/ - интенсивность данного излучения. За стандартное излучение моя принять распространенное в практике излучение биологического объ, та в свободном поле ЭМ-колебаний с частотой 2,4 ГГц. Анализ услоЕ,„ образования УПМ показал явную зависимость коэффициента качесц от частоты ЭМ-колебаний в свободном пространстве К, наличия ок жающих отражающих поверхностей и электрического контакта с зек лей Кз. Учитывая зти зависимости, можно записать

/э=а:,(е,к,н)а:ле,к,н):з(е,к,н)/,

где выражение К{Е, к, н) обозначает, что коэффициент качества зависнг от вида поляризации. %

В табл. 7.4 представлены оценочные максимальные значения перечио: ленных коэффициентов для облучения человека, которые могут вст] титься в практических условиях. На частотах менее 1 МГц козффицие, качества облучения в свободном пространстве становится гораздо меньп 10" , определяющую роль в процессе поглощения энергии играет зффе! заземления и наведенные поверхностные токи, значения которых дол) ны определяться в каждом конкретном случае (см. гл. 1). Аналоп в сверхвысокочастотном диапазоне наличие отражающих поверхностей может стать фактором, определяющим механизмы поглощения тело»#. энергии ЭМ-излучения. В зтом случае условия поглощения могут бытв" получены из соотношений геометрической оптики.

В качестве примера определим эффективную интенсивность облуче* ния ЭМ-полем с частотой 70 МГц при е поляризации для человека, находящегося перед отражающими экранами в электрическом контакте с землей: /э = 1000/. Это означает, что для получения примерно эквивалентных со стандартным облучением УПМ в рассматриваемых условиях облучения достаточно лиид! одной тысячной значения интенсивности стандартного излучения. Например, облучение человека ЭМ-полем интенсив-,.

Таблица 7.4. Коэффициенты качества К облучения в зависимости

от диапазона частот и вида поляризации ,

Примечание. (*) означает, что отражающие поверхности могут образовывать различные (вплоть до фокусирующей) конфигурации; коэффициент К2 в этом случае должен определяться из условий геометрической оптики.

лостью 10 мВт/см с частотой 2,4 ГГц в свободном пространстве создает такое же УПМ, как и его облучение в рассматриваемых условиях (е-поляризация, заземление, отражающие поверхности) при частоте 70 МГц И интенсивности 10 мкВт/см. Такой случай определяет максимальное всех возможных качество условий облучения. Конечно, в контролируемых условиях целесообразнее оценивать в каждом конкретном случае условия облучения, чем иметь норматив, учтьшающий все самые необычные условия облучения. Следует учесть, что диапазон частот, при котором возможно столь высокое усиление биологической эффективности ЭМИ, в процентном отношении не столь велик - не более 0,1% в диапазоне частот 1-300 ГГц. Учет времени облучения приводит к понятию эффективной дозы облучения. Мы даем границы применимости использования дозового подхода от 10 до 50 мВт/см при времени облучения менее 60 мин. Для диапазона частот менее 0,3 ГГц время облучения при допустимой напряженности ЭМ-поля описывается формулой [62]

£= 31,5-4,12 In г,

где Е - допустимый уровень напряженности поля, кВ/м; t -время облучения, мин.

Оценка опасности сложного спектра ЭМ-излучений может быть проведена по методу конкурирующих частот или полос [21, 32]. В общем виде при наличии ряда из т конкурирующих частот, интенсивность которых изменяется в вольтах на метр, и ряда из к частот, интенсивность которых измеряется в ваттах на квадратный метр, облучение можно считать безопасным, если выполняется условие

"27

S (0,01 щ = 1 щоп

) + S (0,01иг - ) < 1,

i-1 Лдоп

где rij - вклад -й частоты (или полосы частот) в общую интенситчость излучения, %; f,,- напряженность электрической составляюще юля для /-Й полосы из ряда т; / - интенсивность г-й полосы частот из ряда к\ £"/доп - регламентированная предельно допустимая напряженность электрического поля для /-Й частоты; /гдоп - регламентированная предельно допустимая интенсивность i-й частоты (или полосы частот).

7.4. ДОЗИМЕТРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ. ТЕХНИКА РАДЙОИЭМЕРЕНИЙ

Это вопросы достаточно подробно изложены в работе Б. А. Минина [48], Мартина [122] и др. Поэтому мы ограничимся изложением лишь некоторых моментов.

Электромагнитное поле. Методы расчета в свободном пространстве еще далеки от совершенства. Интенсивность поля от РЛС в произвольной точке наблюдения зависит от ряда факторов, и прежде всего от- параметров излучателя, степени влияния трассы, а также от распределения поля вблизи точки наблюдения. Попытки разработки методов расчета внутрен-

него поля паразитных излучений, проникающих через неплотности в э» нах шкафов с СВЧ-аппаратурой, волноводах и т. п., пока оказались успешными [48].

Расчет поля одним из методов (в частности, ретроспективным [4 является первым этапом системы оценки радиобезопасности в зоне, ствия антенных излучателей. Второй этап - учет рельефа местности в: распространения радиоволн.

