«Воздействие на человека электромагнитных полей»

Существование человека в любой среде связано с воздействием на него и среду обитания электро­магнитных полей. В случаях неподвижных элект­рических зарядов мы имеем дело с электростати­ческими полями. При трении диэлектриков на их поверхности появляются избыточные заряды, на сухих руках накапливаются электрические заря­ды, создающие потенциал до 500 вольт. Земной шар заряжен отрицательно так, что между повер­хностью Земли и верхними слоями атмосферы раз­ность потенциалов составляет 400 000 вольт. Это электростатическое поле создает между двумя уровнями, отстоящими на рост человека разность потенциалов, порядка 200 вольт, однако человек этого не ощущает, так как хорошо проводит элект­рический ток и все точки его тела находятся под одним потенциалом [1, с.191]. 

При своем движении облака заряжаются в ре­зультате трения. Разные части грозового облака не­сут заряды различных знаков. Чаще всего нижняя часть облака заряжена отрицательно, в верхняя – положительно. Если облака сближаются разно­именно заряженными частями, между ними про­скакивает молния – электрический разряд. Про­ходя над Землей, грозовое облако создает на ее по­верхности большие наведенные заряды. Разность потенциалов между облаком и Землей достигает ог­ромных значений, измеряемых сотнями миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле. При благоприятных условиях возникает про­бой. Молния иногда поражает людей и вызывает пожары. 

Заряды имеют свойство в большей степени накап­ливаться на остриях или телах, близких по форме остриям. Вблизи этих острий создаются высокие электрические поля. По этой причине молнии по­падают в высокие отдельно стоящие объекты (баш­ни, деревья и т. п.) и по этой причине человеку опас­но находиться на открытом пространстве во время грозы или вблизи отдельных деревьев, металличес­ких предметов. Молнии являются также причиной около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи. Для защиты зданий и различных сооружений от статического атмосферного электри­чества применяются молниеотводы. Это высокий металлический стержень с концом заостренным или в виде метелки тонких металлических прутьев. Стержень должен проходить вдоль стены здания и внизу к нему припаивается медная пластина, кото­рая закапывается в землю. Если на здании грозовым облаком наводится заряд, он стекает через острие молниеотвода (за счет ионизации воздуха в элект­рическом поле у острия), уменьшая опасность по­падания молнии. Если же разряд произойдет, то молния попадет в молниеотвод и уйдет в Землю, не повредив здание.

Наряду с естественными статическими электри­ческими полями в условиях техносферы и в быту человек подвергается воздействию искусственных статических электрических полей.

Искусственные статические электрические поля обусловлены возрастающим применением для изго­товления предметов домашнего обихода, игрушек, обуви, одежды, для отделки интерьеров жилых и общественных зданий, для изготовления строитель­ных деталей, производственного оборудования ап­паратуры, инструментов, деталей машин различ­ных синтетических полимерных материалов, явля­ющихся диэлектриками.

При трении диэлектриков, в результате разделе­ния зарядов, на их поверхности могут появляться значительные нескомпенсированные положитель­ные или отрицательные заряды. Величина заряда определяется видом диэлектрика. Особенно сильно, например, электризуется полиэтилен.

Электрические поля от избыточных зарядов на предметах, одежде, теле человека оказывают боль­шую нагрузку на нервную систему человека. Иссле­дования показывают, что наиболее чувствительны к электростатическим полям центральная нервная система и сердечно-сосудистая система организма. Установлено также благотворное влияние на само­чувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).

При функциональных заболеваниях нервной си­стемы применяют лечение постоянным электричес­ким полем. Под действием внешнего строго дозиро­ванного электрического поля происходит перерас­тание зарядов в тканях организма, что улучшает окислительно-восстановительные процессы, лучше используется кислород, заживают раны.

Постоянные магнитные поля в обычных услови­ях не представляют опасности и находят примене­ние в различных приборах магнитотерапии.

Линии электропередачи, электрооборудование, различные электроприборы, как уже было отмечено, – все технические си­стемы, генерирующие, передающие и использую­щие электромагнитную энергию, создают в окружа­ющей среде электромагнитные поля (переменные электрические и неразрывно связанные с ними пе­ременные магнитные поля).

Действие на организм человека электромагнит­ных полей определяется частотой излучения, его интенсивностью, продолжительностью и характе­ром действия, индивидуальными особенностями организма. Спектр электромагнитных полей вклю­чает низкие частоты до 3 Гц, промышленные часто­ты от 3 до 300 Гц, радиочастоты от 30 Гц до 300 МГц, а также относящиеся к радиочастотам ультравысо­кие (УВЧ) частоты от 30 до 300 МГц и сверхвысо­кие (СВЧ) частоты от 300 МГц до 300 ГГц [2, с.174].

Электромагнитное излучение радиочастот широ­ко используется в связи, телерадиовещании, в ме­дицине, радиолокации, радионавигации и др.

