Главная > СВЧ, ультразвук, аккустика > Техника сверхвысоких частот. Том 2
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

20.4. ОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТЕ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА

20.4.1. Исследование допустимого облучения

Существует некоторая неопределенность в том, какая величина поля излучения сверхвысоких частот является опасной [10, 105, 122, 125, 126]. Случайные повреждения биологической системы можно обычно выразить с помощью соотношения

где С - концентрация, a t - время. К представляет число, которое при превышении некоторого характеристического значения всегда

означает повреждение организма. Наоборот, если оно меньше характеристического значения, то никаких повреждений нет. Значение, выше которого повреждения происходят всегда и ниже которого их ожидать не следует, часто называют пороговой дозой. Важным фактором, влияющим на повреждение тканей, является способность биологических систем восстанавливать самих себя и свои нарушенные функции, находясь по-прежнему под влиянием разрушающего агента. В этом отношении сильно различаются не только отдельные ткани между собой, но и одни и те же ткани у разных индивидуумов. Более того, одни и те же ткани в одном и том же организме сильно различаются в разные моменты времени.

Рис. 20.5. Поглощение сверхвысокочастотной энергии телом: а — трехслойная модель; б - поглощение энергии телом при частоте в — распределение поглощенной энергии на частоте 3 Ггц при толщине кожи 0,2 см. (См.

Уравнение (20.3) является приближенным, но поскольку оно отражает полезное понятие, то для различных случаев следует определять значения К.

Концентрация С связана с интенсивностью поля в свободном пространстве, где находится организм, способностью [38] различных тканей поглощать энергию и глубиной расположения ткани относительно поверхности организма. Поглощение электромагнитной энергии различными тканями человека в диапазоне частот может быть проиллюстрировано с помощью приведенной на рис. 20.5, а модели расположения кожи, подкожного жира и мускульной ткани. Так как было показано [94], что глубина проникновения энергии в ткань достаточно мала, то можно предположить, что толщина тканей равна бесконечности. Используя известные измеренные значения [93] диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь для кожи, жира и мускулов, можно вычислить [95, 96] распределение поглощаемой энергии в различных частях тела. На рис. 20.5, б приведена та часть падающего излучения на частоте которая поглощается телом, как функция толщины слоя подкожного жира; параметрами

разных кривых является толщина кожи. На частоте поле проникает значительно глубже, в то время как на большая часть энергии поглощается около поверхности кожи. На рис. 20.5, в показано распределение поглощаемой энергии на частоте при толщине кожи 0,2 см. С увеличением этой толщины, как и следовало ожидать, поглощение в коже растет, а в других тканях уменьшается.

Были предприняты попытки определить на основании экспериментальных результатов предельные значения множителя С в уравнении (20.3) при продолжительных дозах облучения. Облучение считается безопасным, только в смысле тепловых эффектов, обусловленных средней мощностью, и рассчитывалось из условия увеличения температуры тела на 1° С. Предельное значение было получено [92] равным для частот ниже при которых происходит глубокое проникновение поля, для диапазона где имеет место сложное соотношение между поверхностными и глубинными эффектами, и для частот выше где большая часть тепла поглощается кожей, являющейся своеобразным защитным слоем. При значениях выше основную опасность представляет кратковременный тепловой удар, и при возникновении более высоких температур наступает смертельный исход [68].

Влияние облучения на глаза является очень важным, но представляет сложность для объяснения. Как было замечено, при длительном облучении небольшой мощностью образуются помутнения и катаракты. При потоке мощности потребовались бы многие годы, чтобы причинить вред глазам. Из-за своих небольших размеров и отсутствия кровеносных сосудов постоянная времени у глаз невелика, и поток мощности, превышающий может быстро привести к повреждениям. Эти сведения в основном получены из опытов с животными. Имеется сообщение [54] об образовании двусторонней катаракты у техника, который в своей работе подвергался облучению ежедневно на уровне в диапазоне - 1,7-3,4 Ггц, а затем в течение 3 дней с перерывами (в общей сложности 2 час) при потоке мощности Вообще, имеется слишком мало данных о случаях облучения человека, чтобы можно было сделать статистический анализ.

20.4.2. Приборы

Установив предельные безопасные значения напряженности полей сверхвысоких частот необходимо привести в соответствие с этими требованиями все виды оборудования [114]. Многое в этом отношении может быть достигнуто с помощью непосредственного расчета по известным рабочим параметрам оборудования. Типичной антенной является параболоид, возбуждаемый рупором с усилением 8 дб, так что поле на краю Отражателя на 10 дб меньше, чем в центре. Поле вне отражателя меньше этого значения, и поэтому во всем

пространстве, за исключением области между рупором и отражателем, прямое излучение из рупора меньше, чем оно было бы при изотропном излучателе. Например, при мощности излучения минимальное безопасное расстояние составляет около и поэтому опасная область, обусловленная непосредственным излучением источника, мала.

Рис. 20.6. Контуры постоянного потока мощности при излучении параболоида. Параметры кривых выражены в децибелах, деленных на где Р — мощность, подводимая к антенне. (См. [99].)

Значительно большую роль играет поле основного луча; на рис. 20.6 приведены [99] значения потока мощности, отнесенные к максимальному значению, за которое принимается поток на оси для расстояний до где длина релеевской зоны для антенны. Это максимальное значение приблизительно равно но действительный поток мощности превышает это значение на 3,5 дб на некотором расстоянии в пределах релеевской зоны. Эти значения вычислены для свободного пространства, а при хорошем отражении от земли напряженность поля в некоторых точках может увеличиться на 6 дб.

Разумными параметрами для системы тропосферного рассеяния при частоте являются тогда и максимальный поток мощности равен Принимая за безопасное значение потока и вводя множитель надежности 4, получим, что зона безопасности ограничена линией, соответствующей параметру — 13 дб. Если средняя высота антенны составляет над уровнем земли, то весь участок земли от 270 до впереди антенны является опасной зоной, поскольку в этой области поток превышает безопасное значение на высотах менее двух метров. Это неудовлетворительное положение может быть улучшено либо за счет увеличения средней

высоты антенны до 14 м, либо посредством поворота антенны вверх на 0,45°, что составляет около одной пятой от ширины луча. Поэтому такая антенна может быть размещена для наблюдения за морем на скале или на земле, если наклон поверхности впереди нее превышает 0,45°.

Поле на расстояниях от антенны, меньших длины релеевской зоны, в основном сосредоточено внутри цилиндра, основанием которого является отражатель. Поле ниже этого цилиндра в основном такое же, как и при той же высоте в релеевской зоне. Для рассмотренной выше антенны поле на высоте над уровнем земли несколько изменяется с расстоянием от антенны, но всегда поток мощности меньше максимального значения на расстоянии на 20 дб и более. Поле увеличивается на 10 дб при а затем непрерывно уменьшается, достигая 14 дб на

Даже средние мощности и антенны небольших размеров могут представлять опасность: например, при мощности излучения и диаметре параболоида максимальный поток мощности составляет что лежит выше допустимого значения. В этом случае длина релеевской зоны, однако, совсем мала и составляет только при частоте Имеется очень мало сведений об эффектах, вызываемых мощными импульсами длительностью порядка микросекунды, и обычно считают, что поток мощности равен среднему значению за период повторения [102]. Средний поток в данном месте уменьшается при сканировании антенны. Эти потоки мощности различных устройств сверхвысоких частот сравнимы с потоком мощности солнечного света, достигающего Земли и равного

Отражения от земли сильно усложняют картину, и поэтому необходимо иметь контрольные приборы. Для контроля потока мощности удобным является простой прибор, который показывает, превышен или нет безопасный уровень. Неоновые лампы полезны для качественной оценки, но с количественной стороны они очень не точны и могут ввести в заблуждение. Напряженность поля в любой точке около антенны может быть измерена при помощи стандартного рупора и калиброванного приемника. Такое устройство должно быть широкополосным, чтобы большой диапазон частот мог быть перекрыт несколькими приборами. Для личного контроля мощности облучения персоналом применяются портативные устройства типа болометра. Для контроля [123] в диапазонах 1, 2, 3, 0 и 9,5 Ггц используются полупроводниковые диоды, с которых выходное напряжение через усилитель на транзисторах поступает в измерительное устройство.

Другим решением проблемы контроля является использование сходных биологических веществ. Например, влияние облучения на глаза может быть изучено по характеристикам желатиновой смеси. Проводились исследования [55] распределения температуры внутри сфер, причем концентрация выбиралась равной 30%, что соответствует содержанию протеина в глазах большинства

млекопитающих. Температуры на разных глубинах измерялись с помощью термисторов; полученные значения при частоте и потоке мощности хорошо согласуются с измерениями, выполненными для глаз коровы при тех же значениях. Некоторое улучшение может быть достигнуто при погружении сходных веществ в поглощающую среду.

20.4.3. Методы защиты

Максимальная величина потока мощности, безопасного для персонала, исследовалась несколькими авторами [27, 65, 66, 125], и временно было принято значение для всего диапазона частот. Очевидно, что район, где поток мощности превышает это значение, должен быть огорожен, чтобы предотвратить случайное проникновение гражданских лиц или рабочих, могущих оказаться поблизости. Персонал, который должен работать в опасных условиях, желательно ознакомить с правилами работы в таких условиях. Необходимо предупредить о наличии опасности, указать минимальное безопасное расстояние, потребовать от персонала следить за самочувствием и признаками перегрева, объяснить расположение защитных приспособлений. Первая помощь пострадавшему состоит в искусственном дыхании, кислородном питании и быстром охлаждении тела. Обычная одежда поглощает излучение СВЧ и таким образом отчасти защищает тело, но зато ухудшает условия охлаждения, поэтому отражающие ткани имеют преимущество.

Очень важно, чтобы были. защищены глаза. В связи с этим проводились исследования материалов, которые являются оптически прозрачными, экранируют сверхвысокочастотное излучение и поэтому могут быть использованы для изготовления защитных масок и очков. В табл. 20.6 даны коэффициенты прохождения по мощности с учетом как прохождения, так и отражения энергии сверхвысоких частот, причем об отраженной энергии можно судить по величине поверхностного сопротивления постоянному току (в скобках).

Из приведенных данных видно, что для экранировки сверхвысокочастотного излучения очень важно иметь высокую электропроводность, однако это свойство трудно совместить с прозрачностью для видимого света. Помимо этого, перед использованием данного материала в защитных очках необходимо рассмотреть обусловленные им различные психологические и физиологические факторы. Экранирование, производимое металлической пленкой, существенным образом зависит от ее толщины. При этом с ростом частоты экранирование улучшается. Весьма удобными являются защитные очки, у которых линзы покрыты золотой пленкой, а по сторонам, где потеря видимости не так страшна, расположена проволочная сетка. Коэффициент прохождения, равный 3,2%, не так уж мал при работе вне помещения и достаточно высок при

Таблица 20.6 (см. скан) Защитные свойства различных материалов


работе в хорошо освещенной комнате при условии, что работающего в очках не раздражает слабый зеленовато-голубой оттенок, обусловленный золотой пленкой. В тех случаях, когда острота зрения не так важна, более подходящими материалами являются проволочная сетка или пластинка из теплопоглощающего стекла корнинг. Можно избежать прямого СВЧ облучения при дистанционном наблюдении посредством, например, телескопа, перископа или телевизионной установки.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление