Электромагнитные поля высокочастотных и сверхвысокочастотных диапазонов

Диапазон частот от десятков до сотен килогерц используется в радиотехнике. Так, для связи с подводными лодками в Австралии была построена радиостанция, принадлежащая США, работающая на частотах, которые составляют десятки килогерц. При этом из­лучающая мощность станции составляет несколько сотен кило­ватт. Вблизи антенны (на границе волновой зоны) напряженно­сти составляют доли ампера на метр и киловольт на метр. На тер­ритории самой антенны эти цифры увеличиваются на порядок.

На частотах, соответствующих длинам волн от десятков метров до долей метра, осуществляются различные виды передачи ин­формации с помощью радио, телевидения, радиотелефонной связи.

Этот же диапазон используется в различных приборах и установ­ках, имеющих самое разнообразное предназначение. Так, диапа­зон волн порядка десятков метров (20…60 МГц) применяется в технологии обработки различных пластмасс для нагрева, сварки и т.д. Измерения показывают возможность существования полей вблизи таких установок с напряженностью порядка долей кило­вольт на метр.

Сверхвысокочастотный диапазон используется не только в тех­нике связи, но и для различных технологических приложений.

Генераторы СВЧ нашли широкое применение в электронной про­мышленности, радиолокации, ядерной физике и т.д. Бытовые СВЧ печи, переносные радиотелефоны являются в настоящее время широко применяемыми бытовыми приборами.

Поскольку биологическое действие ЭМП СВЧ диапазона но­сит ярко выраженный тепловой характер, то принято для описа­ния этого диапазона использовать такую величину, как плотность энергии на единицу площади, мВт/см2. Значения этого параметра вблизи от установок СВЧ могут изменяться в широких пределах, что зависит от их мощности, а также от конструктивного испол­нения.

Персональные компьютеры являются источником электромаг­нитных излучений в широком диапазоне частот. Не вызывает со­мнений, что персональные компьютеры только начали свое рас­пространение и в недалеком будущем их число многократно уве­личится. Вблизи персональных компьютеров ЭМП нормируется в диапазоне до 400 кГц.

Мощные ЭМП могут генерироваться передающими радиоло­кационными станциями (PJIC). Они работают на частотах от 0,5 до 15 ГГц.

Приведенное краткое перечисление источников ЭМП радио­частотного диапазона содержит десятки разнообразных по своим техническим характеристикам объектов. В любой части радиоча­стотного спектра можно указать источники очень мощных излуче­ний, подвергаться которым опасно для здоровья.

Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологи­ческими объектами осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, значение и распределение которых в теле человека и животных зависят от ряда параметров, таких как размер, форма, анатомическое строение тела, электрические и магнитные свойства тканей (электрическая и магнитная прони­цаемость и электрическая и магнитная проводимость), ориента­ция объекта относительно поляризации тела, а также от характе­ристик ЭМП (частота, интенсивность, модуляция и др.). Погло­щение энергии ЭМП в тканях определяется, главным образом, двумя процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных моментов с частотой воздействующего поля. Первый эффект приводит к возникновению токов проводимости и поте­рям энергии, связанным с электрическим сопротивлением среды (потери ионной проводимости), тогда как второй — к потерям энергии за счет трения дипольных молекул в вязкой среде (диэ­лектрические потери).

На низких частотах основной вклад в поглощение энергии элек­тромагнитного излучения (ЭМИ) вносят потери, связанные с ионной проводимостью. Ионная проводимость возрастает с уве­личением частоты поля до 106… 107 Гц в связи с уменьшением емкостного сопротивления мембран и со все большим участием внутриклеточной среды в общей проводимости, что ведет к уве­личению поглощения энергии. При дальнейшем увеличении ча­стоты ионная проводимость среды остается практически постоян­ной, а поглощение энергии продолжает расти за счет потерь на вращение дипольных молекул среды, главным образом молекул воды и белков.

