Нормування електромагнітного випромінення

Нормування електромагнітного випромінення радіочастотного діапазону на робочих місцях здійснюється згідно з ГОСТ 12.1.006-84, а для місць проживання – згідно з ДСН 239-96.

Відповідно до ГОСТ 12.1.006-84 нормування електромагнітних випромінювань проводять в діапазоні частот 60 кГц – 300 ГГц. Причому у діапазоні 60 кГц – 300 МГц нормованими параметрами є напруженість електричної Е, В/м², та магнітної Н, А/м, складових поля, а у діапазоні 300 МГц – 300 ГГц такими параметрами вважається густина потоку енергії (ГПЕ), Вт/м². Нормативною величиною є також гранично допустиме енергетичне навантаження ЕН_е, (В/м)²·год та ЕН_н,(А/м)²·год:

ЕН_Н = (Е_н)²Т,

ЕН_Н = (Н_н)²Т,

де Е_н, Н_н – нормативне значення напруженості, В/м та А/м; Т – тривалість дії протягом робочого дня, год.

Згідно з ГОСТ 12.1.006-84 на робочих місцях у діапазоні частот 60 кГц – 300 МГц (частково 5 – 8 діапазони частот за табл. 16) нормуються напруженості електричної Е та магнітної Н складових електромагнітного поля, а в діапазонах частот 300 МГц – 300 ГГц (діапазони 9 – 11) поверхнева густина потоку енергії.

Таблиця 16

Гранично допустимі значення Е_гд і Н_гд на робочих місцях

Параметр	Діапазон частот, МГц
Від 0,06 до 3	Від 3 до 30	Від 30 до 300
Егд, В/м
Нгд, А/м		-	-
ЕНЕгд (В/м)^2·год
ЕННад, (А/м)^2·год		-	-

Гранично допустимі значення Е_гд та Н_гд на робочих місцях у діапазоні частот 60 кГц – 300 МГц визначають за допустимим енергетичним навантаженням та тривалістю дії згідно з вищенаведеними формулами за даними табл. 17.

Одночасна дія електричного і магнітного полів вважається допустимою, якщо:

ГН_Е/ЕН_Егд + ЕН_н/ЕН_Над ,

де ЕН_Е і ЕН_н – енергетичні навантаження, що характеризують фактичну дію електричного і магнітного полів.

Гранично допустимі величини електромагнітної енергії при експлуатації побутових НВЧ-печей не повинні перевищувати 0,1 Вт/м²при триразовому щоденному опроміненні по 40 хв та загальній тривалості опромінення не більше 2 год за добу.

Для населення електромагнітне поле в 5 – 8 діапазонах частот (табл. 16) згідно з ДСН 239-96 оцінюється електричною складовою напруженості поля (табл. 17), а у 9 – 11 діапазонах – поверхневою густиною потоку енергії.

 

Таблиця 17

Гранично допустимі рівні (ГДР) електромагнітних полів для населення

№ діапазону	Діапазон частот	Довжина хвиль	ГДР (Е гдр)
	30…300 кГц	10…1 км	25 В/м
	0,3…3 МГц	1…0,1 км	15 В/м
	3…30 МГц	100…10 м	31 gλ, В/м*
	30…300 Мгц	10…1 м	3 В/м

* λ – довжина хвилі, м; ГДР = 7,43 – 31 gλf, де f – частота хвилі, МГц

 

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів (Е_гдр, В/м), які створюють телевізійні радіостанції в діапазоні частот від 48 до 1000 МГц, визначаються за формулою:

Е_гдр =21f_к ^-0,37,

де f_к – несуча частота каналу зображення або звукового супроводу, МГц.

Для ЕМП промислової частоти (50 Гц) нормативи встановлюються згідно з ГОСТ 12.1.002-84 та ДСН 239-96. Нормативною є напруженість електричної складової поля (табл. 18). В табл. 19 показані гранично допустимі значення густини потоку енергії залежно від часу опромінення. Якщо радіотехнічні системи працюють у режимі сканування або обертання, то опромінення періодичне, тоді гранично допустимі значення густини потоку енергії збільшуються в 10 разів.