Общими для апертурных антенн являются относительное постоянсг ППЭ в луче на малом расстоянии (зона Френеля) и последователыщ уменьшение ППЭ на больших расстояниях (начиная с границы Фраунгофера и далее - обратно пропорщюнально квадрату расстс Применительно к излучаемой мощности можно пользоваться привс мыми ниже упрощенными формулами [ 122).

Для зоны. Френеля по оси луча /р = ЗК/Л, на границе зоны Френе границе луча /= для нормального поля /д = GWjAd, где /, /р, /д ППЭ, Вт/см; А- поверхность у параболического рефлектора, см1 G - коэффициент усилия мощности антенны; d - расстояние до ны, см.

Например, если радиолокатор излучает волну длиной 3 см с пике мощностью W= 10 мВт, циклическое отношение 1/1000, диаметр D] болического отражателя 6 м, что соответствует поверхности Л, рав 28 м, то зона Френеля распространяется до 300 м, а переходная зона до 1200 м. Следовательно, зона нормального поля начинается nocaf 1200 м. ППЭ по оси в зоне Френеля

/р=ЗИул=3-10/28-10*= 107Вт/см »

Следует учитывать существование боковых лепестков, увеличивающих поверхность облучаемой зоны. Узконаправленная антенна собирая значительную часть излучения в узком пучке вокруг оси, образую! главный лепесток диаграммы излучения. Однако часть энергии расв деляется в боковых лепестках вследствие физических ограничений теины. Напряженность поля поверхностной волны обратно пропори нальна расстоянию. Позтому удобно найти формулу напряженности стандартном расстоянии от антенны. Для идеального случая форк,. имеег вид Е = 300 V W. Она определяет напряженность поля Е (мВт/fc на расстоянии 1 км от антенны в зависимости от излучаемой мои сти W (кВт). При большой длине волны можно находиться в зоне неля даже на достаточно большом удалении.

Телевизионные передатчики представляют особый случай благе высоте, типу антенны и большой излучаемой длине волны. Усиле антенны может легко достичь 10, так что в случае мощности пере чика 100 кВт действительное излучение эквивалентно излуче 1000 кВт. Основные элементы сложной телевизионной антенны ного типа состоят из двойной линзы, дополненной плоскими рефлекк? рами, изменяющими диаграмму излучения. Для классической дво» линзы, изолированной в пространстве, на расстоянии d (м) от анте при излучаемой мощности W (Вт) напряженность поля £" = ? в случае изотропного излучения. В зоне нормального поля соответс 156

щая интенсивность I=E/zo, где Zq - импеданс безвоздуишого пространства или z = 120я = 337 Ом. Если заменить Ё приведенным выше значением, то получим 1= 0,13 W/d. Эффективная мощность излучения U равна мощности передатчика W, умноженной на усиление антенны G. В случае пульсирующего излучения средняя мощность равна пиковой мощности, деленной на частоту импульсов. У радиолокатора усиление антенны велико, и поэтому эффективная излучаемая мощность во много раз выше мощности передатчика. В случае непрерывного излучения (радио, телевидение, телекоммуникация) за W принимают мощность передатчика. В большинстве случаев излучение узконаправленное и усиление антенны невелико (около 10). В зоне излучения РЛС для ППЭ 0,01 Вт/см критическое расстояние будет определяться из выражения d = 0,05 y/TF, в зоне, телевизионного передатчика для напряженности поля 5 В/м - из выражения d= 1,4 y/U и радиопередатчика для напряженности поля 20 В/м - из выражения d = 0,474 у/ТГ Эти формулы неприменимы при оценке ППЭ ближе зоны нормального поля.

На рис. 7.2 представлена зависимость критического расстояния от эффективной мошности источника при определенном пороговом значении ППЭ.

Для вращающихся антенн оценка по максимальному значению интенсивности дает большое завьшхение биологической опасности. Действительно, время сканирования для разных антенн разное. Даже для одной антенны на разных расстояниях скважность воздействия изменяется в пределах от половинных до сотых долей. Следовательно, наблюдается пауза, длящаяся в 2-100 раз дольше, чем само воздействие. В этот период идет интенсивное биологическое восстановление, которое составляет, по нашим самым заниженным оценкам, 2-3% в 1 мин.

Определение интенсивности ЭМИ по сумме интенсивностей источников, если их несколько, тоже имеет свои сложности. Действительно, вероятность скрещивания лучей двух-трех антенн с обычными параметрами диаграмм не. превосходит 10"-10"*. Значение ППЭ в зтом случае может быть завышено в 10-100 раз [48].

Ю. Д. Думанский с соавт. [81], использовав разработанную ими методику расчета ППЭ, провел гигиеническую оценку электромагнитной обстановки для населения в районе 22 гражданских аэропортов. Расчет ППЭ (/, мкВт/см), создаваемой РЛС, проводили по формуле для данной зоны

где d - расстояние от РЛС, км; Wp - средняя излучаемая мощность, Вт; 9т - коэффициент усиления антенны РЛС; в - угол в вертикальной плоскости между направлением максимума излучения антенны и направленным на объект облучением; F (в) - множитель нормированной диаграммы направленности в направлении объекта облучения для вертикальной плоскости; Фз - коэффициент, учитывающий отражение электромагнитной энергии от поверхности земли.

