0,4 - 0,5 м.) замерить электрическую и магнитную напряженности ЭМИ на расстоянии от 0 м до 3 м. Данные занести в форму табл.3. Построить графики электрической напряженности от расстояния и магнитной напряженности от расстояния.

3. Рассчитать плотность потока ЭМИ по формуле (1). Построить график его изменения от расстояния.

Форма таблицы 3 Результаты измерений

Точка измерения	Расстояние от источника ЭМИ, (м)	Напряженность электрического поля (Е), В/м	Напряженность магнитного поля (Н), А/м	Плотность потока ЭМП (W), Вт/м2
1
2

4. По построенным графикам и табл. 1 и 2 определить безопасное расстояние.

5. Повторить измерения пп. 2, 3 с защитными экранами. Рассчитать эффективность экранирования по формуле (2). Построить график эффективности в зависимости от расстояния.

6. Оформить отчет.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. название и цель работы;

2. результаты измерений, оформленные в виде табл.3;

3. графики зависимости Е, Н, W от расстояния с указанием безопасного расстояния;

4. графики эффективности экранирования;

5. выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что составляет основу ЭМИ?

2. Какими параметрами описывается ЭМИ?

3. Что такое плотность потока электромагнитного излучения?

4. Что такое напряженность магнитного поля?

5. Что такое напряженность электрического поля?

6. Какое воздействие СВЧ излучение оказывает на жизнедеятельность человека?

7. Какие приборы наиболее чувствительны к воздействию ЭМИ СВЧ диапазона?

8. Что такое тепловой эффект микроволн?

9. Объясните, почему при воздействии ЭМИ СВЧ диапазона на организм максимальный разогрев наблюдается не в поверхностных тканях.

10. Назовите методы защиты от СВЧ излучения.

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

Вяльцев Анатолий Алексеевич

Ивченков Андрей Олегович

Каракеян Валерий Иванович

Кольцов Владимир Борисович

Ларионов Николай Михайлович

Никулина Ирина Михайловна

Привалов Вячеслав Петрович

Рябышенков Андрей Сергеевич

Чечерников Игорь Михайлович

Лабораторный практикум по курсу “Безопасность жизнедеятельности”

Редактор Е.Г, Кузнецова. Технический редактор Л.Г. Лосякова. Корректор Л.Г. Лосякова. Верстка авторов.

Подписано в печать с оригинал-макета. Формат60х84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. . Уч. –изд. л. . Тираж 700 экз. Заказ .

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ.

84