Лекция Электромагнитное излучение

Электромагнитное поле характеризуется совокупностью переменных электрического и магнитного составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого – по действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант.

Связь между энергией (I) и частотой (f) колебаний определяется как I = h· f или I = (h· с)/ λ , так как между длиной волны (λ ) и частотой (f) существует соотношение f = с/λ , где с – скорость распространения электромагнитной волны в воздухе (с=3· 10⁸ м/с);

h – постоянная Планка, равная6, 6· 10^–34Вт/см².

Вокруг любого источника излучения электромагнитное поле 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. имеется точечный источник), границы зон определяются следующими расстояниями:

– R< λ /2π – ближняя зона (индукции);

– λ /2π < R< 2π λ – промежуточная (интерференции);

– R> 2π λ – дальняя зона (волновая).

10.3 Биологическое действие электромагнитных полей Взаимодействие внешних ЭМП с биологическими объектами происходит путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависит 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.

Биологическое действие ослабленного геомагнитного поля (ГМП). Наличие естественных ЭМП(ГМП)в окружающей среде является необходимым для осуществления нормальной жизнедеятельности, а их отсутствие или дефицит могут приводить к негативным последствиям для живого организма.

Установлено, что при ослаблении ГМП в 2–5 раз относительно естественного МП наблюдается увеличение на 40% количества заболеваний у людей, работающих в экранированных помещениях. При нахождении человека в искусственных гипо-геомагнитных условиях отмечаются изменения психики, появляются нестандартные идеи, образы. Результаты клинико–физиологического обследования работающих в экранированных помещениях, проведённых ИБФ МЗ и НИИ МТ РАМН, свидетельствуют о развитии у них ряда функциональных изменений в ведущих системах организма. Со стороны центральной нервной системы выявлены признаки дисбаланса основных нервных процессов в виде преобладания торможения, дистонии мозговых сосудов с наличием регуляторной межполушарной асимметрии, отмечено возрастание амплитуды нормального физиологического тремора, удлинение времени ре-акции на появляющийся объект в режиме непрерывного аналогового слежения, снижение критической частоты слияния световых мельканий.

Нарушения механизмов регуляции вегетативной нервной системы проявляются в развитии функциональных изменений со стороны сердечно–сосудистой системы в виде лабильности пульса и артериального давления, нейроциркуляторной дистонии гипертензивного типа, нарушения процесса реполяризации миокарда.

Биологическое действие электростатических полей (ЭСП). ЭСП–фактор, обладающий сравнительно низкой биологической активностью. В 1960–е годы биологическое действие ЭСП связывали с электрическими разрядами, возникающими при контакте человека с заряжёнными или незаземлёнными предметами. Именно с ним связывали возможное развитие невротических реакций, в том числе фобий. В последующие годы ученые пришли к выводу, что ЭСП само по себе обладает биологической активностью. Выявляемые у работающих в условиях воздействия ЭСП нарушения носят, как правило, функциональный характер и укладываются в рамки астеноневротического синдрома и вегетососудистой дистонии. В симптоматике преобладают субъективные жалобы невротического характера (голодная боль, раздражительность, нарушение сна, ощущение «удара током» и т.п.)

Биологическое действие ПМП. Живые организмы весьма чувствительны к воздействию ПМП. Отечественными исследователями описаны изменения в состоянии здоровья у лиц, работающих с источниками ПМП. Наиболее часто они проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания. Характерны субъективные жалобы астенического характера, функциональные сдвиги со стороны сердечно–сосудистой системы (брадикардия, иногда тахикардия, изменение на ЭКГ зубца Т), тенденция к гипотонии. Принято считать, что наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечно–сосудистая, нейроэндокринная и др.).

Биологическое действие ЭМП ПЧ. Установлено, чтодлительное воздействие ЭМП ПЧ на человека приводит к головной боли в височной и затылочной областях, вялости, расстройству сна, снижению памяти, внимания, раздражительности, апатии, болях в сердце. Хроническое воздействие ЭМП ПЧ приводит к нарушению режима и замедлению частоты сердечных сокращений, расстройству работы желудочно – кишечного тракта. Неврологические нарушения проявляются в повышении сухожильных рефлексов, треморе век и пальцев рук, асимметрии кожной температуры.

Российскими учёными доказано увеличение лейкозов у детей, проживающих вблизи линий электропередач промышленного тока, и опухолей мозга у рабочих «электрических» профессий.

