Экология
региональное природопользование

Безопасность

Нормирование и защита от неионизирующих ЭМИ различных спектральных диапазонов

Image SampleОптический диапазон.
Количественной характеристикой ЭМИ различной природы является плотность потока мощности излучения (Вт/м2, мВт/см2 мкВт/см2). Реакция облучения биообъекта определяется удельной поглощательной мощностью в единице объема или массы объекта и выражается в Вт/м3 или Вт/кг. Дозу поглощения во всех случаях выражают через энергию, которая поглощается единицей массы объекта (Дж/кг).

Останавливаясь подробнее на радиационном воздействии на составляющие биосферы, следует отметить, что все они подвержены этому воздействию в малых дозах практически всегда. Увеличение дозы облучения, как правило, приводит к отрицательным явлениям. Хорошо известно, что наблюдаемое уменьшение толщины озонового слоя в некоторых областях атмосферы и связанное с ним значительное усиление интенсивности и жесткости проникающего ЭМИ, усугубляют его отрицательное биологическое действие. Вопросы дозиметрии биологически активного низкоэнергетического ЭМИ в настоящее время разработаны значительно меньше, чем жесткого ионизирующего излучения. Однако актуальность дозиметрии низкоэнергетического ионизирующего излучения нисколько не меньше, поэтому этот вопрос следует рассмотреть более подробно.

По заказу АН и Минздрава России А.Н. Павловым, В.Б, Седовым и В.А. Курбатовым разработан дозиметрический материм> способный контролировать уровень воздействия низкоэнергетического ионизирующего ЭМИ на человеческий организм на протяжении длительного времени, аддитивно накапливая получаемую дозу. Материал может использоваться в радиологии, физиотерап а также в качестве защитных и блокирующих устройств злектроного и оптического оборудования, работающего в условиях радиации в наземных и космических условиях.

Перспективной, экологически важной областью применения полученого материала, является начатое в настоящее время определение со^ерясания озона в атмосфере по измерениям прямой солнечной ^адиации в УФобласти, а также использование спектральных Р Ценностей уходящего коротковолнового излучения, обусловленного существованием полос поглощения у ряда загрязняющих компонент (SO2, NO2).

Наиболее подходящим дозиметрическим материалом для уфИ зоны «В» из класса ЩГК являются монокристаллы KI, выращенные из сырья марки ХЧ методом Киропулоса в воздушной атмосфере, в которых край фундаментального поглощения. В результате «очувствления» край поглощения сдвинулся от 5,2 до 4,2 эВ, то есть перекрывает диапазон 280—320 нм. Работа дозиметра основана на накоплении получаемой дозы УФизлучения зоны «В» и постепенном окрашивании шести рабочих зон облучаемого кристалла, являющегося основным компонентом активного элемента дозиметра. При этом окраска рабочих полей дозиметра соответствует полученной дозе облучения. Работа одного элемента определяется солнечной активностью и может колебаться от нескольких дней до нескольких недель.

Внезапная быстрая реакция всех полей дозиметра на действие естественной солнечной радиации свидетельствует о чрезвычайной ситуации — появлении озонной дыры или ионизирующей составляющей, что может привести к нарушению нормального деления клеток.

Отсутствие (или слабая) реакции дозиметра на действие солнечной радиации свидетельствует о преимущественном присутствии в спектре УФИ зоны «А» (320—400 нм), которая в сочетании с длинноволновой составляющей солнечного излучения благотворно влияет на здоровье человека. При этом обеспечиваются:
1) повышение иммунологической резистивности организма к соматическим и инфекционным заболеваниям;
2) нормализация артериального давления;
3) уменьшение содержания сахара в крови;
4) повышение функции щитовидной железы и надпочечников;
5) усиление обменных процессов за счет утилизации кислорода тканями (в том числе: улучшается сократительная функция миокарда и функции дыхания, снижается уровень холестерина в крови, повышается тонус центральной нервной системы и половой потенции, улучшается работоспособность и успеваемость);
6) нормализация работы зрительного аппарата.
Оценим допустимое время облучения человека в зависимости »т уровня УФрадиации зоны «В».

Отдельной очень важной дозиметрической проблемой является возможность раздельной и совместной многоцикловой регистрации доз УФИ и сопутствующих ионизирующих излучений.

