Приборы экологического контроля

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….. 3
1 История открытия электромагнитного излучения…………………… 4
2 Виды электромагнитного излучения………………………………….. 4
3 Источники электромагнитного излучения…………………………….. 7
4 Приборы контроля электромагнитных полей…………………………. 8
5 Методы контроля электромагнитных полей………………………….. 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………. 15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…… ……………..… 16
ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитное излучение (ЭМИ) является одним из основных свойств живой и неживой природы, им обладают все виды материи на всех уровнях организации. Это один из важнейших экологических факторов обитания всех живых организмов, без ЭМИ не могла бы зародиться жизнь на планете, не смогли бы происходить фотохимические реакции. Но превышение биологической потребности в электромагнитном излучении ведет к необратимым последствиям, и чем длиннее волна и большее ее частота, тем последствия хуже.
В настоящее время масштабы электромагнитного излучения как природного, так и техногенного, стали настолько огромными и угрожающими, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в десятку наиболее актуальных для человечества.
Цель данной работы: изучить приборы для контроля ЭМИ различной частоты.
Задачи: 1) определить, что является источником низкочастотного, высокочастотного, ультравысокочастотного и сверхвысокочастотного излучения; 2) рассмотреть наиболее применяемые приборы для контроля данных источников излучения.
1 История открытия электромагнитного излучения
Впервые существование электромагнитных волн предсказал в 1832 году Майкл Фарадей, обобщая данные по излучению электричества и магнетизма. Обосновал существование электромагнитных волн в 1862 году Дж. Максвелл. Экспериментально доказаны электромагнитные волны были в 1888 году Герцем. Герц установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. После Герца опыты продолжил П.Н. Лебедев, в 1894 году получил электромагнитную волну длиной 4-6 мм, А.А. Гоголева-Аркадьева в 1923 году продолжила развитие методики исследования, получила волны длиной от 50 мм до 80 мм. А.С Попов в 1896 году усовершенствовал вибратор Герца и впервые в мире наладил опытную радиотелеграфную связь, осуществил передач сообщения на расстояние 250 м (переданы слова «Генрих Герц»). В 1899 году А.С. Попов довел расстояние передачи сигналов на расстояние до 50 км.
В 1901 году осуществлена радиотелеграфная связь через Атлантический океан. Изобретение электронных ламп в 1904-1907 годах положило начало радиотелеграфии и радиовещанию.
2 Виды электромагнитного излучения
Электромагнитное излучение классифицируется по частотным диапазонам, границы условные, без резких переходов (рисунок 1).
Видимый свет является самым узким диапазоном во всем спектре, человек воспринимает только его, сочетает в себе цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. За фиолетовым цветом следует ультрафиолетовое излучение, за красным цветом следует инфракрасное излучение. Волны видимого света очень короткие, но высокочастотные, видимый свет от Солнца представляет собой смешение трех основных цветов: красный, желтый, синий.
Рисунок 1 – Частотные диапазоны электромагнитного излучения
Ультрафиолетовое излучение находится между видимым светом и рентгеном, используется для создания световых эффектов на сцене, банкноты некоторых стан содержат защитные элементы, которые видимы только в ультрафиолетовом спектре.
Инфракрасное излучение находится между видимым светом и короткими радиоволнами, оно представляет собой тепло; каждое нагретое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр; чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и тем выше интенсивность излучения.
Рентгеновское излучение имеют свойство проходить сквозь вещество и не поглощаться сильно; некоторые кристаллы светятся благодаря рентгеновскому излучению.
Гамма-излучение представляет собой короткие электромагнитные волны, которые могут проходить чрез вещество без поглощения, могут преодолевать бетонную стену и свинцовую преграду.
Рентгеновское и гамма-излучение представляют потенциальную опасность для человека.
На рисунке 2 представлена шкала частот волн регистрации электромагнитных излучений.
