Воздействие электромагнитных излучений на окружающую среду

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

 

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им. Ю.А. Гагарина

 ЭНГЕЛЬССКИЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ   ИНСТИТУТ (филиал)

 

Кафедра «Экологии и  охраны окружающей среды»

 

 

Защищён с оценкой ___________________________ « ___ » _____________ 2012 год ____________________________ подписи членов комиссии

Допущен к защите   « ___ » ____________ 2012 год _________________________ подпись руководителя

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту  по дисциплине

 

Прикладная экология

на тему: «Воздействие электромагнитных излучений на окружающую среду»

 

 

 

 

Исполнитель:

ст. группы ООС – 31

Шутов Д.А. 102188

Руководитель проекта

к.т.н., Татаринцева Е.А.

 

 

 

 

 

Энгельс 2012 г.

 

Содержание

 

Введение	3
1. Природа электромагнитного излучения	4
2. Классификация ЭМИ	4
2.1 Радиоволны	5
2.2 Микроволны	7
2.3 Инфракрасное излучение	7
2.4 Видимое излучение. Свет	8
2.5 Ультрафиолетовое излучение	9
2.5 Рентгеновское излучение	11
2.7 Гамма-излучение. Радиация	12
3. Способы защиты	13
3.1 Защита от неионизирующего излучения. Клетка Фарадея	13
3.2 Защита от ионизирующего излучения	15
Заключение	21
Список литературы	22

 

Введение

 

В результате научно-технической  революции сегодня нас окружает множество устройств облегчающих нам жизнь. Большинство из них использует электрический ток в качестве носителя энергии или информации, а это неизбежно приводит к возникновению электромагнитных волн. Более того: средства беспроводной связи работают только с использованием ЭМ волн, т.к. на данном этапе развития технологий передавать данные «по воздуху» иначе нельзя.

Даже там, где, казалось бы, нет никаких электрических  приборов, неизбежно существуют эти  волны – наша планета окружена множеством искусственных спутников.

Конечно, в природе существует некоторый электромагнитный фон, как в случае с радиацией, но излучения создаваемые человеком в пределах планеты, значительно мощнее природных. ЭМ волны не просто существуют, но и взаимодействуют с веществом, следовательно, влияют на живые организмы. Поэтому очень важно регистрировать и контролировать источники таких излучений, изучать их влияние на биосферу, разрабатывать способы защиты.

 

1. Природа электромагнитного  излучения

 

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля, то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей.

Электромагнитное излучение  способно распространяться практически  во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом, несколько изменяя при этом свое поведение.

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято  считать частоту, длину волны  и поляризацию.

Длина волны прямо  связана с частотой через групповую  скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света.

 

2. Классификация ЭМИ

 

В зависимости от длины волны свойства ЭМИ значительно изменяются, как и их воздействие. Поэтому ЭМИ принято классифицировать в зависимости от длины волны (Рис 1.)

Рис. 1. Электромагнитный спектр.

 

С увеличением частоты  излучения также растёт его энергия.

Стоит отметить, что деление  на диапазоны весьма условно. Соседние диапазоны описывают излучения  со схожими, плавно «перетекающими»  свойствами.

 

2.1 Радиоволны

 

Радиоизлучение (радиоволны, радиочастоты) — электромагнитное излучение с длинами волн 5·10⁻⁵—10¹⁰ метров и частотами, соответственно, от 6·10¹² Гц и до нескольких Гц.

Допустимые уровни электромагнитного  излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Параллельное развитие гигиенической науки в СССР и западных странах привело к формированию разных подходов к оценке действия ЭМИ. Для части стран постсоветского пространства сохраняется преимущественно нормирование в единицах плотности потока энергии (ППЭ), а для США и стран ЕС типичным является оценка удельной мощности поглощения (SAR). Нахождение в зоне с повышенными уровнями ЭМП в течение определённого времени приводит к ряду неблагоприятных последствий: наблюдается усталость, тошнота, головная боль. При значительных превышениях нормативов возможны повреждение сердца, мозга, центральной нервной системы. Излучение может влиять на психику человека, появляется раздражительность, человеку трудно себя контролировать. Возможно развитие трудно поддающихся лечению заболеваний, вплоть до раковых. В частности, корреляционный анализ показал прямую средней силы корреляцию заболеваемости злокачественными заболеваниями головного мозга с максимальной нагрузкой от ЭМИ даже от использования такого маломощного источника, как мобильные радиотелефоны.

