Таблица 1.2. Данные для построеняя эллипсоидных моделей человека и лабораторных животных

Рис. 1.6. Усредненное по массе тела УПМ в липсоидных моделях различных типов люд при г/ГЯ-поляризации. облучении в свободн пространстве плоской ЭМ-волной интенс! ностью 1 мВт/см" [123]:

1-4 - кривые поглощения для средне! мужчины, средней женщины, 10- и 5-лстне: мальчика соответственно

/;мги,

упомина ела прим шми

В диапазоне / (см. рис. 1.3) наблюд ется максимальное поглощение ЭМ-эне гни. Для оценки усредненного УПМ этом интервале частот помимо шихся численных методов расчета ним ряд эмпирически выведенных соо ношений, [106, 107]. Для различных типов поляризации в свободном пространстве на дели человека длиной L и интенсивности ЭМП 1 мВт/см частоту р. нансного поглощения и пиковое значение усредненного по массе т УПМ можно вычислить из соотношений [106, 107]

ЕКН:Р,„ =0,218(1,75/1); НК:Р„„ =0,215 (IJ5IL); КЕН-.Р =0,071 (1,75/L): КНЕ-.Рат =0,047(1,75 .): НЕК-.Рат =0,043(1.75/1); НКЕ:Ра,п =0,037(1,75/1).

Для поляризаций ЕКН и ЕНК (f, МГц) /рез=67,9(1,75/1).

Для остальных поляризаций пиковое поглощение сглажено и ре: нансная частота находится в интервале

/рез= (143-М71) (1,75/1).

наиболее интенсивного поглощения энергии при ориентации EL свободном пространстве зависимость усредненного по массе УПМ отношения длинной оси тела к длине плоской волны излучения 1/Х [ожет быть рассмотрена в двух поддиапазонах [100, 107]:

1) субрезонансный (0,5/рез < / < /рез): еловек

;>=5,21 = /Л/( /рез)"; (1-8)

абораторные животные

= 8,з17л/( /рез);

(1.9)

2) суперрезонансный (/рез</< рез/реэ) [еловек

= 5,95 10*1 Д/;

5pe3 = 15.2Vr7F;

абораторные животные i,=9,47.104 JV/; Spe3=24,0vP7Ar,

(1.10)

(1-11)

де М - масса тела, кг. Размерности остальных величин выражаются так-евСИ.

В IV диапазоне (/>/рез) относительное сечение поглощения асимпто-ически приближается к 0,5, причем для всех возможных ориентации в пространстве имеются незначительные различия между усреднен-по телу УПМ. В этом диапазоне применение численных методов асчета УПМ становится практически невозможным.

Использование методов геометрической оптики (123] и способов асчета, применяемых в дозиметрии и защите от ионизирующего излуче-ия, позволяет и здесь решить дозиметрическую задачу. На сверхвысо-их частотах, в той области, где длина волны меньше радиуса кривизны •иологического объекта, общая поглощенная мощность (ОПМ) не зави-ит от формы тела и будет пропорциональна площади его поперечного ечения 5 в плоскости, перпендикулярной направлению распространения ЭМ-волны. При этом в тканях существенными и даже преобладаю-ишми становятся диэлектрические потери (см. рис. 1.1), заметными •казываются и различия в свойствах отдельных тканей: тело уже нельзя читать однородным, Кроме того, необходимо учитывать отражение энер-ии поля поверхностью тела. Для ОПМ можно записать

(1.12)

где AQp коэффициент отражения ЭМ-волн на границе воздух-кожа, •который в этом диапазоне слабо зависит от частоты излучения и проводи-ости ткани. Он равен 0,5 + 0,1; / - ППЭ.

Усредненное по объему V УПМ в этом случае можно записать в в] ,0,5/5/. (1.

На глубине х УПМ описывается равенством

Py(x)=Poil-Ko,p)exp(-2x/d), (1.

где Ро --= /5эф - падающая на тело энергия в единицу времени; 5эф эффективная поверхность поглощения тела, или

Py(x)=Py{0)exp(~2x/d},

где Ру(0) - УПМ на поверхности тела; d - глубина проникновен энергии.