Рисунок 2 – Шкала частот электромагнитных излучений
В таблице 1 представлены основные характеристики электромагнитного излучения
Таблица 1 – Характеристики электромагнитного излучения
Виды излучений Длина волны Получение Регистрация Характеристика, свойства Применение
Радиоволны 10 км
(3*104-3*1012 Гц) Транзисторные цепи Резонатор Герца, Когерер, антенна Отражение, преломление, дифракция, поляризация Связь и навигация
Инфракрасное излучение 0,1 м – 770 нм (3*1012 -4*1014 Гц) Электрический камин Болометр, фотоэлемент, термостолбик Отражение, преломление, дифракция, поляризация Приготовление пищи, нагревание, сушка, фотокопирование
Видимый свет 770-380 нм (4*1014 -8*1014 Гц) Лампа накаливания, молнии, пламя Спектрограф, болометр Отражение, преломление, дифракция, поляризация Наблюдение за видимым миром путем отражения
Ультрафиолетовое излучение 380-5 нм (8*1014 -6*1016 Гц) Разрядная трубка, углеродная дуга Фотоэлемент, люминесценция, болометр Фотохимические реакции Лечение заболеваний кожи, уничтожение бактерий, сторожевые устройства
Рентгеновское излучение 5 нм-10-2 нм (6*1016 – 3*1019 Гц) Рентгеновская трубка Фотопластинка Проникающая способность, дифракция Рентгенография, радиология, обнаружение подделок
γ - излучение 5*10-11 – 10-15 м Циклотрон кобальт-60 Трубка Гейгера Порождаются космическими объектами Стерилизация, медицина, лечение рака
3 Источники электромагнитного излучения
Источники низкочастотные включают в себя все системы, связанные с электроэнергией (линии электропередач, трансформаторные подстанции, электроподстанции, кабельные системы), электронную технику, мониторы компьютеров, транспорт на электроприводе, метро, ж/д транспорт, троллейбусы, трамваи. Источником электромагнитного излучения служит движущийся автомобильный транспорт.
Высокочастотные источники включают в себя системы: функциональные передатчики, радио, телевиденье, радиотелефоны, спутниковая связь, релейные станции, навигация, локаторы.Ультравысокочастотное излучение применяется в следующих системах: электросварочная дуга, плазмотроны, бактерицидные лампы.
Сверхвысокочастотное излучение применяется в следующих системах: магнетрон (генераторная лампа радио- и радиолокационных передатчиков СВЧ-диапазона), клистрон, лампа бегущей волны, плоские вакуумные триоды, генераторы на диоде Ганна, в радиолокации, СВЧ-излучатель.
Рисунок 3 – Электромагнитное излучение по длине волн
4 Приборы контроля электромагнитных полей (ЭМП)
В настоящее время приборы для измерения электромагнитного излучения делятся на три группы: радиометры, дозиметры и спектрометры. Радиометрами измеряют плотность потока ионизирующего излучения (α, β – излучения), а также нейтронов, применяются для измерения загрязнений поверхностей, оборудования, одежды и кожных покровов. Дозиметры для измерения дозы и мощности, получаемой персоналом при внешнем облучении при гамма-излучении. Спектрометры служат для идентификации загрязнений по их энергетическим характеристикам (α, β, γ – спектрометры).
На сегодняшний день приборов, измеряющих широкий спектр излучений, большое количество, в том числе отечественных.
В таблице 2 представлены единицы измерения электромагнитных полей
Таблица 2 – Единицы измерения электромагнитных полей
№ п/п Диапазон ЭМП Нормируемая характеристика ЭМП Наименование единицы измерения в СИ Обозначение Другие распространенные единицы
1 Постоянное магнитное поле Напряженность поля, магнитная индукция (измеряемая характеристика) Ампер/м, тесла А/м, Т 1Э = 79,56 А/м
8 кА/м соответствует 10 мТ2 Электростатическое поле Напряженность поля Вольт на метр В/м-
3 Электростатическое поле промышленной частоты 50 Гц Напряженность поля Вольт на метр В/м-
4 Электромагнитное поле 60 кГц-
300 МГц Напряженность магнитного поля Ампер на метр А/м-
Напряженность электрического поля Вольт на метр В/м-
5 Электромагнитное поле 300 МГц-300 ГГц Плотность потока энергии Ватт на квадратный метр Вт/кв.м1 мкВт/кв.см = 10-2 Вт/кв.см.
6 Инфракрасное излучение Плотность потока энергии Ватт на квадратный метр Вт/кв.м1 кал/мин*кв.см = 698,33 Вт/кв.
