СВЧ излучение

В зависимости от интенсивности излучения различают термического (тепловое) и нетермическое действие. Границей этого раздела является плотность потока энергии (ППЭ), равная 10 мВт/см²: при больших энер­гиях проявляется термическое действие, при меньших - нетермическое.

Термическое действие заключается в нагревании облучаемых тканей и повышении их температуры, что и определяет возникающую патоло­гию. Различные ткани по-разному поглощают энергию ЭМИ. Наиболее сильно поглощают энергию и нагреваются ткани и органы, которые со­держат много воды - хрусталик и стекловидное тело глаза, полые органы (мочевой и желчный пузыри, желудок, кишечник), гонады, паренхима­тозные органы. Наиболее чувствительны к локальному избирательному нагреву органы и ткани с плохой терморегуляцией - хрусталик и стекло­видное тело глаза. Возникающие в тканях изменения связаны с денатура­цией белка и изменением хода биохимических реакций (катаракты, не-кроспермия и атрофия сперматогенного эпителия, желудочные кровоте­чения и др.). Термическое действие СВЧ-излучения является следствием несчастных случаев, аварийных ситуаций и грубых нарушений правил техники безопасности. Значительно чаще в войсковой практике отмеча­ется специфическое, нетермическое действие ЭМИ.

Нетермическое действие СВЧ-излучений изучено недостаточно и в значительной степени дискуссионно. Предположения о специфическом их действии было высказано еще в середине 40-х годов, но до 1952 г. экспериментального подтверждения факта наличия этого действия не было. Обнаружить и исследовать прямыми методами специфическое дей­ствие радиоволн - задача довольно трудная, так как оно сводится к тон­чайшим изменениям в организме и проявляется лишь косвенно. Главным образом, это функциональные изменения и биологические эффекты, кото­рые возникают в организме при отсутствии температурных сдвигов в тка­нях и специальных терморегуляторных реакций при интенсивностях СВЧ-излучения, меньших порогового уровня теплового действия -10 мВт/см².

Специфическое действие радиоволн СВЧ-диапазона отмечается в ос­новном на целостном организме, но оно обнаруживается и на клеточном уровне.

Нетермическое действие радиоволн в настоящее время объясняют не­сколькими

механизмами:

1. Наличие в биосредах " микропроцессов", связанных с выстраива­нием вдоль электрических силовых линий ЭМП суспендированных час­тиц ряда веществ, а также микроорганизмов, лейкоцитов и эритроцитов -так называемых " жемчужных цепочек", которые с изменением направле­ния линий поворачиваются точно вслед за полем. Это построение объяс­няют индуцированном в частицах или клеточных элементах электричес­ких зарядов под действием СВЧ-поля, которые благодаря электростати­ческому притяжению вызывают ориентацию частиц, изменение структу­ры и функции тканей.

2. Поляризация боковых цепей макромолекул тканей и ориентация их параллельно электрическим силовым линиям, что может приводить к разрыву внутри- и межмолекулярных связей, к коагуляции молекул и измене­нию их свойств.

3. Действие сил Лоренца - положительные и отрицательные ионы в тканях и электролитах перемещаются перпендикулярно магнитным сило­вым линиям, в результате чего нарушаются химический состав и электри­ческое равновесие тканей.

4. Резонансное поглощение ЭМП белковыми молекулами - при совпа­дении характеристических частот молекул и частоты ЭМП. В таком слу­чае молекулы возбуждаются, приходят в колебательное движение, сталки­ваются с невозбужденными молекулами, передают им свою энергию, кото­рая расходуется на их химическое преобразование, процессы каталитичес­кого характера и др. Явление резонансного поглощения имеет большое значение для понимания процессов, возникающих в организме под действи­ем радиоизлучений, в частности мутагенного действия микроволн.

Названные механизмы показывают, что взаимодействие ЭМП с биоло­гическими объектами имеет сложный характер и тем сложнее, чем выше организация биообъекта. С развитием и усложнением организма кроме про­стейших физико-химических механизмов все большее значение приобрета­ют эффекты, связанные с физиологическими и биофизическими механизма­ми и определяющие вторичные эффекты воздействия радиоволн с дотепловыми уровнями энергии- кумуляцию, стимуляцию и сенсибилизацию.

