Охорона праці - Москальова В.М - Як екрануються джерела випромінювання?

Джерелами випромінювання електромагнітної енергії радіочастотного діапазону є різноманітні установки. Це - потужні телевізійні та радіостанції, радіолокаційні пристрої та промислові установки високочастотного нагріву і, нарешті, вимірювальні, контрольні й лабораторні прилади різного призначення та монітори. Джерелами випромінювання можуть бути також будь-які елементи високочастотного ланцюга.

Електромагнітні поля (ЕМП) можуть негативно впливати на організм людини. Первинним проявом дії електромагнітної енергії є нагрів, який може призвести до змін і навіть пошкодження тканин і органів. Нагрів особливо небезпечний для органів зі слабкою терморегуляцією й у складі яких багато води (мозок, очі, нирки, сім’яні залози). Коливання надвисоких частот викликають також помутніння кришталика ока.

ЕМП характеризується довжиною хвилі X (м), або частотою коливань /"(Гц):

де с = 3 • 108 м/с - швидкість розповсюдження радіохвиль; І - період коливань, с.

Робочі місця обслуговуючого персоналу можуть опинитись у таких зонах ЕМП: ближній, проміжній і дальній - залежно від частоти поля, параметрів випромінюючої системи та відстані від джерела випромінювання до робочого місця.

При ізотропному (всенаправленому) випромінюванні ближня зона (зона індукції) розповсюджується на відстань, м:

дальня зона (хвильова зона) починається на відстанях г^3 > Я. При направленому випромінюванні:

де d- діаметр відбивача антени, м.

Перемінне ЕМП є сукупністю двох взаємопов’язаних перемінних полів — електричного і магнітного, які характеризуються відповідними векторами напруженості Е (В/м) і И (А/м). Між ними при розповсюдженні ЕМП у повітрі у дальній зоні існує співвідношення:

де 377 - коефіцієнт пропорційності, В/А; а у середовищі, яке є електропровідним:

де со - кругова частота електромагнітних коливань (со =2 к J), рад/с; ц—магнітна проникність середовища, Гн/м; v - питома електропровідність, См/м (См = 1/Ом); к-коефіцієнт затухання (k = yjddvu 12 ); z—глибина проникнення ЕМП в екран, мм.

У ближній зоні, в якій ще не сформувалась електромагнітна хвиля, електричне і магнітне поля незалежні одне від одного. Тому згідно з "ГОСТ 12.1.006- 84, ДСанПіН 3.3.2.007 - 98 , ДНАОП 000 131 - 99" у діапазоні частот 60 кГц + 300 МГц ЕМП оцінюються напруженістю електричної і магнітної складових поля, а у діапазоні частот 300 МГц + 300 ГТц - густиною потоку енергії (ГПЕ). За електричною складовою напруженість ЕМП не повинна перевищувати 50 В/м — для частот 60 кГц + З МГц; 20 В/м - для частот 3+30 МГц; 10 В/м - для частот 30 + 50 МГц; 5 В/м - для частот 50 + 300 МГц; за магнітною складовою: 5 А/м - для частот 60 кГц + 1,5 МГц, 0,3 А/м - для частот 30 + 300 МГц.

Гранично допустимий рівень (ГДР) густини потоку енергії ЕМП (Вт/м2) у діапазоні частот 300 МГц +300 ГТц визначають за формулою:

де ЕНгдр - нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день (2 Втгод/м2);

Т — час перебування у зоні опромінення за робочу зміну, год; при цьому максимальне значення ГПЕгдр не повинне перевищувати 1 ОВт/м .

Для захисту персоналу від шкідливої дії ЕМП використовують: зменшення потужності випромінювання, екранування (джерела ЕМП чи робочого місця), віддалення робочого місця на безпечну відстань, зменшення часу перебування у небезпечній зоні, застосування засобів індивідуального захисту та інші заходи.

На стадії проектування різноманітних високочастотних установок та радіоелектронної апаратури необхідно виконувати попередній розрахунок можливої інтенсивності ЕМП на робочому місці.

Відомо, що амплітуда електричної складової поля у ближній зоні зменшується обернено пропорційно кубу відстані від джерела випромінювання, а магнітної складової-обернено пропорційно квадрату цієї відстані. У дальній зоні амплітуди обох складових спадають обернено пропорційно першому степеню відстані.