1 ккал/ч*кв.м = 1,163 Вт/кв.м
7 Ультрафиолетовое излучение Плотность потока энергии Ватт на квадратный метр Вт/кв.м1 эр/кв.м = 1 Вт/кв.м на длину волны 297 нм8
Лазерное излучение Поверхностная плотность мощности (энергетическая освещенность) Ватт на квадратный метр Вт/кв.м1 Вт/кв.см = 104 Вт/кв.мПоверхностная плотность энергии (энергетическая экспозиция) Джоуль на квадратный метр Дж/кв.м1 Дж/кв.см = 104 Дж/кв.мВ таблице 3 представлены приборы для санитарно-н=гигиенического контроля электромагнитных полей
Таблица 3 – Приборы для определения электромагнитного излучения
Назначение прибора Наименование прибора Динамический диапазон Диапазон частот длин волн)Погрешность, % Питание
Измерение постоянного магнитного поля ШГ-8 0,01-1,6 Т- +-1,5 Сетевое
Ф4354/1 0,005-1,5 Т- +-2,5 Элементы «332»
Измерение электростатического поля ИНЭП-1 0,2-2500 кВ/м - +-15 Сетевое
Измерение электрического поля промышленной частоты ПЗ-1 1-60 кВ/м 50 Гц +-5 Аккумуляторы Д-025
Измерения электромагнитного поля высокой и ультравысокой частоты в помещениях и во внешней среде ИЭМП-1 0,5-300 А/м 0,06-300 МГц +-35 Батарейное
ИЭМП-Т 0,25-370 А/м
1-1500 В/м 0,06-300 МГц +-35 Батарейное
NFM-1 1,5-2500 В/м 0,06-350 МГц +20(-10) Батарейное
Измерение радиоволны во внешней среде FSM-6A2 1,6 мкВ/м-1 В/м 0,1-30 МГц +-3 дб-
FSM-3-2 2,4 мкВ/м-7В/м 27-300 МГц +3 дб-
Измерения электромагнитного поля сверхвысокой частоты ПО-1/ПЗ-13/ 0,3-1,67*104 мкВт/кв.см0,3-16,7 ГГц +-30-40 Сетевое и аккумуляторы
ПЗ-9 0,1-6*104 мкВт/кв.см0,3-37,5 ГГц +-30-40 Сетевое и аккумуляторы
Измерения инфракрасного излучения Актинометр 0,5-20 кал/мин*кв.см- Нет данных Не имеет
Дифференциальный радиометр 2-2000 ккал/час*кв.м- Нет данных Элемент «373»
Измерение ультрафиолетового излучения УФМ-71 0-3000 мэр/кв.м280-380 нм+-15 Батарейное
УБф-VLI0,02-9000 мэр/кв.м280-400 нм+-22-30 Сетевое и аккумуляторы
Измеритель лазерного излучения Измеритель-1 10-7-10-3 Вт/кв.см; Дж/кв.см530, 633, 694, 1060 нм+-30 Сетевое
ФПМ-01 10-4-10-7 Вт/кв.см;
10-4-10-3 Дж/кв.см188, 633, 694, 1060 нм+-10-15 Сетевое
ИЛД-2 3*10-3–1 Дж,
3*10-6 10 Вт 530, 630, 694, 1060, 10600 нм+-18-22 Сетевое и батарейное
5 Методы контроля электромагнитных полей
При проведении измерений в производственных и других помещениях в каждой точке, выбранной для контроля ЭМП, измерения должны проводиться на 3-х высотах от пола помещения (0,5 м; 1 м; 1,7 м).
В открытом пространстве измерения в каждой выбранной точке должны проводиться с учетом этажности застройки на высотах от поверхности земли, равных 1,7 м; 3 м; 6 м; 9 м и т.д.
На каждой высоте выполняется по три замера ЭМП. При контроле величин ЭМП в диапазонах 0,06 - 1,5 МГц и 30 - 50 МГц проводятся отдельно замеры электрической и магнитной составляющих ЭМП (всего по 6 замеров на каждой высоте).