В реальных случаях, когда среда состоит из нескольких слоев разл ных тканей, толщина которых меньше глубины проникновения, ча ЭМ-энергии отражается от границ раздела и в тканях могут возник стоячие волны и вызванные ими максимумы поглощения.

Таким образом, имеется возможность оценить усредненное по вс телу УПМ биологическим объектом, находящимся в свободном странстве, в дальней зоне плоской электромагнитной волны.

Однако распределение УПМ внутри объекта не является равном ным и сложным образом зависит от многих факторов. Максимумы кального поглощения возникают не только при наличии границ разд« тканей с различной диэлектрической проницаемостью и проводимост! В человеческом теле сложной конфигурации могут возникать частичн резонансны на его конечностях, зависящие от положения тела и часто колебаний ЭМИ. При этом каждый из резонансов определяет как лок ное поглощение ЭМ-энергии, так и общее перераспределение УПМ.

На рис. 1.7 представлена частотная зависимость усредненных У1 в различных частях тела, которая получена Хагманом и сотр. [94. 10 численными методами для блочной модели. Размеры и число элемент) ных кубических ячеек блока выбирались так, чтобы наилучшим о зом передать размеры и форму (условного) человека. Следует отме непропорциональные по частоте вклады частичных поглощений ЭМ-эн гии в усредненное по всему телу УПМ. Так, на частоте примерно 100 МГц при облучении от груди к спине плоской поляризованной (Е волной в свободном пространстве УПМ в ноге более чем на порядок вышает УПМ в руке человека, а в диапазоне 100-300 МГц УПМ в ру уже в несколько раз превышает УПМ в ноге. УПМ даже гомогенной делью головы человека имеет несколько максимумов, причем некого] исследователи [107, 116] определяют в этом случае резонансную час в интервале 300-400 .МГц. Резонанс головы наблюдается при уело: когда диаметр головы, например взрослого человека, приблизител! (20 см) в 4 раза меньше длины волны, примерно равной 80 см (/ =3i 400 МГц). УПМ в голове приблизительно в 3 раза выше, чем усредне по всему телу УПМ. В самой модели головы человека (в области з части шеи) [109] имеются участки с повышенным УПМ.

Хоу и соавт. [102] облучали модели головы ребенка и взрос

Рис. Частотная зависимость усредненного по массе УПМ в различных частях тела человека, находящегося в свободном пространстве при интенсивности падаю- щего электромагнитного излучения 1 мВт/см [107]:

1 - голова; 2 - тело; 3 ~ нога; 4 - шея; 5 - торс; 6 - рука

человека, созданные на основе соответствующих черепов, заполненных веществом, по диэлектрическим свойствам близким к мозговой ткани. Облучение в ближней зоне (на расстоянии 5 см от исхочника ЭМИ с / = = 2450 МГц) УПМ при 5 мВт/см для модели головы ребенка составило 14,6 Вт/кг и головы взрослого человека 9,6 Вт/кг. Максимальные УПМ наблюдались в области глазниц. Следует подчеркнуть разницу в поглощении и ЭМ-энергии интактной моделью головы и головы как части модели всего тела. Так, при расчете на 1 мВт/см для взрослого УПМ, поданным Хоу и сотр. [102], составит 1,93 Вт/кг, а для блочной модели головы как части модели тела и при облучении в дальней зоне 0,05 Вт/кг для частоты 2,45 ГГц.

Критикос и Шван [116] также оценили образование "горячей" точки в области головы, но они, что очень важно, пытались это сделать с учетом теплоэлиминации, обусловленной кровотоком в мозгу.

В реальных условиях производства, часто облучению подвергается человек, находящийся не в свободном" пространстве, ав непосредственном контакте с землей [108, 125]. На рис. 1.8 показана частотная зависимость усредненного по массе УПМ в различных частях тела человека, контактирующего ступнями ног с токопроводящей поверхностью земли. При этом пики поглощения, несколько перераспределяясь, смещаются по частоте влево. Изолирующие подошвы обуви и подставки "приподнимают" все тело человека на различную высоту. Рисунок 1.9 дает представление об изменении УПМ в зависимости от положения вертикально стоящего относительно поверхности земли человека. Отметим, что в зтом случае УПМ в несколько раз превышает УПМ на этой частоте при облучении человека в свободном пространстве и довольно медленно приближается к этим значениям с увеличением расстояния до заземленной пло-