 

 

Таблиця 18

Допустимі рівні напруженості ЕМП радіочастотного діапазону

Діапазон частот	Допустимі рівні напруженості ЕМП	Допустима поверхнева густина потоку енергії, Вт/м^2
за електричною складовою Е, В/м	за магнітною Складовою Н, А/м
Від 60 кГц до 3 МГц			–
3 МГц – 30 МГц		–	–
30 МГц – 50 МГц		0,3	–
50 МГц – 300 МГц		–	–
300 МГц – 300 ГГц	–	–

 

Санітарними нормативами також встановлюються захисні зони поблизу ліній електропередачі залежно від їх напруги: 20 м для лінії з напругою 300 кВ, 30 м – 500 кВ і 55 м – 1150 кВ.

Таблиця 19

Гранично допустимі величини густини потоку енергії в діапазоні

частот 300 МГц – 300 ГГц

 

 

Густина потоку потужності енергії σ, Вт/м^г	Допустимий час перебування в зоні впливу ЕМП	Примітки
< 0,1	Протягом робочого дня
0,1 – 1,0	Не більше 2 год	В інший робочий час густина потоку енергії не повинна перевищувати 0,1 Вт/м^2
1,0 – 10,0	Не більше 10 хв	За умови використання захисних окулярів. В інший робочий час густина потоку енергії не повинна перевищувати 0,1 Вт/м^2

 

Вимірювання параметрів ЕМП слід виконувати не рідше одного разу на рік, а також при введенні в дію нових установок, внесенні змін у конструкцію, розміщення чи режим роботи установок, при організації нових робочих місць та внесенні змін у засоби захисту від дії електромагнітних випромінювань (ЕМВ). Для вимірювання інтенсивності ЕМВ застосовуються прилади: вимірювачі напруження і вимірювачі малої напруженості електромагнітних полів.

ІЧ випромінювання

Інфрачервоне випромінювання (теплове) виникає скрізь, де температура вище абсолютного нуля, і є функцією теплового стану джерела випромінювання. Більшість виробничих процесів супроводжується виділенням тепла, тепло виділяється виробничим устаткуванням і матеріалами. Нагріті тіла віддають своє тепло менш нагрітим трьома способами: теплопровідністю, тепловипромінюванням, конвекцією. Дослідження показують, що близько 60% тепла, що втрачається, приходиться на частку тепловипромінювання. Промениста енергія, проходячи простір від нагрітого тіла до менш нагрітого, переходить у теплову енергію в поверхневих шарах тіла, що опромінюється. У результаті поглинання випромінюваної енергії підвищується температура тіла людини, конструкцій приміщень, устаткування, що в значній мірі впливає на метеорологічні параметри (приводить до підвищення температури повітря в приміщенні).

Джерела ІЧ випромінювання поділяються на природні (природна радіація сонця, неба) і штучні – будь-які поверхні, температура яких вища порівняно з поверхнями, що опромінюються. Для людини це все поверхні t° > 36-37°C.

По фізичній природі ІЧ випромінювання явояє собою потік матеріальних часток, яким притаманні квантові і хвильові властивості. ІЧ випромінювання охоплює область спектра з довжиною хвилі 0.78...540 мкм. Енергія кванта лежить у межах 0.0125...1.25 еВ.

За законом Стефана-Больцмана інтегральна щільність випромінювання, Вт/м², абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степеню його абсолютної температури

,

де С₀=5.67Вт/м²; Т - абсолютна температура тіла.

Щільність випромінювання різних матеріалів описується рівнянням:

,

де E – ступінь чорності матеріалу (табл. 20).