Электромагнитные поля оказывают на организм человека тепловое и биологическое воздействие. Переменное электрическое поле вызывает нагрев диэлектриков (хрящей, сухожилий и др.) за счет токов проводимости и за счет переменной поляри­зации. Выделение теплоты может приводить к пе­регреванию, особенно тех тканей и органов, кото­рые недостаточно хорошо снабжены кровеносны­ми сосудами (хрусталик глаза, желчный пузырь, мочевой пузырь). Наиболее чувствительны к био­логическому воздействию радиоволн центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. При дли­тельном действии радиоволн не слишком большой интенсивности (порядка 10 Вт/м²) появляются го­ловные боли, быстрая утомляемость, изменение дав­ления и пульса, нервно-психические расстройства. Может наблюдаться похудение, выпадение волос, изменение в составе крови.

Воздействие СВЧ-излучения интенсивностью бо­лее 100 Вт/м² мол-сет привести к помутнению хрус­талика глаза и потере зрения, тот же результат мо­жет дать длительное облучение умеренной интен­сивности (порядка 10 Вт/ м²), при этом возможны нарушения со стороны эндокринной системы, изме­нения углеводного и жирового обмена, сопровожда­ющиеся похудением, повышение возбудимости, из­менение ритма сердечной деятельности, изменения в крови (уменьшение количества лейкоцитов).

Действию электромагнитных полей промышлен­ной частоты человек подвергается в производствен­ной, городской и бытовой зонах. Санитарными нор­мами установлены предельно допустимые уровни напряженности электрического поля внутри жилых зданий, на территории жилой зоны. Люди, страда­ющие от нарушений сна и головных болей, должны перед сном убирать или отключать от сети электри­ческие приборы, генерирующие электромагнитные поля.

Воздействие электромагнитных полей может быть изолированным – от одного источника, сочетанным – от двух и более источников одного час­тотного диапазона, смешанным – от двух и более источников электромагнитных полей различных частотных диапазонов, и комбинированным – в случае одновременного действия какого-либо дру­гого неблагоприятного фактора [6, с.195-196].

Воздействие может быть постоянным или преры­вистым, общим (облучается все тело) или местным (часть тела). В зависимости от места нахождения человека относительно источника излучения он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне – воздей­ствию сформированной электромагнитной волны. Контроль уровней электрического поля осуществля­ется по значению напряженности электрического поля, выраженной в В/м. Контроль уровней магнит­ного поля осуществляется по значению напряжен­ности магнитного поля, выраженной в А/м.

Энергетическим показателем для волновой зоны излучения является плотность потока энергии, или интенсивность, – энергия, проходящая через еди­ницу поверхности, перпендикулярной к направле­нию распространения электромагнитной волны за одну секунду. Измеряется в Вт/м². Нормирование уровней в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84.

Длительное действие электрических полей может вызывать головную боль в височной и затылочной области, ощущение вялости, расстройство сна, ухуд­шение памяти, депрессию, апатию, раздражитель­ность, боли в области сердца. Для персонала огра­ничивается время пребывания в электрическом поле в зависимости от напряженности поля (180 ми­нут в сутки при напряженности 10 кВ/м, 10 минут в сутки при напряженности 20 кВ/м),

Электромагнитные волны в диапазоне от 400 до 760 нм называются световыми. Они действуют не­посредственно на человеческий глаз, производя специфическое раздражение его сетчаткой оболочки, ведущее к световому восприятию. Тесно примыка­ют к видимому спектру электромагнитные волны с длиной волны менее 400 им – ультрафиолетовое излучение, и с длиной волны более 800 нм – инф­ракрасное излучение. Вес эти виды излучения не имеют принципиального различия по своим физи­ческим свойствам и относятся к оптическому диа­пазону электромагнитных волн. Человеческий орга­низм приспособился к восприятию естественного светового излучения и выработал средства защиты при превышении интенсивности излучения допус­тимого уровня: сужение зрачка, уменьшение чув­ствительности за счет перестройки восприятия.

Современные технические средства позволяют усиливать оптическое излучение, уровень которо­го может значительно превышать адаптационные возможности человека. С 60-х годов прошлого века в нашу жизнь вошли оптические квантовые генераторы, или ла­зеры.

Лазер – устройство, генерирующее направлен­ный пучок электромагнитного излучения оптичес­кого диапазона. Широкое применение лазеров обусловлено возможностью получить большую мощность, монохроматичностью излучения, малой расходимостью луча (при освещении лазером с зем­ли спутника на высоте 1000 км образуется пятно света диаметром всего 1,2 м). Лазеры применяются в системах связи, навигации, в технологии обработ­ки материалов, в медицине, в контрольно-измери­тельной технике, в военной технике и многих дру­гих областях. В зависимости от используемого активного элемента лазеры оптического диапазона ге­нерируют излучение от ультрафиолетовой до даль­ней инфракрасной области. Так, азотный лазер ге­нерирует излучение в ультрафиолетовой области, аргоновый – в синезеленой области спектра, руби­новый – в красной, лазер на двуокиси углерода – в инфракрасной области.