При проведении замеров необходимо ориентировать датчики приборов (с учетом направления силовых линий, поляризации электромагнитной волны и т.д.) так, чтобы добиться максимального показания стрелочного или цифрового индикатора измерительного прибора, причем измеренные при этом три значения поля не должны отличаться друг от друга больше, чем на 15 - 20%. Более значительные различия говорят о неправильном проведении измерений (изменение расположения датчика прибора в поле или его ориентации, неисправность измерительного прибора, изменение мощности источника ЭМП).
Во время проведения измерений ЭМП мощностные режимы работы источников должны соответствовать рабочим режимам, в т.ч. максимальному рабочему режиму.
Для исключения искажений картины поля в зоне проведения измерений не должны находиться люди, непосредственно не занятые в выполнении измерений, а антенны (датчики измерительных приборов) нельзя подносить к металлическим предметам на расстояние меньшее, чем указано в технических описаниях этих приборов.
Если в обследуемое помещение или пространство внешней среды одновременно поступают излучения различных частотных диапазонов, имеющих различные (установленные санитарными нормами) предельно допустимые уровни, измерения должны проводиться отдельно от каждого из источников. Остальные источники ЭМП в это время должны быть выключены.
В случае, когда в исследуемую точку излучения поступают с разных сторон от разных источников (прямое и отраженное излучение СВЧ и оптических диапазонов), проводится измерение каждого из падающих излучений.
В случае, если оператор работает в позе "сидя", измерения ЭМП проводятся на высотах от пола, соответствующих положению головы, органов груди и малого таза.
При проведении измерений вблизи установок ЭМП для индукционного или диэлектрического нагрева материалов необходимо провести измерения также в зоне расположения рук оператора.
В случае остронаправленного излучения (например, при юстировании лазеров), когда излучение не распространяется на всех 3-х высотах, проводятся измерения лишь на тех высотах, где имеется излучение,
При измерениях величины электростатического поля, кроме измерений в выбранных точках, необходимо провести измерение поля на поверхности тела оператора (на передней поверхности грудной клетки).
При измерениях ЭМП в открытом пространстве, в случае если между источником излучения и обследуемой территорией имеется лиственный зеленый массив, измерения ЭМП необходимо проводить в летний и зимний периоды для определения защитной роли зеленых насаждений от ЭМ-излучения.При измерениях ЭМП диапазона СВЧ от вращающихся и сканирующих антенн, измерения необходимо проводить при остановленной антенне. При этом надо использовать минимальный рабочий угол места антенны (угол между осью главного лепестка диаграммы направленности антенны с горизонтальной плоскостью).
Организация и проведение контроля за уровнями ЭМП выполняется бригадой специалистов. На проведение измерений плотности потока энергии СВЧ-излучения и лазерного излучения в 1 точке затрачивается 1,5 часа. На проведение измерений интенсивности постоянного магнитного поля, электростатического поля, электрического поля промышленной частоты 50 Гц, электромагнитного поля ВЧ и УВЧ, инфракрасного излучения и ультрафиолетового излучения в 1 точке затрачивается 0,8 часа.
При проведении измерений ЭМП диапазона СВЧ на местности необходимо пользоваться защитной одеждой и защитными очками, при проведении контроля лазерного излучения - защитными очками.
После проведения измерений результаты обрабатываются в соответствии с инструкциями по эксплуатации приборов.
Проводится пересчет показателей приборов с использованием соответствующих таблиц, графиков и формул. В тех случаях, когда шкалы приборов градуированы во внесистемных единицах, проводится пересчет показаний в единицы, установленные международной системой (СИ).
Из трех значений ЭМП, полученных на каждой из высот, вычисляется средняя арифметическая величина, которая вносится в протокол измерений.
Протоколы и заключения по контролю направляются на объекты надзора и в территориальные санэпидстанции.
Гигиеническая оценка результатов контроля ЭМП и разработка гигиенических рекомендаций осуществляется совместно с санитарными врачами.
По результатам измерений интенсивностей ЭМП в помещениях должны быть намечены зоны с безопасными уровнями ЭМП, предусмотренными действующими санитарными правилами в области ЭМП. В случае, если источники радиочастот работают в диапазонах длинных, средних, коротких, ультракоротких и микроволн, в помещениях должны быть установлены также зоны с уровнями ЭМП, безопасными для лиц, непосредственно не связанных с обслуживанием источников ЭМП, и установленными СН 1823-78.