Таблиця 20

Ступінь чорності матеріалів

Матеріал	t^0С	E
Алюміній	225 - 575	0.039 - 0.057
Сталь		0.043 - 0.064
Азбестовий картон		0.96
Цегла червона		0.93

 

Випромінювальною здатністю чи спектральною щільністю енергетичної світимості тіла називають величину E_w, чисельно рівну поверхневій щільності потужності теплового випромінювання тіла в інтервалі частот одиничної ширини (спектральна характеристика теплового випромінювання)

E_w=d_w/d_v, Дж/м².

Випромінювальною здатністю тіла в напрямку нормалі

.

На практиці випромінювання є інтегральним, тому що тіла випромінюють одночасно різні довжини хвиль. Однак максимум випромінювання завжди відповідає хвилям визначеної довжини. В міру збільшення температури тіла довжина хвилі зменшується. Між T і l виконується співвідношення Вина:

l_макс ∙ Т = b,

де b = 0.002898 м∙град.

Спектр теплового випромінювання твердих і рідких тіл суцільний і характеризується діапазоном довжин хвиль випромінювання і довжиною хвиль l_max, що відповідає максимуму інтенсивності випромінювання. Гази, що мають не менше трьох атомів у молекулі (вуглекислий газ, водяна пара та ін.), мають випромінюючу і поглинаючу здатність, а спектр випромінювання їх носить смугастий характер.

 

Нормування ІЧ випромінювань

Інтенсивність ІЧ радіації необхідно вимірювати на робочих місцях чи у робочій зоні поблизу джерела випромінювання. Нормування ІЧ випромінювань здійснюється згідно санітарних норм ДСН 3.3.6.042-99, ГОСТ 12.4.123-83. Припустима тривалість дії ІЧ на людину наведено у таблиці.

Таблиця 21

Припустима тривалість дії на людину теплової радіації

Теплова радіація, Вт/м^2	Тривалість дії радіації, с
280 - 560 (слабка)	Довготривала
560 - 1050(помірна)	180 – 300
1050 - 1600(середня)	40 – 60
Більше 3500(дуже сильна)	2 –5

 

Теплова радіація 560-1050 Вт/м² є межею, яка переноситися людиною. Згідно діючим санітарним нормам допустима щільність потоку ІЧ випромінювань не повинна перевищувати 350 Вт/м². Інтенсивність теплового опромінення працюючих від нагрітих поверхонь технологічного устаткування, освітлювальних приладів та інсоляція від засклених огороджень не повинна перевищувати 35,0 Вт/м² - при опроміненні 50 % та більше поверхні тіла, 70 Вт/м² - при величині опромінюваної поверхні від 25 до 50 %, та 100 Вт/м² - при опроміненні не більше 25 % поверхні тіла працюючого.

При наявності джерел з інтенсивністю 35,0 Вт/м² і більше температура повітря на постійних робочих місцях не повинна перевищувати верхніх меж оптимальних значень для теплого періоду року, на непостійних - верхніх меж допустимих значень для постійних робочих місць.

При наявності відкритих джерел випромінювання (нагрітий метал, скло, відкрите полум'я) допускається інтенсивність опромінення до 140,0 Вт/м². Величина опромінюваної площі не повинна перевищувати 25 % поверхні тіла працюючого при обов'язковому використанні індивідуальних засобів захисту (спецодяг, окуляри, щитки).

Для виміру щільності потоку випромінювання на робочому місці застосовують актинометр (алюмінієва пластина, що має в шаховому порядку почорніння; термопари, приєднані до гальванометра). Для визначення спектральної інтенсивності випромінювань застосовують інфрачервоні спектрометри (ІЧС-10).