Дозиметрическая расшифровка сложного ионизирующего излучения являлась одной из нерешенных задач регистрации радиационной информации. Для решения этой задачи нами использовались активированные щелочногалоидные кристаллы (ЩГК). Предложенная комбинация «очувствленных» и «неочувствленных» кристаллов NaCl, KI и LiF, испытанная в условиях орбитальной космической станции «Мир», позволяла делать дифференцированную и смешанную оценки доз ультрафиолетового, рентгеновского и гаммаизлучений за счет одновременной работы 15 различно подготовленных ЩГК, размещенных в одной кассете и работающих одновременно. Кассета работает в режиме пассивного аддитивного накапливания дозы соответствующего излучения на конкретном кристалле. Оценка дозы проводилась после облучения по спектрам поглощения путем спектральной расшифровки с учетом одновременного влияния различных видов излучений на кинетику образования центров окраски.

Спектральная чувствительность каждого кристалла определялась способом подготовки и типом кристалла. Расшифровка конкретной радиационной информации осуществлялась исходя данных компьютерной обработки спектров поглощения кртал лов (диапазон чувствительности кристаллов от 3 эВ до 5 МэВ).

Рассмотрим возможность раздельной и совместной регистрации
одним кристаллом накопленных доз гамма и ультрафиолетового излучений.
В качестве многоциклового регистратора ионизирующего излучения использовался активизированный кристалл KI, выращенный на воздухе методом Киропулоса из сырья «ЧДА», легированного ( 0,05 мас.%) СО2+, ОН", N0^. Интегральным источником ультрафиолетового излучения (УФИ) служила лампа ПРК2, источником уизлучения — Со60 с энергией квантов 1 МэВ.

«Очувствленный» в парах Na кристалл KI характеризовался стабильным разделением зарядов; электроны преимущественно захвачены примесными ловушками, а анионные вакансии в составе возбужденной шоттковской пары расположены вблизи этих ловушек. Время жизни центров, создаваемых УФИ или уизлучением, у них составляет минуты. Стабильность УФ и учувствительности, присущая «очувствленным» кристаллам, показывает возможность их использования в качестве активных дозиметрических материалов на принципах, отличных от традиционных. В данном случае оценка дозы может производиться на основе установленных закономерностей концентрационных зависимостей центров от энергии излучения на единицу массы материала.

Экспонирование «очувствленных» кристаллов при комнатной температуре нефильтрованным УФИ (источник — ПРК2) в течение 20 с в максимуме /полосы поглощения дает оптическую плотность ~ 2. При этом порог чувствительности УФИ составляет 10 Вт/м2. Отсечение жесткой составляющей УФИ (экспонирование через тонкое стекло толщиной 0,3 мм) показало, что чувствительность сохраняется до X = 360—370 нм, то есть облучение кристалла через соответствующий светофильтр позволяет выделИть любую биологически активную зону УФИ («А», «В», «С»).

Длительное сохранение центров (до трех месяцев) обязано электростатической экранировке /центров структурными дефектами, в первую очередь диполями Пр2+Vc, образующимися при перестройке ЦЭЧ ПРЛ в результате действия актиничного излучения. Здесь Прл+ примесная ловушка электронов; возбужденная шоттковская пара. Влияние контролируемых примесей, обладающих большим сродством к электрону, отражено в численном значении и количестве электронов.

Процесс накопления /центров идет в две стадии и может быть представлен суммой двух экспонент. Начальная стадия монотонного увеличения скорости и концентрации центров (до дозы 10 Гр) представляет наибольший практический интерес при дозиметрировании малых доз, необходимых для лечебных мероприятий. Эта стадия характеризует преимущественную работу ЦЭЧ, созданных «очувствлением».

Последующая стадия в основном ответственна за непосредственную ионизацию примесей и матричных ионов, приводящую к созданию центров по механизму уоблучения «неочувствленых» кристаллов. Однако в нашем случае создаются стабильные центры за счет указанной выше экранировки, являющейся следствием «очувствления». Предварительное УФоблучение в течение Ю приводит к уменьшению скорости второй стадии совместного действия УФИ и уоблучения, которая становится такой же, как и у необлученного УФИ кристалла. Цикличность работы одного кристалла, облученного в режиме зависимости, после термического обесцвечивания (выдержка 2 мин при 150 °С) изменяется по сравнению с режимами до трех циклов, что можно объяснить уменьшающейся эффективностью ЦЭЧ, отработанных при более длительном действии УФИ совместно с малыми дозами уизлучения (до 10 Гр).