Поглощение и распределение поглощенной энергии внутри тела существенно зависят также от формы и размеров облучаемого объекта, от соотношения этих размеров с длиной волны излуче­ния. С этих позиций в спектре ЭМИ радиочастот (РЧ) выделяют три области: ЭМИ с частотой до 30 МГц; ЭМИ с частотой выше 10 ГГц; ЭМИ с частотами выше 30 МГц до 10 ГГц. Для первой области характерно быстрое падение поглощения с уменьшением частоты (приблизительно пропорционально квадрату частоты). Отличительной особенностью второй области является очень бы­строе затухание энергии ЭМИ при проникновении внутрь ткани (практически вся энергия поглощается в поверхностных слоях
биоструктур). Для третьей, промежуточной, частотной области характерно наличие ряда максимумов поглощения. Условия воз­никновения локальных максимумов поглощения в голове имеют место на частотах 750… 2 500 МГц, а максимум, обусловленный резонансом с общим размером тела, находится в диапазоне ча­стот 50…300 МГц.

Организм животных и человека весьма чувствителен к воздей­ствию ЭМИ РЧ. Биологическому действию ЭМИ посвящены ты­сячи работ отечественных и зарубежных авторов. К критическим органам и системам относят центральную нервную систему, гла­за, гонады. Некоторые авторы считают критической кроветвор­ную систему. Описаны эффекты со стороны сердечно-сосудистой и нейроэндокринной системы, иммунитета, обменных процессов.
В последние годы появились данные об индуцирующем влиянии ЭМИ на процессы канцерогенеза. Отмечено, что биологическая активность ЭМИ убывает с увеличением длины волны (или сни­жением частоты) излучения. В свете сказанного понятно, что наи­более активными являются сантиметровый, дециметровой и мет­ровый диапазоны радиоволн.

Поражения, вызываемые ЭМИ РЧ, могут быть острыми и хро­ническими. Острые поражения возникают при значительных теп­ловых воздействиях ЭМИ. Они встречаются крайне редко — при авариях или грубых нарушениях техники безопасности. При этом чаще всего речь идет о пострадавших, работающих в непосред­ственной близости от излучающих антенн радиолокационных стан­ций. Подобный случай облучения двух авиатехников от радара произошел, например, на Филиппинах. Интенсивности, воздей­ствию которых подвергались пострадавшие: 379 мВт/см2 в тече­ние 20 мин и 16 Вт/см2 в течение 15…30 с. Острые поражения отличаются полисимптомностью нарушений в различных органах и системах. При этом характерны: выраженная астенизация; диэнцефальные расстройства; угнетение функции половых желез и др. Пострадавшие отмечают отчетливое ухудшение самочувствия во время работы радиолокационных станций или сразу после ее прекращения, резкую головную боль, головокружение, тошноту, повторные носовые кровотечения, нарушение сна. Эти явления сопровождаются общей слабостью, адинамией, потерей работос­пособности, обморочными состояниями, неустойчивостью арте­риального давления, а в случаях развития диэнцефальной патоло­гии — приступами тахикардии, профузной потливости, дрожа­ния тела. Нарушения сохраняются до 1,5…2 мес. При воздействии
высоких уровней ЭМИ (более 80… 100 мВт/см2) на глаза возмож­но развитие катаракты.

Для персонала характерны хронические поражения. Они выяв­ляются, как правило, после нескольких лет работы с источника­ми ЭМИ микроволнового диапазона при уровнях воздействия, составляющих от десятых долей до нескольких милливатт на сан­тиметр в квадрате и превышающих периодически 10 мВт/см2.

Эксперты полагают, что патология возникает при более высо­ких уровнях. Нельзя, однако, не обратить внимание на приведен­ные экспертами сведения о большей по сравнению с контрольной частоте изменений в хрусталике глаз у военных, связанных с об­служиванием радаров, у работающих с источниками микроволн в условиях производства.