10pr

Рис. 1.8. Частотаая зависимость усредненных по массе УПМ в различных частях г человека, находящегося ступнями ног в электрическом контакте с землей при п. тенсивностн ЭМ-излучения 1 мВт/см [107]*. Условные обозначения - те же. что на рис. 1.7

Рис. 1.9. Изменения усредненного по массе УПМ в различных частях тела вертикал! но стоящего человека в зависимости от расстояния А между ступнями йог и toki проводя1й поверхностью земли при падающей интенсивности плоского излучен! 1 мВт/см [ 107, 109]. Условные обозначения те же, что н на рис. 1.7

скости. Значительно изменяется УПМ и при расположении биологическ: объектов вблизи отражаюцдах поверхностей. Так, на частотах вблиз! резонанса для всего тела при ориентации EIIL УПМ телом, находяищм! перед проводящей плоскостью, увеличивается почти в 7 раз по сравне с УПМ в свободном поле. На больших частотах кратность увеличени асимптотически стремится к 2. Еще больше увеличивается УПМ при п мещении объекта в стволе прямоугольного отражателя [107, 109]. логично плоскому отражателю на больших частотах кратность увелич! ния асимптотически стремится к постоянной величине (порядка 8 Вблизи резонанса при ориентации ЕIIL наблюдается еще более значит ное увеличение УПМ по сравнению с УПМ в свободном пространст 26

25 раз)- Могут быть и другие комбинации отражающих поверхностей приводящие к еще большему увеличению УПМ биологическими объектами-

Кроме перечисленных факторов (различие диэлектрических характе-истик тканей, поляризация, частичный резонанс, эффект заземления, наличие отражаюпдих поверхностей) на распределение УПМ в биологическом объекте влияют размеры и конструкция излучающего устройства расстояние до источника ЭМИ, а тжже тип возбуждаемой волны.

Теоретические и экспериментальные исследования, касающиеся в основном щелевых, апертурных и дипольных излучателей [94, 111], показывают возможность применения описанных выше методов для оценки УПМ в моделях животных и человека при их облучении в ближней зоне излучения. В более сложных ситуациях перспективным является использование экспериментальных методов исследования внутренних полей и распределения УПМ.

Столь многочисленные фжторы, влияющие на биологические объекты при их взаимодействии с ЭМИ, могут создать впечатление о. практической невозможности дозиметрического контроля ЭМ-обстановки. Это, конечно, не тж. Все многообразие фжторов, влияющих на биологический эффект, может быть сведено к группе коэффициентов качества, как это имеет место в радиобиологии ионизирующих излучений [14. 21,33, 117]. Тогда получим простое соотношение

7)"ф <£>о/:,,...,<:„ , (1-16)

где - эффективная переносимая доза или эквивалентная доза,

Дж/кг (Дж); Do - экспозиционная доза стандартного излучения, Дж/м

(Дж); .....~ коэффициенты качества, связанные с биофизикой

ЭМИ (резонансом, поляризацией, эффектом Земли, отражения и т. д.), а также с воздействием других факторов, которые могут модифицировать биологический эффект (ионизирующие излучения, тепловые эффекты и др.). Ниже Mbh попытаемся дать количественную оценку этим коэффициентам.

Такое упрощение, с нашей точки зрения, может быть приемлемо лишь при гигиенической характеристике профессиональной вредности н эпидемиологическом обследовании населения. В экспериментальных работах совершенно недопустимо пользоваться, у прощенными коэффициентами и даже приводить УПМ, не сообщая при этом частоту, время, модуляцию и другие параметры и условия облучения.

В. Н. Карпов и др. [33] проанализировали более 500 опубликованных исследований и выяснили, что примерно в \Wc работ не точно или совсем "е указаны условия облучения, в 50% случаев приводятся ППЭ и только примерно в 107с работ есть значения УПМ, ППЭ, частоты ЭМ-излучения и другие параметры воздействия.

Следует согласиться с В. М. Штемлером и С. В. Колесниковым [80], что наиболее практически приемлемой дозиметрической величиной сле-ДУет считать ППЭ, поскольку в настоящее время отсутствуют простые методы непосредственного определения УПМ. Кроме того, между ППЭ