Физические характеристики ЭМИ

К неионизирующим излучениям относят часть спектра ЭМИ, энер­гия квантов которой при взаимодействии с веществом не вызывает ионизации его атомов. В основном это излучения радиочастотно­го диапазона, для которого основное значение имеют волновые свой­ства, а квантовые эффекты менее существенны из-за ничтожно малой энергии квантов (10"l0-10"4 эВ). Процесс возникновения ЭМП - излу­чение электромагнитной энергии и ее волнообразное движение от ис­точника (антенны) в пространство со скоростью, близкой к скорости света (с = 3 х 108 м/с).

Основными параметрами ЭМП являются:

· длина волны (Я) — расстояние, на которое энергия распространя­ется за промежуток времени, равный периоду колебания, измеря­ется в метрах, кратных и дольных величинах (км, см, мм, нм);

· частота (/) — число периодов колебания за 1 с, измеряется в герцах (Гц) и кратных величинах (кГц, МГц, ГГц);

· скорость распространения энергии (с), принимается равной
300 000 км/с.

Все эти параметры взаимосвязаны соотношением:

Я = с// (1)

Классификация частот дана в соответствии с международным рег­ламентом радиосвязи, по которому спектр радиочастот разделяется на 12 диапазонов (табл. 1).

Интенсивность излучения определяют в значениях плотности пото­ка энергии (ППЭ) для диапазона частот 300 МГц-300 ГГц. Единицей измерения ППЭ являются Вт/м2 или его производные — мВт/см2, мкВт/см2. В диапазонах частот ниже 300 МГц интенсивность воздей­ствия оценивается по напряженности электрического (ЭП) и магнитно­го (МП) полей. Для электрической составляющей (Е) единицей напря­женности поля является В/м (кратная — кВ/м. дольная — мВ/м), а для магнитной составляющей (Я) — единицей измерения является А/м. Ин­тенсивность МП, кроме напряженности, характеризуется также магнит­ной индукцией (В), единица измерения — Тл (мкТл, нТл).

Генератором радиотехнического средства (РТС) создается непре­рывное излучение (синусоидальное, немодулированное) при котором Е- и Я-составляющие изменяются по гармоническому закону. Однако технологические задачи обусловливают необходимость создания мо­дулированного (с помощью модулятора) излучения, при котором ам­плитуда, частота, фаза колебаний или интервалы между импульсами меняются по другим (заданным) законам (амплитудная, частотная, импульсная, смешанная, кодовая и др. модуляции).

Импульсные излучения оценивают по средней плотности потока энергии (ППЭСр), связь которой с импульсной (пиковой) ППЭ (ППЭИМп) выражается соотношением:

ППЭИМ„= ППЭСрХ Q= ППЭсрДтх^), (2)

где Q — скважность; т— длительность импульса; F— частота следования импульсов.

Скважность отражает соотношение времени цикла излучения и длительности импульса в этом цикле и характеризует собой пиковые значения мощности в излучаемом импульсе:

Q = Т/т.

Режим генерации ЭМИ следует отличать от режима излучения, создаваемого антенными устройствами РТС. Существуют режимы:

ненаправленного излучения (вкруговую относительно излучающей антенны), при этом объект подвергается непрерывному облучению;

секторного излучения (создается в ограниченном секторе простран­ства неподвижной или сканирующей антенной);

«пространственной прерывистости» (создается вращающейся ан­тенной), при этом режиме объект подвергается периодическому об­лучению.

В гигиенической практике различают непрерывный и прерывистый режимы воздействия ЭМИ на человека. Под прерывистым понимает­ся такое облучение, при котором частота вращения или сканирования подвижных антенн не превышает 1 Гц, а скважность составляет не менее 20. Все остальные варианты рассматриваются как непрерывное воздействие. Различия в режимах облучения имеют биологическое значение и учтены в гигиенических нормативах.

На границе раздела двух сред (в т. ч. и в организме) электромагнит­ные волны претерпевают отражение или преломление, им также свой­ственны интерференция (сложение волн в пространстве) и дифракция (отклонение от прямолинейного движения). Эти процессы могут уси­лить или ослабить поле в данной точке. В электромагнитной волне, изменяющейся во времени, электрическое (Е)и магнитное (Я) поля перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения. По­ложение вектора электрической напряженности Е относительно Зем­ли определяет поляризацию волны (горизонтальную, вертикальную), что тоже имеет биологическое значение.

Область распространения электромагнитной волны делится на три зоны, которые необходимо учитывать при проведении измерений ин­тенсивности излучений:

ближняя (зона индукции);

промежуточная (зона интерференции);

дальняя(волновая зона).

В ближней зоне, на расстоянии от излучателя менее 'Д длины волны, ЭМП еще не сформировалось. Здесь ЭМП оценивается по электричес­кой Е (в В/м) и магнитной Я (в А/м) составляющим раздельно, по­скольку их соотношение трудно предсказать. В дальней зоне (рассто­яние от излучателя больше 6Х) поле сформировано, распространяет­ся в виде бегущей волны. В этой зоне энергетическим параметром ЭМИ является плотность потока энергии (ППЭ) — величина энергии, проходящая через 1 см2 поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны, за 1 с. В дальней зоне между ППЭ (мкВт/см2) и напряженностью электрической Е (В/м) и магнитной Я (А/м) со­ставляющих существуют зависимости:

ППЭ - £"2/3,77; (3)

ППЭ = 3,77 х W х Я2. (4)

Для промежуточной зоны характерно наличие как поля индукции, так и поля сформировавшейся электромагнитной волны.

Напряженность магнитного поля и магнитная индукция связаны соотношением:

Н=В//ио, (5)

тт/Jo - 4л х К)'7 = 12, 566 х 107 Гн/м* - магнитная постоянная,

при этом 1 А/м = 1,25 мкТл, 1мкТл = 0,8 А/м. Биологический эффект определяется также и глубиной проникнове­ния в ткани энергии ЭМИ. Принято считать, что глубина проникно­вения (расстояние, при прохождении которого ППЭ уменьшается в е = 2,718... раз) составляет примерно ОДА.. В микроволновой области биообъектом поглощается 40-50 % падающей энергии, при этом име­ет место из-за неоднородности среды неравномерное поглощение и селективный нагрев биологических структур. На других частотах (кроме резонансных) поглощение снижается. С глубиной проникнове­ния в ткани изменяется в сторону уменьшения и длина волны ЭМИ.

Дата добавления: 2015-10-02