Специфическое действие радиоволн вызывает в организме различные изменения - обратимые или необратимые, морфологического или функ­ционального характера.

Морфологические изменения чаще наблюдаются в тканях перифери­ческой и центральной нервной систем. Характер их зависит от частоты излучения (длины волны): при действии миллиметровых волн изменения локальны, имеют вид очагов, при действии сантиметровых - концентри­руются вокруг сосудов мозга. По суммарному эффекту на нервную сис­тему наибольшим воздействием обладают дециметровые волны. Морфо­логические изменения наблюдаются также в других тканях и органах (гла­за, кровь и др.).

Функциональные изменения выражаются в нарушении характера и интенсивности физиологических и биохимических процессов в организ­ме, функций различных отделов нервной системы, нервной регуляции сер­дечно-сосудистой системы и т.п.

Клинические проявления действия СВЧ-излучений наблюдаются пре­имущественно со стороны нервной и сердечно-сосудистой систем. Асте­нический синдром характеризуется жалобами на повышенную утомляе­мость, слабость, разбитость, понижение работоспособности, нарушение сна, головную боль, головокружение, раздражительность, вспыльчивость, повышенную потливость, реже - на понижение памяти, чувство тревоги, половую слабость и др.

Объективно отмечается повышение сухожиль­ных рефлексов, тремор рук и век, акроцианоз, локальный и общий гипергидроз, изменение дермографизма, пиломоторного рефлекса и др. В ряде случаев изменения функций нервной системы свидетельствуют о диэнцефальных нарушениях.

 

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ:

1) Формулы для расчета зон формирования СВЧ ЭМП вокруг антенн РЛС.

* Для прямоугольных антенн:

 

L1 L2 L1 L2

R _б.з.= --------- R _д.з. = ------------

4 l l

 

* Для параболических и круглых антенн:

 

Д² Д

R _б.з. = -------- R _д.з. = -------- R _п.з.= R _д.з. - R _б.з.

4 l l

 

где: R _б.з. - конец ближней зоны, см.;

R _д.з. - начало дальней зоны, см.;

R _п.з. - размеры промежуточной зоны, см.;

L1 и L2 - горизонтальные и вертикальные размеры антенны, см.;

Д - диаметр параболоида, см.

2) Формула для расчета плотности потока энергии СВЧ-поля:

а) для ближней зоны:

З Р_ср Р_ср

ППЭ по оси = ------------ ППЭ по краю = ----------

А А

б) для промежуточной зоны:

 

З Р_ср R_б.з.² Р_ср ^. Д

ППЭ по оси = ----------- × (---------) ППЭ по краю = --------------

А R 4 p R²

 

в) для дальней зоны:

Р_ср × Д Рср × Д

ППЭ по оси = ------------- ППЭ по краю = ----------- × 0, 5

4 p R² 4 p R²

 

Р_имп Т 1 4 p 0, 7 × А

Р_ср = ---------; N = --------; Т = -------; Д = ---------------

N t n l²

 

Где: ППЭ - плотность потока энергии, мкВт/ см².

Р_ср - средняя мощность станции, мкВт, при импульсном режиме рассчитывается по формуле;

4А - площадь раскрыва антенны, см²;

R_б.з. - расстояние от антенны до конца ближней зоны, см;

R - расстояние от антенны до определенной точки, см;

Д - коэффециент усиления антенны при импульсном режиме рассчитывается по формуле;

Р_имп - импульсная мощность, мкВт;

N - скважность станции;

T - полный период излучения, мксек;

t - длительность импульса, мксек;

l - длина волны, см;

n - частота импульсов, имп/сек.;

p - 3, 14.