Таблица 7

Биологические эффекты эквивалентные плотности тока

Зарубежные учёные подтвердили более частые онкологические заболевания людей, подолгу пребывающих вблизи линий высоковольтной электропередачи, и связывают их с концентрированием атмосферного радона этими линиями.

Зависимость биоэффектов от плотности наведённых ЭП и МП ПЧ положена в основу разработанных по заданию ВОЗ Международных временных рекомендаций по ПДУ ЭП и МП ПЧ 50/60 Гц. Эта зависимость представлена в таблице 7.

Биологическое действие ЭМП РЧ. Поглощение и распределение поглощенной энергии внутри тела существенно зависят от формы и размеров облучаемого объекта, от соотношения этих размеров с длиной волны излучения. С этих позиций в спектре ЭМП РЧ можно выделить 3 области: ЭМП с частотой до 30 МГц, ЭМП с частотой более 10 ГГц и ЭМП с частотой 30 МГц – 10 ГГц. Для первой области характерно быстрое падение величины поглощения с уменьшением частоты (приблизительно пропорционально квадрату частоты). Отличительной особенностью второй является очень быстрое затухание энергии ЭМП при проникновении внутрь ткани: практически вся энергия поглощается в поверхностных слоях биоструктур. Для третьей, промежуточной по частоте области, характерно наличие ряда максимумов поглощения, при которых тело как бы втягивает в себя поле и поглощает энергии больше, чем приходится на его поперечное сечение. В этом случае резко проявляются интерференционные явления, приводящие к возникновению локальных максимумов поглощения, так называемых «горячих пятен». Для человека условия возникновения локальных максимумов поглощения в голове имеют место на частотах 750–2500 МГц, а максимум, обусловленный резонансом с общим размером тела, лежит в диапазоне частот 50–300 МГц.

Биологическое действие ЭМП зависит от длины волны (или частоты излучения), режима генерации (непрерывный, импульсный), условий воздействия на организм (постоянное, прерывистое; общее, местное; интенсивность; длительность), площади облучаемой поверхности, индивидуальных особенностей человека, наличия неблагоприятных факторов производственной среды.

Формы проявления биологического эффекта от воздействия ЭМИ на организм различны, т.к. ткани живого организма в зависимости от частоты воздействующего облучения ведут себя, то как диэлектрик, то как проводник.

Низкочастотные колебания возбуждают в организме электрические токи той же частоты – тело ведёт себя как хороший проводник, а результат действия будет зависеть от силы тока. С увеличением частоты облучаемой энергии возрастает глубина проникновения электромагнитных волн и поглощение мощности. Ткани всё более проявляют диэлектрические свойства, а основной эффект воздействия выражается в нагреве.

Наиболее изучено тепловое действие СВЧ–излучения. энергия СВЧ–излучения, в первую очередь, поглощается молекулами с электромагнитными свойствами. Это молекулы воды, содержащиеся в крови лимфе, мышцах, внутренних органах живого организма. Поглощённая водой электромагнитная энергия превращается в тепловую, нагревая клетку, ткань, орган. Особенностью нагрева организма при действии СВЧ–излучения является то, что температура тела повышается изнутри – сначала разогреваются глубокие ткани и после этого тепло передаётся подкожным слоям и коже. При естественных же источниках тепла (огонь, искра, нагретый предмет) первична температура на коже, затем передающаяся внутренним органам.

Тепловой эффект осложняется последующими биоэффектами в клетках и тканях, резонансным эффектом, приводящими к разрушениям ДНК, нарушениям солевого обмена.

Тепловое воздействие распространяется на центральную нервную систему. Нарушается работа эндокринной, иммунной, сердечно–сосудистой, дыхательной систем. На поздних стадиях наступают признаки энергетического истощения и угнетения центров головного мозга.

При хроническом воздействии СВЧ–излучений развивается радиоволновая болезнь с нарушением функции всех регуляторных систем, в результате чего резко падает производительность труда и наблюдаются нарушения психики. Основными симптомами радиоволновой болезни являются: тупая ноющая, весьма стойкого характера головная боль, нарушение сна, повышенные раздражительность и нервозность, беспричинное беспокойство, необоснованная вспыльчивость и резкость в обращении с окружающими. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Радиоволновую болезнь относят к профессиональным заболеваниям для лиц, работающих с источниками СВЧ–излучений. В пределах радиоволнового диапазона наибольшей биологической активностью обладают СВЧ–поля по сравнению с ВЧ и УВЧ.