0,4 1,2 г,о 2S л,

Расстояние, м

Рис. 7.2. Критические расстояния от источника в зависимости от средней эффективной мощности излучателя [1221:

1 - РЛС; 2 - радио; 3 - телевидение; в качестве допустимых значений принято для РЛС - 10 мВт/см, телевидения - 5 В/м, радио - 20 В/м

Рис. 7.3. Вертикалы1ая диаграмма иэлу--чения обзорного радиолокатора [81] jt d - расстояние от РЛС; Л - выем та; 10 мкВт/см (/> и 2-5 мкВт/см%

В качестве нормированной диаграммы направленности антенны в wfk тикальной плоскости F (в) они использовали экспериментально снятую зависимость либо функцию Гаусса для аппроксимации основного neneetr ка диаграммы

"Я* 0,5 ~ половина пшрины диаграммы направленности антенны по уровню излучаемой мощности 0,5.

При расчете ППЭ для двухчастотных РЛС, создающих одну диаграш» направленности, излучаемую мощность брали суммарной для обящ частотных каналов. Для многочастотных, а также двухчастотных создающих две и более диаграммы направленности в вертикальной плр" скости, приближенный расчет ППЭ проводили для нижнего (перв<н-о луча антенны. Если учитывался второй луч антенны, то вместо F (в) надо брать

[F(e)+ F(e + 6)1,

где 5 - пространственный сдвиг по углу места максимумов излучени)! первого и второго антенных лучей в вертикальной плоскости. Для каждого типа РЛС строятся вертикальные и радиальные диаграммы излучв ния. На рис. 7.3 представлены изоплотностные кривые в вертикально! плоскости, каждая из которых имеет постоянные значения ГШЭ в завя-симости от (/ и Л, где Л - разность высот расположения центра антеннЫ и объекта облучения с учетом рельефа местности.

Техника радиометрии. Несмотря на определашые успехи, продолжает, сохраняться существенное отставание метрологического обеспечения of

потребностей гигиенической практики [50]. Представляется крайне важной разработка новых методов и аппаратуры, которые бы позволяли обеспечить измерения в широком диапазоне частот хфи различных режимах генерации как в дальней, так и в ближней зоне излучения [50].

Задачи современной радиометрии, или техники измерения основных параметров радиоизлучений, - это инструментальное определение энергетических и временных характеристик поля. В настоящее время лучше всего разработаны методы и аппаратура измерения ППЭ, электрической и магнитной составляющих.

В связи с их назначением радиометры подразделяются на следующие группы: аппаратура оповещения персонала об опасности; контрольные приборы (обычно интенсиметры), измеряющие ППЭ, электрическую и магнитную составляющие поля; исследовательские приборы; аппаратура узкоспециального назначения (для замеров ЭМИ в сложных, необычных условиях); дозиметрическая аппаратура контроля при лечебном и диагностическом использовании ЭМИ.

Достаточно освоенными можно считать лишь крайние участки диапазона интенсивностей Ю-Ю и 10~"-10° Вт/см. Аппаратура для этих диапазонов строится на разных принципах: в первом случае используется тепловое детектирование, во втором - супергетероидный прием. Точность приборов, основанных на тепловом эффекте, составляет ±30-50% с инерционностью 10"-10 с, вторых - ±4-8 дБ ис инерционностью соответственно 10*-10"* с. Для гигиенической оценки ЭМИ вполне пригодны детекторы первой группы. Б. А. Минин [48] считает, что для тепловых дозиметров необходимо уменьшить инерционность. По нашему мнению, это усложнит конструкцию прибора, между тем инерционность должна быть хотя бы в пределах (сравнима) наиболее быстротекущих биологических процессов.

К интенсиметрической аппаратуре предъявляются следующие требования.

Диапазон длин волн должен соответствовать тому участку диапазона СВЧ, который используется для генерации высоких мощностей. Интенсиметры должны обязательно работать в трех диапазонах 1-30, 30-300 и более 300 МГц. В качестве контрольной частоты можно принять частоту 2,4 ГГц.

Чувствительность аппаратуры должна определяться существующими нормами. Изменение нормативов должио тфивести, естественно, к замене дозиметрической аппаратуры, что сопряжено с экономическими затратами. Принятие необоснованных стандартов дезориентирует конструкторов и промышленность на создание "необоснованной" дозиметрической аппаратуры.

Точность приборов можно допустить порядка 30-50% (зта точность близка к дозиметрической аппаратуре для ионизирующих излучений). Приборы должны обладать достаточным быстродействием. Этот параметр зависит от инерционности термопар, которая оценивается в настоящее время Ю-Ю" с.

Интенсиметры должны быть по крайней мере двух типов: коллективные и индивидуальные. Индивидуальные дозиметры должны быть при-