Исследование электромагнитного загрязнения окружающей среды

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательно учреждение высшего
профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра прикладной химии и физики
Исследование электромагнитного загрязнения окружающей среды
Учебно­методическое пособие Уфа 2010
В пособии приведены сведения о природе и свойствах электромагнитных излучений, их влиянии на организм человека, нормировании, методах и средствах контроля загрязнения окружающей среды высокочастотными электромагнитными полями радиочастотного диапазона.
Рекомендуется для проведения лабораторной работы по курсу «Экология» студентами всех форм обучения.
Составитель Горелов В.С., доцент, канд. техн. наук
Рецензент Жданов А.Г., доцент, канд. техн. наук
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2010
Общие сведения об электромагнитном
загрязнении окружающей среды
Электромагнитное загрязнение — это совокупность электромагнитных волн, длина которых варьируется в чрезвычайно широких пределах — от 10­14 м до многих километров. Все вместе они составляют электромагнитный спектр (таблица 1).
По длине волн различают гамма­ и рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное, микроволновое и радиоизлучение, излучение промышленных частот. Многие излучения обладают очень высокой биологической активностью.
Электромагнитные поля (ЭМП) с позиций характера воздействия на живые организмы принято разделять на ионизирующие и неионизирующие. К первым относятся излучения рентгеновского и гамма­диапазонов с длиной волны 10­11 м и менее.
По происхождению ЭМП можно разделить на две группы: природные и искусственные.
К природным источникам относятся: электромагнитное поле Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, происходящие в атмосфере Земли (молнии, колебания в ионосфере). Человек также является источником слабого электромагнитного поля.
К искусственным источникам, которые делятся на две группы, относятся:
• устройства специально созданные для излучения электромагнитной энергии (радио и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки, физиотерапевтические приборы, системы радиосвязи и т. п.);
• устройства, не предназначенные для излучения электромагнитной энергии в пространство (линии электропередач и трансформаторные подстанции, бытовая и организационная техника и т.п.)
В современном мире люди постоянно испытывают на себе воздействие электромагнитных полей. Происходит это и днем, и ночью. Достаточно сказать, что мощность радиоволн в крупных городах более чем в миллион раз превосходит естественный фон, который создает Солнце. Но кроме радиоволн есть и множество других источников электромагнитного излучения — электропроводка, телевизоры, компьютеры, мобильные телефоны, рекламные щиты, высоковольтные линии электропередач, осветительные приборы и т.д.
Широкое распространение электромагнитной энергии и ее стремительное проникновение во все сферы деятельности человека привели к появлению сравнительно нового комплекса загрязнителей, получивших название «электромагнитного смога», под которым понимают совокупность электромагнитных полей и различных излучений, возникающих во время работы электромагнитного оборудования.
Таблица 1 — Спектр электромагнитных колебаний
Длина волны, м Тип излучения
Частота излучения, Гц
1 000 000 000 109 Электрические волны 10­1
100 000 000 108
100
10 000 000 107
101
1 000 000 106
102
100 000 105
103
10 000 104
104
1000 103 Радиоволны
105
100 102
106
10 101
107
1 100
108
0,1 10­1 109
0,01 10­2 Инфракрасные лучи
1010
0,001 10­3
1011
0,0001 10­4
1012
0,00001 10­5
1013
0,000001 10­6 Видимый свет
1014
0,0000001 10­7 Ультрафиолетовые 0,00000001 10­8 лучи
1015
0,000000001 10­9 Рентгеновские лучи
1017
0,0000000001 10­10
1018
0,00000000001 10­11
1019
0,000000000001 10­12 Гамма­лучи
1020
1016
Таблица 2 — Техногенные источники ЭМП
Название
Диапазон частот (длин волн)
Радиотехнические объекты
30 кГц...30 МГц
Радиопередающие станции
30 кГц...300 МГц
Радиолокационные и радионавигационные станции
СВЧ­диапазон Телевизионные станции
30 МГц...3 ГГц
Плазменные установки
Видимый, ИК­, УФ­диапазоны
Термические установки
Видимый, ИК­диапазон
Высоковольтные линии электропередач
Промышленные частоты, статическое электричество Рентгеновские установки
Жесткий УФ­, рентгеновский диапазон, видимое сечение
Лазеры
Оптический диапазон
Мазеры
СВЧ­диапазон
Технологические установки
ВЧ­, СВЧ­, ИК­, УФ­, видимый, рентгеновский диапазоны
Ядерные реакторы
Рентгеновское и γ­излучение, ИК­, видимое и т.п.