При випромінюванні напруженість електричного, В/м. і магнітного, А/м, полів на робочому місці визначають за формулами: у ближній зоні а) для провідника (антени)

де І — сила струму у провіднику (антені), А; /—довжина провідника (антени), м;

є - діелектрична проникність середовища, Ф/м (для повітря е - 1); О) - кругова частота поля у рад/с (с" ); /— частота поля, Гц;

г — відстань від джерела випромінювання, м; б) для котушки Н — Іпа 14г де п — число витків котушки, а - радіус котушки, м; у дальній зоні

При направленому випромінюванні густину потоку енергії (ГПЕ), Вт/м2, визначають за формулами (за віссю направленості): у ближній зоні

де Б- геометрична площа антени, м ;

Рс - середня потужність випромінювання, Вт (для установок, що працюють в

імпульсному режимі Рс = Ріип —, де Рып - потужність випромінювання в імпульсі

Вт; т - тривалість імпульсу, с; Г-період проходження імпульсів, с). у проміжній зоні —

де Гбл з - радіус ближньої зони; у дальній зоні —

де ga — коефіцієнт посилення антени за потужністю,

де к - коефіцієнт, що враховує конструкцію антени (к = 3+10);

5^ - ефективна площа антени, м2, 5е = ^5 (п = 0,4 + 0,7 - коефіцієнт).

Розрахунок за наведеними формулами є орієнтовним і підлягає перевірці після влаштування установки.

Як екрануються джерела випромінювання?

Основною характеристикою кожного екрана є рівень послаблення ЕМП (ефективність екранування), що являє собою відношення параметра ЕМП у даній точці за відсутності екрана (Е, Н, ГПЕ) до того ж показника у тій же точці за наявності екрана (Ее, Не, ГПЕе). Наприклад:

Конструкції і розміри екранів можуть бути різними відповідно до умов застосування. Конструкції можуть бути замкненими або незамкненими, відбивними або поглинаючими.

Для поглинаючих екранів використовують основу з каучуку, поролону, полістиролу тощо з електропровідними добавками (активоване вугілля, сажа, порошок карбонільного заліза), а також керамічно-металеві композиції.

Для відбивних екранів найкращими матеріалами є мідь, латунь, алюміній, а також сталь. Ефективність екранів залежить від частоти

ЕМП, матеріалу екрана, його розмірів і якості конструкції. Екрани можуть бути суцільними і сітчастими.

Товщина екрана а мм, виготовленого із суцільного матеріалу, яка забезпечить задане ослаблення, визначається за формулою:

де G - задане ослаблення інтенсивності поля; / - частота поля, Гц;

/і — абсолютна магнітна проникність матеріалу екрана, Гн/м (міді — 0,99999 • • 10"6, алюмінію - 1,000023- 108, сталі - 72тг • 10"6);

v - питома електрична провідність матеріалу, См/м (міді - 0,59 • 108, латуні -1,25 -108, алюмінію -0,40-108, сталі - 0,10- 108).

Ослаблення сітчастими екранами (дБ) можна визначити за формулою:

Де 8 - крок сітки, м; Гд - радіус дроту, м; Р - кут падіння хвилі на сітку.

Формула дійсна при відношеннях: б/А < 1; г</А < 0,04; г0/Ь < 0,1 і за умови, що сітка знаходиться у хвильовій зоні випромінювання.

Слід зазначити, що при частотах поля більших 100 кГц достатньою буде товщина екрана у соті долі міліметра. На практиці ж її приймають з конструктивних міркувань 0,5-И мм.

Екранування робочого місця, застосовують, якщо неможливо екранувати джерело випромінювання. Для цього споруджують невеликі кабіни чи ширми з металу з покриттям їх ззовні поглинаючими матеріалами.

Приклади розрахунків

Приклад 1. Визначити мінімальну товщину суцільного екрана із міді для високочастотної установки ізотропного випромінювання з частотою 60 кГц. Довжина провідника 4 м, сила струму 130 А. Робоче місце розташоване на відстані їм від джерела випромінювання.

Приклад 2. Визначити необхідну товщину суцільного екрана з алюмінію для робочого місця, розташованого на відстані г = 20 м від антени направленого випромінювання, радіус якої Л я 2 м. Потужність випромінювання Р = 400 Вт, частота/я 16000 МГц. Час перебування персоналу у зоні випромінювання Т=6 год. Коефіцієнт к = 8, коефіцієнт т| = 0,7.

Приклад 3. Визначити відстань, на якій не вимагатиметься екранування від випромінювача ЕМП у вигляді направленої антени, ефективна площа якої 8е = 0,8 м, потужність Рс = 1500 Вт, працює на частоті 20 ГТц. Час опромінювання прийняти Т= 24 год. Коефіцієнт к = 6.