По результатам измерений ЭМП во внешней среде должны устанавливаться границы зоны строгого режима и зоны ограничения санитарно-защитной зоны радиопередающего объекта в соответствии с СН 1823-78.
В случае, если санитарными нормами не устанавливаются различные нормативы для разных частей тела человека, для гигиенической оценки электромагнитной ситуации в каждой точке определяющим является максимальное значение ЭМП в этой точке, независимо от того, на какой из высот (0,5 м; 1 м; 1,7 м) оно получено.
При оценке результатов измерений лазерного излучения надо учитывать различие предельно допустимых уровней излучения, действующего на глаза и на кожу человека.
В ряде случаев в обследуемое пространство поступают излучения не от одного источника ЭМП. Если для этих излучений установлен общий санитарный норматив, их следует суммировать по формуле (1):
где: E - суммарная оцениваемая интенсивность поля; сумм;
E - интенсивность   поля,  создаваемого   каждым  из 1, 2... n источников.
При воздействии на человека ЭМП различных диапазонов, для которых имеются различные санитарные нормативы, суммарная интенсивность поля от всех источников в исследуемой точке должна удовлетворять условию (2):
где: E           - интенсивность поля,  создаваемая  каждым из 1, 2... n источников;
 ПДУ           -   предельно допустимая   интенсивность   поля, 1, 2... n создаваемая каждым из источников с учетом его частоты (диапазона).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С началом техногенной эры человечество все больше и больше начало сталкиваться с различными видами излучений. Людей окружают различные виды излучений: радиоактивное, ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское, магнитное и электромагнитное излучение в целом.
До середины ХХ века ученые просто-напросто не обращали внимания на «электромагнитный смог». На сегодняшний день электромагнитное излучение - одна из актуальнейших проблем человечества. Мы и не заметили, как стали жить в мире, где нас со всех сторон окружают всевозможные электроприборы: смартфоны, планшеты и ноутбуки, телевизоры, микроволновые печи, холодильники и посудомоечные машины, которые так прочно вошли в нашу жизнь, что мы и думать забыли о вреде их излучения. С каждым годом растет число профессий, требующих многочасовой работы за компьютером. А вечером после работы - просмотр обязательных телевизионных программ, без которых уже невозможно.
В данной работе рассмотрена история открытия электромагнитного излучения, виды и источники электромагнитного излучения, приборы и методы контроля.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Методические рекомендации по проведению лабораторного контроля за источниками электромагнитных полей неионизирующей части спектра (ЭМП) при осуществлении государственного санитарного надзора;
Аполлонский, С. М. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях / С.М. Аполлонский, Т.В. Каляда, Б.Е. Синдаловский. - М.: Политехника, 2008. - 264 c;
Ардашников, С.Н. Защита от радиоактивных излучений / С.Н. Ардашников, С.М. Гольдин, А.В. Николаев. - М.: [не указано], 2012. - 245 c.;
Голубев, Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений / Б.П. Голубев. - М.: Атомиздат; Издание 3-е, перераб. и доп., 2011. - 504 c.;
Бреус Т.К. Влияние "космической погоды" на биологические объекты // Земля и Вселенная. - 2009. - N 3. - С.53-61;
Прищепенко, А.Б. Взрывы и волны. Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона / А.Б. Прищепенко. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008. - 208 c;
Тер-Микаелян, М.Л. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях / М.Л. Тер-Микаелян. - М.: [не указано], 2015. - 519 c;
Троицкий, В. Л. Влияние ионизирующих излучений на иммунитет / В.Л. Троицкий, М.А. Туманян. - М.: Государственное издательство медицинской литературы, 2017. - 198 c;
Шендеров, Е.Л. Излучение и рассеяние звука / Е.Л. Шендеров. - М.: [не указано], 2017. - 898 c;
Шидловский, А. И. Атом водорода - самый простой из атомов. Продолжение теории Нильса Бора. Часть 5. Частота излучения фотона совпадает со средней частотой излучения электрона в переходе / А.И. Шидловский. - Москва: Наука, 2012. - 144 c.