По режиму работу лазеры делятся на импульсные и непрерывного действия. Лазеры могут быть малой и средней мощности, мощные и сверхмощные. Боль­шую мощность легче получить в импульсном режи­ме. Для обработки материалов в технологических установках в импульсе длительностью порядка мил­лисекунд излучается энергия от единиц до десятков джоулей. За счет фокусировки достигается высокая плотность энергии и возможность точной обработ­ки материалов (резка, прошивка отверстий, сварка, термообработка).

Под действием лазерного излучения происхо­дит быстрый нагрев, плавление и вскипание жид­ких сред, что особенно опасно для биологических тканей. Особенно уязвимы глаза и кожа. Непре­рывное лазерное излучение оказывает в основном тепловое действие, приводящее к свертыванию белка и испарению тканевой жидкости. В импуль­сном режиме возникает ударная волна, импульс сжатия вызывает повреждение глубоко лежащих органов, сопровождающееся кровоизлияниями. Лазерное излучение оказывает воздействие на био­химические процессы. В зависимости от энергети­ческой плотности облучения может быть времен­ное ослепление или термический ожог сетчатки глаз, в инфракрасном диапазоне – помутнение хрус­талика.

Повреждение кожи лазерным излучением имеет характер термического ожога с четкими границами, окруженными небольшой зоной покраснения. Мо­гут проявиться вторичные эффекты – реакция на облучение: сердечно-сосудистые расстройства и рас­стройства центральной нервной системы, измене­ния в составе крови и обмене веществ.

Предельно допустимые уровни интенсивности лазерного облучения зависят от характеристик из­лучения (длины волны, длительности и частоты импульсов, длительности воздействия) и устанавли­ваются таким образом, чтобы исключить возникно­вение биологических эффектов для всего спектраль­ного диапазона и вторичных эффектов для видимой области длин волн.

Эксплуатация лазеров должна осуществляться в отдельных помещениях, снабженных вентиляцией, удаляющей вредные газы и пары с рабочего места. Ограждения и экраны должны предохранять окру­жающих от прямых и отраженных лазерных лучей.

Ультрафиолетовое излучение не воспринимает­ся органом зрения. Жесткие ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 290 нм задерживаются слоем озона в атмосфере. Лучи с длиной волны бо­лее 290 нм, вплоть до видимой области, сильно по­глощаются внутри глаза, особенно в хрусталике, и лишь ничтожная доля их доходит до сетчатки. Уль­трафиолетовое излучение поглощается кожей, вы­зывая покраснение (эритему) и активизируя обмен­ные процессы и тканевое дыхание. Под действием ультрафиолетового излучения в коже образуется ме­ланин, воспринимающийся как загар и защищаю­щий организм от избыточного проникновения уль­трафиолетовых лучей.

Ультрафиолетовое излучение может привести к свертыванию (коагуляции) белков и на этом осно­вано его бактерицидное действие. Профилактичес­кое облучение помещений и людей строго дозиро­ванными лучами снижает вероятность инфицирования. Недостаток ультрафиолета неблагоприятно отражается на здоровье, особенно в детском возрасте. От недостатка солнечного облучения у детей раз­вивается рахит, у шахтеров появляются жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, плохой сон, отсутствие аппетита. Это связано с тем, что под влиянием ультрафиолетовых лучей в коже из про­витамина образуется витамин Д, регулирующий фосфорно-кальциевый обмен. Отсутствие витамина Д приводит к нарушению обмена веществ. В таких случаях (например, во время полярной ночи на крайнем Севере) применяется искусственное облу­чение ультрафиолетом как в лечебных целях, так и для общего закаливания организма.

Избыточное ультрафиолетовое облучение во вре­мя высокой солнечной активности вызывает воспа­лительную реакцию кожи, сопровождающуюся зу­дом, отечностью, иногда образованием пузырей и рядом изменений в коже и в более глубоко располо­женных органах.

Длительное действие ультрафиолетовых лучей ускоряет старение кожи, создает условия для зло­качественного перерождения клеток.

Ультрафиолетовое излучение от мощных искус­ственных источников (святящаяся плазма свароч­ной дуги, дуговой лампы, дугового разряда корот­кого замыкания и т.п.) вызывает острые пораже­ния глаз – электроофтальмию. Через несколько часов после воздействия появляется слезотечение, спазм век, резь и боль в глазах, покраснение и вос­паление кожи и слизистой оболочки век. Подобное явление наблюдается также в снежных горах из-за высокого содержания ультрафиолета в солнечном свете.

В производственных условиях устанавливаются санитарные нормы интенсивности ультрафиолето­вого облучения, обязательным является примене­ние защитных средств (очки, маски, экраны) при ра­боте с ультрафиолетом.

Инфракрасное излучение производит тепловое действие.

Инфракрасные лучи довольно глубоко (до 4 см) проникают в ткани организма, повышают темпера­туру облучаемого участка кожи, а при интенсивном облучении всего тела повышают общую температу­ру тела и вызывают резкое покраснение кожных по­кровов. Чрезмерное воздействие инфракрасных лу­чей (вблизи от мощных источников тепла, в период высокой солнечной активности) при повышенной влажности может вызвать нарушение терморегуля­ции – острое перегревание, или тепловой удар.