В России действуют СанПиН 2.2.4.1191—03 Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы, а также гигиенические нормативы ГДР(ПДУ) 5803-91 (ДНАОП 0.03-3.22-91) Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10 — 60 кГц Промышленное электроснабжение 50 Гц

Выделяют, в частности:

 • временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного  поля (ГМП);

• ПДУ электростатического поля (ЭСП);

• ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП);

• ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ);

 

2.2 Микроволны

 

Микроволновое излучение, сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (длина волны от 1 м — частота 300 МГц до 1 мм — 300 ГГц).

Воздействие микроволнового излучения  на некоторое физическое тело приводит к его нагреву. На этом принципе основана работа СВЧ печей. Хотя в таких печах излучение изолировано, в случае если защита вышла из строя или была выполнена не качественно, есть риск получить ожог. Постоянное нахождение под излучением, не достаточным чтобы нанести мгновенный вред, но достаточно интенсивным приводит к нагреву внутренних органов, что также негативно сказывается на здоровье.

Однако источниками  микроволнового излучения являются не только СВЧ печи. К источникам такого излучения также относится оборудование, использующее СВЧ диапазон, например мобильные и радиотелефоны, хотя их мощность значительно ниже мощности используемой для нагревания в печах.

Стоит отметить, что влияние микроволнового излучения на окружающую среду до конца не изучено. Активно ведутся исследования влияния СВЧ волн на ионосферу. Выдвигались предположения, что в результате нагрева ионосферы происходят изменения в климате.

 

2.3 Инфракрасное излучение

Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны^[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении  значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами.

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят  на три составляющих:

• коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;
• средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;
• длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм;

Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение.

Т.к. инфракрасное излучение  инфракрасного диапазона входит в спектр Солнца, ИК-излучение малых мощностей безвредно, более того, необходимо живым организмам. Более мощные источники должны быть изолированы.

 

2.4 Видимое излучение. Свет

 

Видимое излучение —  электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длинами волн приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

Видимое излучение также  попадает в «оптическое окно», область  спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Искусственное осветление окружающей среды влияет на цикл роста  многих растений. Распространённые источники  белого света с большим удельным весом голубого света в спектре мешают ориентации многих видов насекомых, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц, старающихся облетать очаги цивилизации. Согласно наблюдениям, каждый уличный светильник ежесуточно является причиной гибели 150 насекомых. С учётом числа светильников в одной только Германии каждую ночь от них погибает более миллиарда насекомых. При этом не учтены многие другие источники света, такие как освещение промышленных комплексов, светящаяся реклама и освещение жилых домов.

Не до конца исследовано  воздействие светового загрязнения  на хронобиологию человеческого  организма. Возможны отклонения в гормональном балансе, тесно связанном с воспринимаемым циклом дня и ночи.

 

2.5 Ультрафиолетовое излучение

 

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением.

В действии коротковолнового излучения на живой организм наибольший интерес представляет влияние ультрафиолетовых лучей на биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты. Молекулы биополимеров содержат кольцевые группы молекул, содержащие углерод и азот, которые интенсивно поглощают излучение с длиной волны 260...280 нм. Поглощенная энергия может мигрировать по цепи атомов в пределах молекулы без существенной потери, пока не достигнет слабых связей между атомами и не разрушит связь. В течение такого процесса, называемого фотолизом, образуются осколки молекул, оказывающие сильное действие на организм. Так, например, из аминокислоты гистидина образуется гистамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивающее их проницаемость. Кроме фотолиза под действием ультрафиолетовых лучей в биополимерах происходит денатурация. При облучении светом определенной длины волны электрический заряд молекул уменьшается, они слипаются и теряют свою активность - ферментную, гормональную, антигенную и пр.

Процессы фотолиза и  денатурации белков идут параллельно  и независимо друг от друга. Они вызываются разными диапазонами излучения: лучи 280...302 нм вызывают главным образом фотолиз, а 250...265 нм - преимущественно денатурацию. Сочетание этих процессов определяет картину действия на клетку ультрафиолетовых лучей.

Самая чувствительная к действию ультрафиолетовых лучей функция клетки - деление. Облучение в дозе 10(-19) дж/м2 вызывает остановку деления около 90% бактериальных клеток. Но рост и жизнедеятельность клеток при этом не прекращается. Со временем восстанавливается их деление. Чтобы вызвать гибель 90% клеток, подавление синтеза нуклеиновых кислот и белков, образование мутаций, необходимо довести дозу облучения до 10(-18) дж/м2. Ультрафиолетовые лучи вызывают в нуклеиновых кислотах изменения, которые влияют на рост, деление, наследственность клеток, т.е. на основные проявления жизнедеятельности.