3) Расчет защитных зон вокруг антенн РЛС

Р_ср × Д Р_ср × Д

R по оси = Ö ------------- R по краю = Ö ----------- × Ö 0, 5

4 p М 4 p М

где R - расстояние от антенны до границы защитной зоны;

Р_ср - мощность (средняя) излучения антенной, мкВт;

Д - коэффициент усиления антенны;

М - предельно допустимая ППЭ для данной зоны, мкВт/см²;

p - 3, 14

Если РЛС работает в импульсной режиме, то средняя ее мощность определяется по формуле:

Р_имп

Р_ср = -----------

N

где: Р_имп - импульсная мощность РЛС;

N - скважность станции.

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ:

1) Дать оценку выбору позиции для размещения радиолокационной станции.

РЛС с параболической антенной кругового обзора, поднятой на высоту 4м. Средняя мощность станции Р_ср = 250 Вт. Коэффициент усиления антенны Д = 500. Диаметр раскрыва антенны = 4, 5 м. Длина волны = 10 см.

а) Определить зоны формирования электромагнитного поля (ЭМП) вокруг антенны РЛС;

б) Определить ППЭ в 10 м от антенны на земле (по краю лепестка диаграммы направленности поля), где проводятся регулировочно-наладочные работы агрегатов с пребыванием людей до 2-х часов в сутки;

в) Определить ППЭ в 50 м от антенны на земле (на краю) и на 2-ом этаже казармы (по оси лепестка);

г) Дать обоснование и рекомендации.

2) При санитарно - гигиеническом обследовании условий труда на радиолокационной станции установлено следующее: расчет станции 4 человека. Объем кабины управления 22м³. ППЭ на рабочих местах личного состава 3-5 мкВт/см². Показания сухого и влажного термометров, психрометра Ассмана на высоте 1, 5 м от уровня пола кабины - 22⁰ и 14⁰ соответственно, скорость движения воздуха - 0, 5 м/сек. Вентиляция приточная, отверстия вентиляционного канала имеют диаметр 20 см, скорость движения воздуха на выходе из вентиляционного канала - 2 м/сек. Газовый состав воздуха: в индивидуальной кабине РЛС СО₂ - 0, 1 %, окислы азота в переводе на N₂O₅ - 5 мг/м³. Коэффициент естественного освещения - 0, 3%. Освещение: общее - 50 лк, местное - 100 лк. Интенсивность шума в кабине 65 дБ. Интенсивность СВЧ-излучения определяется в процессе эксплуатации РЛС 1 раз в 2 года.

Дать оценку условиям труда расчета РЛС.

3) При санитарно-гигиеническом обследовании позиции радиолокационной станции установлено, что плотность потока энергии (ППЭ) на рабочих местах составляет 5-7 мкВт/см². В кабине РЛС на высоте 1, 5 м от пола показания сухого термометра прибора Ассмана составили 24⁰, влажного - 22⁰. Скорость движения воздуха - 0, 2 м/сек. Общая кубатура кабины - 25 м³. В кабине работает расчет из 5 человек. Вентиляция - приточно-вытяжная. Вентиляционное отверстие радиусом 12 см, скорость движения воздуха в ней 1 м/сек.

Газовый состав воздуха в кабине РЛС: СО₂ - 0, 1%, СО₂ - 20³ мг/м, окислы азота в пересчете на N₂О₅ - 3 мг/м³. Коэффициент естественного освещения - 0, 4%. Искусственная освещенность: общая - 15лк, местная - 95 лк. Коэффициент равномерности освещения - 1, 5.

Интенсивность шума в индикаторной кабине - 75 дБ.

Медосмотр личного состава проводится 1раз в год врачом части. Витаминизация пищи проводится круглый год. За последние три месяца общая продолжительность дежурства каждого человека 855 часов. Личный состав дежурит на РЛС по 9-10 часов в сутки.

Составьте заключение по результатам обследования и дайте свои рекомендации по улучшению условий труда личного состава.

4) В радиотехнической части на позиции установлена радиолокационная станция кругового обзора. Средняя мощность станции 250 Вт, коэффициент усиления антенны 500. На каком расстоянии от указанной РЛС допустимо постоянное пребывание личного состава.