Итогом проведенных исследований следует считать: механизмы действия УФИ и уоблучения в светочувствительных активированных кристаллах KI идентичны, причем имеется пороговое значение УФстимуляции (10 с), обусловливающее прекращение увеличения учувствительности при дозах более 10 Гр и сокращающее на порядок общую цикличность работы одного кристалла в режиме: облучение — термическое обесцвечивание.

Радиодиапазон.
Обычно при контроле уровней ЭМИ радиочастот измеряются напряженность и плотность потока энергии. Измерения проводятся при наибольшей используемой мощности источника в каждом режиме его работы, вращающиеся и сканирующие антенны должны быть остановлены. Напряженность электрического и магнитного полей измеряется приборами типа ИЭМП, снабженными соответствующими калиброванными дипольными или рамочными антеннами. Значение плотности потока энергии в местах возможного нахождения людей измеряют термисторными измерителями мощности. Измерения проводят на трех уровнях от поверхности пола (земли) — 0,5; 1; 1,7 м (уровень колен, груди и головы соответственно), не менее трех раз в каждой точке. При измерениях пользуются сменными антеннами, соответствующими опредеЛеНным диапазонам частот, которые направляют на источник излучения так, чтобы получить максимальное показание прибора.

Имеющаяся система взглядов о характере взаимодействия низкоинтенсивного СВЧизлучения с биологическими объектами только начинает формироваться, она не является бесспорной, но безусловно важна для понимания и управления процессами жизнеобеспечения.

Особое значение имеет безопасность жизнедеятельности профессионалов, работающих с СВЧизлучением. В этой связи в России предусмотрены следующие обоснованные с точки зрения медицины уровни непрерывного СВЧ-облучения:
• в течение 8 ч — 10 мкВт/см2;
• до 2 ч/сут — 100 мкВт/см2;
• до 20 мин/сут— 1000 мкВт/см2.

В случае непрерывного облучения от вращающихся и сканирующих антенн предельно допустимый уровень (ПДУ) составляет 100 мкВт/см2 при действии в течение восьми часов и 1000 мкВт/см2 при облучении до 2 ч/сут. Уровни излучений на предприятиях связи регламентируются ГОСТ 12.1.006—76.

Настройка, регулировка и профилактические работы излучающего оборудования всегда должны проводиться на пониженной ,ощности, при этом оборудование будет давать только часть про6ктной мощности. Одновременно необходимо предусматривать дистанционное управление с использованием заземленных поглощающих и отражающих экранов в виде листов или мелкоячеистой сетки. Материал экранов должен обладать высокой электропроводностью). При необходимости визуального контроля за работой излучающего оборудования можно использовать смотровые окна из стекла, покрытого двуокисью олова, обладающего экранирующим действием. Толщину экрана выбирают исходя из конструктивных соображений, учитывая, что глубина проникновения высоких и сверхвысоких частот в экран обычно не превышает миллиметра.

Среди технических мер защиты от воздействия радиоизлучений широко распространен метод защиты расстоянием, основанный на том, что плотность потока мощности (W) обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Регулярный контроль допустимых уровней ЭМИ осуществляется специальными приборами по методике Минздрава России. Внеплановый контроль обязателен при любых изменениях режимов работы излучающего оборудования, особенно при подключении новых излучающих элементов.

Рассмотрим последние данные по дозиметрии ЭМИрадиоДиапазона, основанной на эффекте квазиметаллической проводимости в ионном кристалле.
Хорошо известен механизм экранирования электромагнитных Излучений (ЭМИ) средами с повышенной электронной проводимостью за счет возникновения вихревых токов, создающих против поля. Этот принцип можно реализовать в диэлектрических матрицах, обработав их специальным образом.

Классический диэлектрик практически прозрачен для ЭМИ-радиодиапазона. Типичным представителем такого материала является ЩГК. Из всех легкодоступных ЩГК (сырье, методика выращивания и т. д.) наиболее целесообразно в качестве исходной М использовать монокристалл йодистого калия (KI), обладающий максимальной электронной поляризуемостью из всех ЩГК. В переменных электромагнитных полях (ЭМП) радиочастотного диапазона положительные и отрицательные ионы ЩГК смещаются друг относительно друга в противоположных направлениях, то есть возникает поляризация ионных смещений. Ее величина для KI того же порядка, что и поляризация, вызванная смещением электронов в ионах. Если частота изменения внешнего поля меньше частоты собственных колебаний ионов (1012—1013 Гц), то эффективность процессов поляризации при существенном отличии частот (несколько порядков) не будет зависеть от частоты, но по мере увеличения частоты ЭМП наступает момент, когда частота поляризации будет близка к частоте изменения поля. Это, в частности, должно быть особенно заметно в СВЧ-диапазоне.