(300МГц — 300ГГц)
ЭМП промышленного и радиодиапазонов, относящихся к неионизирующим, в определенных условиях способны также оказывать негативное воздействие на здоровье людей.
Давно замечено, например, что люди, живущие вблизи высоковольтных линий электропередач и ретрансляторов, часто жалуются на раздражительность, нетерпеливость. У некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на бессонницу и быструю утомляемость, снижается иммунитет, тяжелее протекают инфекционные заболевания.
Наиболее уязвимы для электромагнитных полей нервная, имунная, эндокринная и половая системы. Причем вредное воздействие, подобно радиации, с годами накапливается.
К счастью, случаи тяжелых заболеваний происходят нечасто, поскольку весьма редко люди по роду своей работы, либо неудачного местожительства сталкиваются со сверхмощными ЭМП. Тем не менее, многие все­таки находятся в потенциальной группе риска. Прежде всего — это пользователи ПК. Ведь ни с одним прибором, кроме телевизора, человек не проводит столько времени, как с компьютером. В последние годы к указанной группе риска интенсивно присоединяются пользователи сотовых и безшнуровых радиотелефонов с частотами 453...1880 МГц. Сегодня ученые однозначно заявляют, что электромагнитное излучение радиотелефона, как и любого другого источника ЭМП, оказывают влияние на здоровье человека, находящегося с ним в контакте. Причем область облучения во время работы сотового телефона — непосредственно головной мозг.
Особому риску подвергаются люди, разговаривающие по сотовому телефону внутри автомобилей, поскольку металлический корпус автомобиля служит резонатором и многократно усиливают дозу поглощенного излучения.
Таблица 3 — Разбиение радиочастотной области на диапазоны
Диапазон
Длина волны в вакууме Частота колебаний Сверхдлинные волны (СДВ)
100...10 км
3...30 кГц
Длинные волны (ДВ)
10...1 км
30...300 кГц
Средние волны (СВ)
1000...100 м
300...3000 кГц
Короткие волны (КВ)
100..10 м
3...30 МГц
Ультракороткие волны (УКВ): • метровые (МВ):
• дециметровые(ДМВ)
• сантиметровые (СМВ)
• миллиметровые (ММВ)
10..1 м
10..1 дм
10..1 см
10..1 мм
30...300МГц
300...3000МГц
3...30 ГГц
30...300 ГГц
Основные характеристики и нормирование
параметров электромагнитных излучений
Электромагнитное поле характеризуется следующими параметрами:
Частота — число полных колебаний за единицу времени (1 с.), имеет размерность герц (Гц). Кратными единицами являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 МГц = 106 Гц) и гигагерц (1 ГГц = 109 Гц).
Длина волны — расстояние между точками электромагнитного поля с одинаковыми фазами, м.
Интенсивность. В диапазоне частот 0...300 МГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется следующими величинами:
Е — среднеквадратичное значение напряженности электрического поля, выражаемое в вольтах на метр (В/м);
Н — среднеквадратичное значение напряженности магнитного поля, имеющее размерность ампер на метр (А/м), либо В — магнитная индукция, выражаемая в тесла (Тл).
В диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется S – плотностью потока энергии выраженной в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
Согласно СанПиН 2.1.2.1002­00 [1] в жилых помещениях, включая балконы и лоджии, интенсивность электромагнитного поля радиочастотного диапазона не должны превышать значений, указанных в таблице 4.
Таблица 4 — Допустимые уровни электромагнитных излучений
в жилых помещениях
Диапазоны частот
30 ­300 кГц
0,3 — 3 МГц 3­30 МГц
30­300 МГц
300МГц­300ГГц
В/м
В/м
В/м
В/м
мкВт/см2
25
15
10
3.0
10
Измеритель параметров электромагнитного
поля АТТ-2592
Описание прибора
Назначение
Прибор предназначен для мониторинга и проведения изотропных (ненаправленных) измерений параметров высокочастотных электрических и магнитных полей. При помощи данного прибора можно измерить напряженность электрического и магнитного полей, а также плотность потока мощности энергии указанных полей.
Прибор позволяет отображать текущее, удержанное, максимальное, среднее или максимальное среднее значения.
Прибор может применяться для измерения излучений, создаваемых беспроводными средствами связи (CW, CDMA, DECT, GSM), радиостанциями, беспроводными устройствами Wi­Fi, микроволновыми печами, телевизорами и мониторами, скрытыми источниками сигнала и другими источниками высокочастотных электрических и магнитных излучений.
Таблица 5. Технические характеристики прибора.