5) Радиотехнической частью получена радиолокационная станция кругового обзора, имеющая импульсивную мощность 1600 КВт. Скважность станции -700, коэффициент усиления антенны - 800. Предполагаемое место установки РЛС находится в 400 м от казармы. Какова степень облучения личного состава, находящегося в казарменном помещении.

6) РЛС со средней мощностью 600 Вт и коэффициентом усиления антенны 900 работает в режиме кругового обзора. Какова степень облучения личного состава, проводящего работы по прокладке электрокабеля на расстоянии 80 м от РЛС.

7) РЛС, работающая в режиме кругового обзора, установлена на холме высотой 8 м. Импульсная мощность станции 1 Мвт, скважность - 700, коэффициент усиления антенны - 800. Какого уровня может достигать интенсивность СВЧ-излучения в районе спортивной площадки, находящейся на расстоянии 400 м от РЛС.

8) Врач радиотехнической части должен провести ориентировочное определение защитных зон. Каковы будут размеры указанных зон вокруг следующих РЛС:

а) РЛС с неподвижной антенной; средняя мощность - 500 Вт; коэффициент усиления антенны - 800.

б) РЛС, работающая в режиме кругового обзора: импульсная мощность 800 Вт, скважность - 500, коэффициент усиления антенны - 900.

в) РЛС, работающая в режиме кругового обзора, длина волны 50 см, средняя мощность - 1080 Вт, антенна прямоугольная, размерами 7, 6 х 4, 3 м.

ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ:

Предельно допустимое значение ППЭ электромагнитного поля в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц для гражданских лиц следует определить исходя из допустимой энергетической нагрузки по формуле:

ЭН_ппэ

ППЭ_пд = К × -------------

Т

где: ППЭ_пд - предельно допустимое значение ППЭ, Вт/м² (мкВт/см²);

ЭН_ппэ - предельно допустимая величина энергетической нагрузки, равная 2 Вт× ч/м² (200 мкВт× ч/см²);

К - коэффициент ослабления биологической эффективности, равный:

1 - для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся антенн;

10 - для случаев от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирование не более 1 Гц и скважность не менее 50;

Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Во всех случаях максимальное значение ППЭпд не должно превышать 10 Вт/м² (1000 мкВт/см²).

Для военнослужащих допустимая ППЭ при непрерывности облучения в течение 8 часов (рабочая смена) - 150 мкВт/см², при прерывистом облучении - 500 мкВт/см², при непрерывном облучении в течении 24 часов - 30 мкВт/см². (Приказ МО СССР № 165от 1985 г.)

ПДУ электромагнитного облучения гражданских лиц, профессионально не связанных с облучением, и населения в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в течение не более 1 часа за сутки независимо от режимов облучения установлен 25 мкВт/см². При облучении более 1-ого часа за сутки ПДУ определяется как частное от деления 25 мкВт/см² на количество часов облучения.

В ракетных войсках личный состав может подвергаться воздействию компонентов ракетного топлива, которые в большинстве своем агрессивны, некоторые из них обладают высокой токсичностью. В процессе транспортировки, хранения, приема, выдачи, а также при использовании этих видов топлива могут иметь место хронические и острые отравления, а также химические ожоги при попадании на тело.

Жидкие ракетные топлива могут быть одно- и двухкомпонентными. Двухкомпонентные состоят из окислителя и горючего. В качестве окислителей могут применяться жидкий кислород, соединения на основе азотной кислоты, а в качестве горючего - углеводороды, гидразин, анилин и его производное.

Вдыхание окислов азота может быть причиной отека легких, бронхопневмонии. При хронических отравлениях имеют место хронические воспаления дыхательного тракта, кашель, воспаление десен, разрушения коронок зубов. Наблюдается нервные расстройства, мышечная и сердечная слабость, изменения со стороны крови. ПДК окислов азота - 5, 0 мг/м² в пересчете на NО.

Ксилидин и анилин обладают гепатотропным действием. При хронических отравлениях наблюдается токсическая анемия, гемолитическая желтуха, токсический гепатит, нарушения со стороны мочевыделительной системы. Имеют место расстройства сна, ухудшение памяти, снижение интеллекта, брадикардия, плохой аппетит. ПДК - 3 мг/м³.