Файл: Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека.pdf

более ответственен выбор достаточно информативных и доступных для экспериментального исследования дей­ ствительно «критических» показателей организма. Неко­ торые из этих показателей приведены в § 2.2; в ра­ боте А. Н. Либермана, М. С. Саковской, В. В. Оробея, И. Э. Бронштейн и А. П. Чеснокова [119а] в качестве таких показателей выбрано количество хромосомных перестроек, плодовитость, некоторые количественные ха­ рактеристики потомства (вес, процент выживаемости, степень вырождения и т. д.), а также иммунологические показатели состояния организма.

Для удобства практического использования норм в них записана допустимая ППМ в зависимости от времени облучения, а необходимая для биофизических экспериментов и практических работ измерительная СВЧ аппаратура строится в виде измерителей плотности потока мощности *. При взаимодействии живого тела с электромагнитным полем переплетается масса эффек­ тов, из которых на первый план обычно ставят тепло­ вые. Тепловой нагрев — это простейший вид преобразо­ вания энергии в биологических средах. Расчет выделен­ ного тепла обычно не вызывает особых трудностей и, как правило, хорошо подтверждается экспериментально; он во многом соответствует наблюдаемым физиологиче­ ским эффектам и поэтому в настоящее время принят во всех известных нормативах за основу при нормиро­ вании радиоизлучений СВЧ. Действительно, именно на СВЧ обнаруживается наибольшее поглощение радио­ волн телом человека (коэффициент поглощения близок к 0,5 [117]), степень опасности легко связывается с до­ пустимым нагревом определенных жизненноважных ор­ ганов (глаза, гонады).

Другой важный параметр облучения, характеризую­ щий воздействующую на биообъект энергию, — время усреднения импульсных сигналов — определяется пока не соображениями биологического характера, а посто­ янной времени применяемых измерителей. Таким обра­ зом, сейчас измеряется ППМ средняя за период повто­ рения генерируемых импульсов, но максимальная за

* В странах Запада ППМ является единственным регистрируе­ мым параметром практически во всем диапазоне радиочастот (от Ю кГц до 100 ГГц [85, 173]), при этом имеется в виде плотность мощности, усредненная за определенное время (по новому стандар­ ту США — за 6 мин).

61

Период повторения импульсов, определяемых перемещён нием луча в пространстве (например, из-за вращения антенны). До сих пор для большинства ситуаций было характерно четкое разграничение между значениями этих периодов в первом и во втором случаях (различие со­ ставляло несколько порядков), а на редкие промежуточ­ ные случаи, не охватываемые нормативами, приходилось просто не обращать внимания. Обычным считалось (для диапазона СВЧ) и облучение бегущей волной. Между тем, сейчас, с появлением антенных систем с электри­ ческим сканированием и постепенным заполнением су­ ществующих «пустот» в частотах повторения воздейст­ вующего на человека СВЧ поля, далеко не всегда оцен­ ка степени воздействия ЭіЧП на человека только по уровню плотности мощности оказывается достаточно полной. Поэтому в некоторых случаях, рассмотренных ниже (сейчас они не приняты официально, но встречают­ ся в практике все чаще и чаще), принятую оценку поля по уровню ППМ приходится дополнять или заменять другими методами — методами оценки воздействия по энергии (а не раздельно по уровню поля и времени); изменяются представления и о регистрируемых параме­ трах воздействующего поля, необходимых и достаточных для полной оценки биоэффективности.

3.1. О ВЫБОРЕ РЕГИСТРИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Можно выделить три основные причины разнообра­ зия в выборе регистрируемых параметров поля при раз­ работке измерительной аппаратуры и методов измере­ ния, проводимого в интересах защиты человека:

1)усложненность и разнообразие электромагнитной обстановки, с которой приходится сталкиваться на прак­ тике;

2)ограничения в возможностях измерительной аппа­ ратуры;

3) наличие специфических биоэффектов, открытых в последнее время

Если поместить в поле бегущей волны радиоконтрастное тело, каковым, в частности, является организм человека или животного для воздушной среды, картина поля из-за отражений от поверхности раздела сред нарушается, появляются признаки стоячей волны. Это искажение поля, как и изменение условий поглощения, в общем слу­ чае при измерениях не учитывается. Допускаемая при этом ошибка

62

меняющихся как 1/R2 и 1/К3, резко возрастает по сравне­ нию с изменением в волновой зоне. Для элементарного электрического диполя можно записать [146]

неизбежно приводя к занижению оценки опасности вбли­ зи излучающих устройств, если особенности структуры поля в зоне индукции не учтены при обработке резуль­ татов измерений или соответствующей конструкцией из­ мерительной антенны-зонда.

В настоящее время раздельное влияние электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля в диапазоне СВЧ изучено крайне слабо, поэтому в каче­ стве первого приближения имеет смысл искать общую

мощности Пср, средней по сфере радиуса R, на котором находится абсорбирующий биообъект, т. е. поток энер­ гии, определяемый совместно амплитудой напряженно­ сти активной и реактивной составляющих поля. Это

удобно сделать введением комплексного вектора /7 П,

который определяет полную амплитудную мощность, проходящую через единичную площадку в направле­ нии положительной нормали к поверхности помещен­ ного в поле абсорбирующего тела. Для дальнейшего

полезно продолжить рассмотрение элементарного ди­ поля*.

Комплексное значение /7ср электрического диполя определено в [146] путем интегрирования нормального

64

компонента выражения для комплексного вектора Пойн-

гии, вытекающей через сферическую поверхность, т. е. определяет радиационные потери осциллирующего ди­ поля. Они не зависят от радиуса сферы, но сильно зави­ сят от частоты.

Мнимая часть выражения (3.1.6) зависит от 1/R3 и незначительно — от частоты. Именно эта составляющая поля диполя определяет в основном мгновенную ампли­ туду потока в поле индукции на очень малом расстоя­ нии от диполя. Мнимая часть выражения (3.1.6) связа­ на с энергией, которая одну половину периода вытекает из источника, а другую —возвращается обратно.

Нас интересует суммарная плотность потока мощно­ сти, воздействующей на биообъект, если он находится в зоне действия диполя на любом от него расстоянии R. В этом случае его величина может быть определена из

где а и ß — действительная и мнимая части выражения (3.1.6). Для свободного пространства е = ео, ц = цо,

с= (цоео) 1/2, тогда

(3.1.8)

Именно эта плотность мощности осциллирующего элек­ трического диполя будет воздействовать на биообъект,

ридиональной плоскости, проходящей через диполь, и имеет радиальную и поперечную компоненты. Линии вектора Е являются концентрическими окружностями во­ круг оси диполя (как для электрического диполя — ли­ нии вектора Н). Зная величину магнитного диполя, мож­ но подсчитать и плотности мощности Лер. Однако на практике узнать величину дипольного момента обычно не удается. Поэтому есть смысл искать не абсолютное значение Лср, а отнесенное к величине радиационных по­ терь диполя. Эти потери измеряются обычным измерите­ лем ППМ, а математически выражаются действительной частью формулы (3.1.6), деленной на площадь сферы 4лR2. Итак,

Величину / назовем коэффициентом реактивности. Чис­ ленно он показывает, во сколько раз мгновенная ком­ плексная плотность мощности всех составляющих поля элементарного диполя больше ППМ, измеренной на том же расстоянии.

Щель в непрозрачном экране (например, в кожухе шкафа с генераторной аппаратурой, в стенке волновода

66