Способ измерения
цифровое, пространственное измерение
Частотный диапазон
50МГц­3.5ГГц
CW сигнал (частота более от 20 мВ/м до 108 В/м
50МГц)
от 53 мкА/м до 286 мА/м
от 1 мкВт/м2 до 30.9 Вт/м
от 0 мкВт/см2 до 3.1 мВт/см2
Динамический диапазон
75 дБ
Погрешность при 1 В/м и ± 1.0дБ
50МГц
Предел
40В/м
Характеристика направленности
изотропная, пространственная
Выбор диапазона измерения
один диапазон
Разрешение экрана
0.1 мВ/м, 0.1мкА/м, 0.001 мкВт/м2, 0.001мкВт/м2
Частота обновления дисплея
2 раза/с
Тип дисплея
ЖКИ, 4 разрядный
Единицы измерения
мВ/м, В/м, мкА/м, мА/м, мкВт/м2, мВт/м2,мкВт/см2
Измеряемое значение
Текущее, удержанное, среднее, максимальное и максимальное среднее
Размер памяти 99 значений
Тип батареи
9V тип «Крона»
Габаритные размеры (ширина 60мм х 60мм х 273 мм
х высота х длина)
Масса (с батареей)
~200г
Порядок работы с прибором
Использование датчика
В верхней части прибора расположен 3­х канальный широкополосный датчик для измерения в диапазоне частот 50МГц­3,5ГГц. Напряжения соответствующие значениям напряженности поля по каждой из осей (X, Y,Z) передаются в измерительную часть прибора, где они обрабатываются и измеренное значение отображается на дисплее прибора.
Прибор является переносным и компактным, что увеличивает диапазон его возможного применения. Таким образом существенно упрощается процесс измерения, появляется возможность получать достоверные результаты при оценке электромагнитной обстановки непосредственно в помещении, где проводится мониторинг.
Для проведения измерения направьте датчик на предполагаемый источник излучения и, насколько это возможно, поднесите прибор к нему. При проведении мониторинга нельзя находиться между источником излучения и прибором, иначе не будут получены достоверные сведения.
Общие сведения о режимах измерения
Единицы измерения
По умолчанию прибор измеряет напряженность электрического поля
(мВ/м, В/м), кроме того, он вычисляет напряженность магнитного поля (мкА/м, мА/м) и плотность потока энергии (мкВт/м2, мВт/м2 или мкВт/см2).
Индикация режимов измерения
На шкале дисплея всегда отображается мгновенное измеренное значение одной из осей (X, Y или Z). На цифровом дисплее отображается текущее значение или результат измерений согласно выбранному режиму:
• Режим «Удержание»: на экране отображаются последние данные, измеренные датчиком; никакой символ при этом не появляется.
• Режим «Максимальное значение» (МАХ): на цифровой дисплей выводятся самые высокие из измеренных результатов; на экране появится символ "МАХ".
• Режим «Среднее значение » (AVG): на экране отображаются средние результаты измерений, появится символ "AVG".
• Режим «Максимальное среднее значение» (MAX AVG) : на цифровом дисплее отражаются самые высокие средние показатели; на экране появится символ "MAX AVG ".
Проведение измерений
Последовательность действий:
1. Держите прибор на расстоянии вытянутой руки.
2. Выполните несколько измерений в разных местах от рабочего места или в специально отведенном месте как было указано выше. Это принципиально важно при неизвестных параметрах поля.
Местонахождение
Поместите прибор между собой и источником излучения Произведите измерения в тех местах, где вы будете находиться
Примечание: работайте в режиме "Среднее" или «Максимальное среднее» только в том случае, когда результаты мгновенных измерений значительно отклоняются от допустимых норм. Прибор можно закрепить на деревянном или пластиковом штативе.
Порядок выполнения работы
1. Получить конкретное задание по объекту исследования.
2. Руководствуясь указаниями в п. 3 самостоятельно произвести замеры параметров электромагнитного излучения изучаемого объекта.
3. Полученные результаты свести в таблицу по следующей форме:
Таблица 6. Результаты измерения параметров ЭМП.
Наименование источника излучения
Частотный диапазон излучений Допустимый Результат уровень излучения измерения
1. ...
2. ...
4. Сделайте выводы о соответствии параметров излучения действующим нормам по СанПиН 2.1.2.1002­00.
5. Оформить отчёт.
Библиографический список:
1. СанПиН 2.1.2.1002­00. Санитарно­эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.
2. СанПиН 2.2.4.1191­03. Электромагнитные поля в производственных условиях.