Поскольку в матрице кристалла KI всегда присутствует кристаллизационная вода, а частота релаксации молекул воды при 37 °С, то при воздействии внешнего ЭМИ СВЧдиапазона поляризуемость кристалла KI будет существенно увеличена за счет суперпозиции двух поляризаций, вызванных наличием молекул Н2О и собственной поляризации кристалла KI.

Можно считать, что в диапазоне СВЧизлучения диэлектрическая проницаемость кристалла, обусловленная электронной и ионной поляризацией, слабо зависит от частоты, то есть время установления поляризации в KI меньше периода электромагнитных колебаний, и эта поляризация успевает полностью установиться.

При этом электронная проводимость кристалла практически отсутствует. Однако, взяв диэлектрическую матрицу кристалл KI за основу, можно путем «очувствления» существенно повысить электронную составляющую проводимости. Это «очувствление» создается в результате специальной термообработки и образования в матрице ЩГК избытка иновалентных примесей анионных вакансий продуктов диссоциации кристаллизационной воды.

В итоге образуются локальные структурные включения (ЛСВ) в матрице ЩГК, окруженные слабосвязанными электронами, введенными в процессе «очувствления», то есть фактически в диэлектрической матрице создается квазиметаллическая проводимость.

Таким образом можно получить кристалл, способный выполнять роль эффективного дозиметрического материала для ЭМИ' радиодиапазона. Оценивая диэлектрическую проницаемость на соответствующей частоте, можно судить о частотном характере и величине проходящего ЭМИ через «очувствленную» кристаллическую пластинку KI.

Эта идея была проверена компенсационным методом на «очувствленном» кристалле KI (10 х 10 х 2 мм3) с использованием измерителя плотности потока мощности СВЧизлучения Я2М66 и генератора сантиметровых волн Г481.
Частота сигнала 5 • 1010 Гц, плотность потока мощности 100 мкВт/см2. На основании адекватного контроля с классическими электромагнитными экранами установлено:
1) полное отсутствие выходного сигнала при использовании экрана из металлической фольги;
2) ослабление выходного сигнала на 5 % при использовании «неочувствленного» кристалла KI;
3) уменьшение выходного сигнала на 60 % при использовании «очувствленного» кристалла KI той же геометрии, что и во втором случае.

Из изложенного выше следует, что «очувствленные» кристаллы KI могут использоваться для дозиметрии ЭМИ радиодиапазона (Ю3—Ю11 Гц) в экологии, радиотехнике, медицине, военной промышленности при оценке доз, получаемых биообъектами, под Воздействием естественных или искусственных источников ЭМИ.

В заключение параграфа отметим, что колоссальное число искусственных источников ЭМП различных частотных диапазонов не позволяет сделать обоснованную систематизацию их влияния на жизнедеятельность биообъектов. В настоящее время появилось много публикаций (не всегда оправданных) о вреде тех или бытовых источников ЭМП (СВЧпечи, сотовые телефоны, торы ПК и т. д.).

Понимание истинного вреда может быть только при знании конкретных биологических реакций, их адекватности, инертности, невосприятия и т. д. — все это является задачей электромагнитной безопасности, решение которой для ряда ЭМП дается ниже.

Необходимо четко уяснить, что в цивилизованном обществе во всех случаях продажа и эксплуатация любой электробытовой техники разрешена только при условии сертификации продукции с учетом норм предельно допустимых уровней облучения (ПДУ). Нарушение этих правил предусматривает уголовную ответственность. Что касается концентрированных источников ЭМП (ЛЭП, радиостанций), то в этом случае обязательно законодательно предусматривается создание санитарнозащитных зон.

Следует учитывать, что при разработке норм ПДУ до настоящего времени не разработано четкого критерия. Единственно, что общепринято,— это загрубление норм, что ограничивает возможности изготовления и реализации разработанного электроустройства.

<Основы безопасности при работе на компьютере
Жизнедеятельность с позиций биофизики
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru