Электромагнитные поля и излучения

Электромагнитные поля занимают весьма широкий частотный спектр и включает в себя неионизирующие и ионизирующие излучения. Электромагнитные поля разной частоты несут разную энергию и по-разному действуют на вещество биологических тканей организма человека. В гигиенической практике к неионизирующим излучениям относят электромагнитные поля (ЭМП), энергия которых недостаточна для ионизации материи.

К источникам ЭМП промышленной частоты (50 Гц) относят линии электропередачи (ЛЭП) с напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Длительное действие таких полей на человека напряжением выше даже 400 кВ уже приводит к функциональным нарушениям центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, к изменениям состава крови, которые субъективно выражаются в головной боли, вялости, расстройстве сна, снижении памяти, повышенной раздражительности, апатии.

Нормирование ЭМП промышленной частоты осуществляется по предельно допустимым уровням напряженности электрического Е, В/м и магнитного Я, А/м полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нем и регламентируется СапПиН 2.2.4.1191—03 «Электромагнитные поля в производственных условиях».

Основные требования к обеспечению безопасности населения от электрического поля промышленной частоты, создаваемого системами передачи и распределения электроэнергии, изложены в Санитарных нормах и правилах «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты» № 2971—84. В качестве предельно допустимых уровней приняты следующие значения напряженности электрического поля:

• — внутри жилых зданий — 0,5 кВ/м;
• — на территории жилой застройки — 1 кВ/м;

в населенной местности, вне зоны жилой застройки (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа, в пределах поселковой черты этих пунктов), а также на территории огородов и садов — 5 кВ/м;

• — на участках пересечения воздушных линий (ВЛ) с автомобильными дорогами I—IV категорий — 10 кВ/м;
• — в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и частично посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья) — 15 кВ/м;
• — в труднодоступной местности (не доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения — 20 кВ/м.

Кроме электрических полей промышленной частоты, на работающих воздействуют периодические магнитные поля (МП) промышленной частоты 50 Гц, которые образуются вблизи выводов генераторов, токопроводов, силовых трансформаторов и т. д., в электроустановках, работающих на токе любого напряжения.

Согласно современным представлениям основным механизмом биологического действия МП являются вихревые токи, которые индуцируются им в теле человека. При этом реакции организма имеют неспецифический характер, проявляющийся в возникновении изменений функционального состояния нервной, сердечно-сосудистой, иммунной систем.

Интенсивность воздействия МП определяется напряженностью Я, А/м или магнитной индукцией В, Тл.

Регламентацию МП на человека, согласно СанПиН 2.2.4.1191—03 «Электромагнитные ноля в производственных условиях», производят на основании интенсивности и продолжительности воздействия. Предельно допустимые уровни МП устанавливают в зависимости от длительности пребывания персонала в зоне МП для условий общего (па все тело) и локального (на конечности) воздействия (табл. 3.11).

Таблица 3.11

Предельно допустимые уровни периодического МП.

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью МП общее время выполнения работ не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью может быть реализовано за один раз или дробно в течение рабочего дня. Требования по защите персонала от воздействия импульсных электромагнитных нолей даны в СанПиН 2.2.4.1329—03.

Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и другие электротехнические устройства), широко используемые в приборостроении и медицинской практике.

Воздействие МП на человека зависит от его напряженности и при постоянной работе в условиях превышения норматива ведет к нарушениям функции нервной, сердечно-сосудистой, кроветворной и других систем организма, а также к локальным вегетативным и трофическим нарушениям (зуд, отечность и уплотнение кожи).

В соответствии с СанПиН 2.2.4.1191—03 напряженность МП на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м. Напряженность ПМП линии электропередачи напряжением до 750 кВ обычно не превышает 20—25 А/м, что не представляет опасности для человека.

Воздействие электростатического поля (ЭСГТ) — статического электричества — на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). Электротравмы при этом исключены. Однако вследствие рефлекторной реакции на ток возможна механическая травма при ударе о рядом расположенные элементы конструкций, падении с высоты и т. д.

Исследование биологических эффектов показало, что наиболее чувствительны к электростатическому полю центральная нервная и сердечнососудистая системы и анализаторы, что выражается в раздражительности, головной боли, нарушении сна, появлении своеобразных фобий, обусловленных страхом ожидаемого разряда, и др. Уровни напряженности ЭСП нормируются по СанПиН 2.2.4.1191—03 в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах. При напряженности менее 20 кВ/м время пребывания в ЭСП не регламентируется. В диапазоне 20—60 кВ/м допустимое время пребывания ?_д011 (ч) персонала в ЭСП без средств защиты определяется как.

где ?ф_акт — фактическое значение напряженности, кВ/м, ?_пред — предельно допустимый уровень напряженности, равный 60 кВ/м при действии в течение 1 ч.

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений (ЭМИ) составляют радиоволны (3 Гц — 3000 ГГц), в зависимости от частоты которых ткани живых организмов проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводники или как диэлектрики.

Многообразный характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, наличием сопутствующих факторов (повышенная температура окружающего воздуха (свыше 28 °С), наличие рентгеновского излучения).

Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться как в форме незначительных функциональных сдвигов, так и в виде явной патологии. Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект, когда избыточная теплота воздействует прежде всего на ткани со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желз’док, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), причем это является одним из немногих специфических поражений, вызываемых ЭМИ радиочастот в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц при плотности потока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см².

Для длительного воздействия ЭМИ различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств ЦНС с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови, что выражается в головных болях, колебаниях давления, урежении пульса, изменении возбудимости анализаторов, быстром развитии утомления и возможных трофических нарушениях (выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела). В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая биологическая активность микроволнового СВЧ-поля в сравнении с ВЧ и УВЧ.

Определенное беспокойство у специачистов в области электромагнитной безопасности человека вызывают сотовые телефоны и компьютеры, а также разнообразные радиоэлектронные и электрические бытовые приборы.

В настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что ЭМИ следует рассматривать как один из факторов риска в развитии атеросклероза, гипертонии болезней сердца, депрессии, мышечной атрофии и др.

Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона для производства проводится по СанПиН 2.2.4.1191—03 «Электромагнитные поля в производственных условиях». В диапазоне частот > 10—30 кГц это осуществляется раздельно по напряженности электрического (?), В/м, и магнитного (Я), А/м, полей в зависимости от времени воздействия. ПДУ напряженности электрического и магнитного поля в производственных условиях при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м соответственно. ПДУ напряженности электрического и магнитного поля при продолжительности воздействия до двух часов за смену составляет 1000 В/м и 100 А/м соответственно.

ЭМП диапазона частот > 30 кГц — 300 ГГц нормируются по величине энергетической экспозиции (ЭЭ), напряженности электрического (Е) и магнитного (Я) полей и плотности потока энергии (ПИЭ).

Энергетическая экспозиция рассчитывается по формулам.

где Т — время воздействия за смену, ч.

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот > 300 МГц — 300 ГГц рассчитывается по формуле.

ПДУ параметров ЭМП на рабочих местах за смену представлены в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Предельно допустимые значения параметров ЭМП

Окончание табл. 3.12

* при локальном облучении кистей рук.

Для случаев облучения от устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающиеся и сканирующие антенны с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 20) и локального облучения рук предельно допустимый уровень плотности потока энергии для соответствующего времени облучения (ППЭ_Пд_У) рассчитывается по формуле

где k — коэффициент снижения биологической активности воздействий (k = = 10 — для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн; k = = 12,5 — для случаев локального облучения кистей рук (при этом уровни воздействия на другие части тела не должны превышать 10 мкВт/см²)).

Нормирование ЭМП диапазона радиочастот для селитебных территорий производится на основании Санитарно-эпидемиологические правил и нормативов СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383—03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов».

Инфракрасное излучение (ИК) — часть электромагнитного спектра с длиной волны А. = 0,78—1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект. С учетом особенностей биологического действия ИК-диапазон спектра подразделяют на три области: И К-А (0,78—1,4 мкм), ИК-В (1,4—3,0 мкм) и ИК-С (3,0—1000 мкм). Наиболее активно коротковолновое ИК-излучение, способное глубоко проникать в ткани организма и интенсивно поглощаться жидкостями тканей организма.

Наиболее поражаемые у человека органы — кожный покров (ожоги, пигментации кожи) и органы зрения (коныоктивы, помутнение и ожог тканей глаза, катаракта). ИК-излучение способно воздействовать и на обменные процессы в миокарде, водно-электролитный баланс в организме, на состояние верхних дыхательных путей (развитие хронического ларингита, ринита, синуситов); возможен также мутагенный эффект облучения.

Нормирование ИК-излучения осуществляется по интенсивности допустимых интегральных потоков излучения с учетом спектрального состава, размера облучаемой площади, защитных свойств спецодежды для продолжительности действия более 50% смены.

Видимое (световое) излучение — диапазон электромагнитных колебаний с длиной волны 0,4—0,78 мкм при достаточных уровнях энергии также может представлять опасность для кожных покровов и органа зрения, механизмов регуляции обменных процессов, сердечной мышцы с развитием дистрофии миокарда и атеросклероза.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) — спектр электромагнитных колебаний с длиной волны 0,39—0,315 мкм. По биологическому эффекту выделяют три области У ФИ: УФ-Л с длиной волны 0,39—0,315 мкм и сравнительно слабым биологическим действием; УФ-В с длиной волны 0,315—0,28 мкм, обладающим выраженным загарным и антирахитическим действием; УФ-С с длиной волны 0,28—0,2 мкм с выраженным бактерицидным действием.

Естественное У ФИ, составляющее приблизительно 5% потока солнечного излучения, — жизненно необходимый фактор, оказывающий благотворное стимулирующее действие на организм (активизирует деятельность сердца, обмен веществ, повышает активность дыхания, улучшает кроветворение) и понижающий его чувствительность к некоторым вредным воздействиям за счет интенсификации окисления и выведения вредных веществ (марганца, ртути, свинца) из организма. К сожалению, загрязнение атмосферы больших городов понижает ее прозрачность для У ФИ, ограничивая его благотворное влияние на население.

У ФИ искусственных источников (электросварочных дуг, плазмотронов) может стать причиной острых и хронических профессиональных поражений (электроофтальмия, катаракта, эритема кожи лица и век) с кумуляцией биологических эффектов при повторном воздействии.

В комбинации У ФИ с химическими веществами наблюдается явление фотосенсибилизации — повышенной чувствительности организма к свету с развитием фотот оксических и фотоаллергических реакций; возможен также канцерогенный эффект УФИ для кожи, что зависит от дозы регулярного УФ-облучения и некоторых других сопутствующих факторов (диеты, приема лекарственных препаратов, температуры кожи).

Гигиеническое нормирование УФИ в производственных помещениях осуществляется, но СН 2.2.4−13−45—2005 «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения производственных источников», устанавливающим допустимые плотности потока излучения в зависимости от длины волн при условии защиты органов зрения и кожи.

Допустимая интенсивность УФ-облучения работающих при незащищенных участках кожи не более 0,2 м² (лицо, шея, кисти рук и др.) общей продолжительностью воздействия излучения 50% рабочей смены и длительности однократного облучения свыше 5 мин и более не должна превышать 10 Вт/м² для области УФ-Л и 0,01 Вт/м² — для области УФ-В. Излучение в области УФ-С при указанной продолжительности не допускается.

При использовании специальной одежды и средств защиты лица и рук, не пропускающих излучение (кожа, ткани с пленочным покрытием и т. п.), допустимая интенсивность облучения в областях УФ-В и УФ-С не должна превышать 1 Вт/м².

Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид излучения, охватывающий по длине волны почти весь оптический диапазон электромагнитных волн — от ультрафиолетового до дальней инфракрасной области спектра. Световой пучок излучения лазера монохроматичен, когерентен и обладает высокой степени направленности, что позволяет получить большую плотность потока мощности на облучаемой поверхности (10^11_ 10¹⁴ Вт/см²), в связи с чем опасность в той или иной степени характерна как для прямого, так и отраженного и рассеянного ЛИ. Взаимодействие ЛИ с тканями в зависимости от его режима сопровождается различными эффектами (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.), зависящими от длины волны, длительности и частоты импульса, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны с преобладанием тепловых эффектов, следствием которых может стать широкий спектр последствий — от покраснения кожи до испарения биоткани.

Прямое лазерное излучение дальней инфракрасной области в импульсном режиме способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы.

Это связано с преобразованием энергии излучения в энергию механических колебаний с образованием ударной волны, вызывающей повреждения глубоких тканей (брюшной полости, внутричерепного пространства и др.).

Наибольшую опасность лазерное излучение представляет для глаза из-за способности его оптической системы увеличивать плотность энергии на глазном дне более чем в 6 • 10¹ раз, но отношению к роговице. Степень повреждения глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки до полной потери зрения.

Длительное хроническое действие диффузно отраженного лазерного излучения вызывает неспецифические, преимущественно вегетативнососудистые нарушения.

При нормировании ЛИ в соответствии с СанПиН 5804—91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» устанавливают предельно допустимые уровни ЛИ для двух условий облучения — однократного и хронического, для трех диапазонов длин волн: 180—300, 380—1400, 1400—100 000 нм. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н и облученность Е.

Ионизирующее излучение — это потоки элементарных частиц и квантов электромагнитного поля, которые при движении через вещество ионизируют его атомы и молекулы, что вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений, состоящую в нарушении биохимических процессов в организме, замедлении и прекращении роста тканей, возникновении новых химических соединений, не свойственных организму, и приводит к нарушению деятельности отдельных функций и систем организма. Следствием этого может быть целый ряд заболеваний (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Степень воздействия радиации зависит от того, является ли облучение внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма) или внешним. Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу.

Некоторые радиоактивные вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и др. накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы вызывают преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.

Специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты состоит в том, что эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от нескольких секунд до многих часов, дней, лет.

Способность вызывать отдаленные последствия: лейкозы, злокачественные новообразования, раннее старение — одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза ионизирующего излучения, единицей измерения которой в системе СИ является грей (Гр).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гаммаоблучении всего тела. При поглощенной дозе 0,25—0,5 Гр наблюдаются временные, быстро проходящие изменения в крови. В интервале дозы 0,5—1,5 Гр возникают чувство усталости и умеренные изменения в крови, при 1,5—2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, при 2,5—4,0 Гр возникает лучевая болезнь средней тяжести (тошнота, резкое снижение лейкоцитов в крови, подкожные кровоизлияния, возможен смертельный исход через 2—6 недель после облучения), при 4,0—6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50% случаев к смерти в течение первого месяца, при превышении 6,0 Гр развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100% случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Хроническая лучевая болезнь в виде изменений в крови, локальных поражений кожи, поражения хрусталика, пневмосклероза, снижения иммунореактивности организма может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже, вызывающих острую форму.

Основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни устанавливаются нормативным документом СанПиН 2.6.1.2523−09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)» для следующих категорий облучаемых лиц:

• • персонал — лица, работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• • вес население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливают три класса нормативов: основные пределы доз (ПД), допустимые уровни, соответствующие основным пределам доз, и контрольные уровни.