 

Лазерне випромінювання

В даний час лазерна техніка знаходить дуже широке застосування. Зараз нараховується більше 200 галузей застосування. Вони використовуються в дальнометрії, системах передачі інформації, телебаченні, спектроскопії, в електронній та обчислювальній техніці, при забезпеченні термоядерних процесів, біології, медицині, у металообробці, металургії, при обробці твердих і надтвердих матеріалів, при зварювальних роботах і ін. Мала кутова розбіжність ЛВ дозволяє здійснити його фокусування на площах малих розмірів (порівняних з довжиною хвилі) і одержувати щільність потужності світлового потоку, достатньою для інтенсивного розігрівання і випаровування матеріалів (щільність потужності випромінювання досягає 1011-1014 Вт/см²). Висока локальність нагрівання і відсутність механічних дій дозволяє використовувати лазери при збиранні мікросхем (зварювання металевих виводів і напівпровідникових матеріалів). За допомогою лазерного променю здійснюють проплав багатошарових матеріалів. Використовують ОКГ для приєднання резисторів, конденсаторів, виготовлення друкованих схем. Широко використовують лазерну техніку для одержання мікроотворів у надтвердих матеріалах.

Розширене застосування лазерних установок у різних галузях діяльності людини сприяє залученню великої кількості працівників для їх обслуговування. Поряд з унікальними властивостями (спрямованість і величезна щільність енергії в промені) і перевагами перед іншим устаткуванням лазерні установки створюють певну небезпеку для здоров'я обслуговуючого персоналу.

Принцип дії лазерного випромінювання заснований на використанні змушеного (стимульованого) електромагнітного випромінювання, одержуваного від робочої речовини в результаті порушення його атомів електромагнітною енергією зовнішнього джерела. Стимульоване випромінювання має такі якості:

1 - когерентність (сталість різниці фаз між коливаннями і монохроматичність - практично ширина смуги випромінювання 2 Гц);

2 - мала розбіжність променя (22" - теоретична, 2' - практична);

3 - висока щільність потужності (1014 Вт/см2).

Щільність потужності лазерного випромінювання на малій площині об'єкта визначається формулою:

,

де Р - вихідна потужність випромінювання лазера; D - діаметр об'єкта оптичної системи; l - довжина хвилі; f - фокусна відстань оптичної системи.

Наприклад: Р=1 МВт, l=0.69 мкм, D/f=1.2, тоді P_s=3×10¹⁴ Вт/см². Для порівняння щільність потужності випромінювання на поверхні Сонця 10⁸ Вт/×см².

Лазерне випромінювання з високою щільністю потужності супроводжується високою напруженістю електричного полю:

,

де m - магнітна проникність середовища (для повітря Гн/м); e - діелектрична проникність середовища (для повітря Ф/м).

Значення електричної напруженості у вакуумі при Р=1 МВт складає 2.74×106 В/м.

Випромінювання лазера з величезною щільністю потужності руйнує і випаровує матеріали. Одночасно в області падіння лазерного випромінювання на поверхню матеріалу в ньому створюється світловий тиск сотні тисяч МПа. При цьому виникає температура до декількох мільйонів градусів К. При фокусуванні лазерного променя в газі відбувається утворення високотемпературної плазми, що є джерелом легкого рентгенівського випромінювання (1 нм).

При проходженні променю через неоднорідне середовище (повітря, деяке середовище) відбувається розбіжність і блукання тобто відбивання променя. Відрізняють дзеркальне і дифузне відбивання лазерного променя.

При оцінці дифузійного відображення випромінювання слід враховувати геометричні розміри поверхні, що відбиває, (крапковий чи протяжний).

Щільність енергії для прямого випромінювання визначається формулою

,

де I₀ - вихідна енергія ОКГ (Вт) Дж; j - кут розбіжності випромінювання; r - відстань ЭКГ до розрахункової точки; s - коефіцієнт ослаблення випромінювання ОКГ повітряним середовищем (залежить від дальності видимості) s=3.9/V, V - видимість.

В умовах відбитого випромінювання щільність енергії в заданій точці можна визначити по формулі:

,

де I_n - енергія, що падає на відбиту поверхню, Дж; К - коефіцієнт відображення поверхні; b - кут між нормаллю до поверхні і напрямком візування; К₁ - коефіцієнт, що враховує розміри плями (наприклад, якщо R>30r (радіусів плям), то К₁=1 (точкове джерело).