Исследование влияния космических электромагнитных полей на человека

Методики защиты живых  организмов от воздействия геомагнитного  поля сводятся к методикам, позволяющим  полностью избавиться от воздействия ГМП или по крайней мере сильно уменьшить его влияние. В настоящее время имеется пять методов получения пространства с гипомагнитной средой: 1) наложение полей – изменение векторов ГМП с помощью полосового магнита; 2) астатизация – сведение ГМП к нулю с помощью определенным образом расположенных магнитов; 3) экранирование с применением материалов очень высокой магнитной проницаемости; 4) компенсация с помощью колец Гельмгольца; 5) комбинированное экранирование с помощью мю-металла и активной электрической компенсации.

Следует отметить, что  экран из указанных сплавов не поглощает  магнитные силовые  линии Земли, а лишь концентрирует  и как бы отводит их от экранирующего  объекта в сторону меньшего сопротивления. В ряде случаев кратковременное пребывание в гипомагнитной среде приводит к сильным нарушениям свойств биологических объектов. У людей, которые в течение  пяти дней находились в полностью экранированной комнате, изменялась критическая частота мелькания, изменялся период циркадных ритмов (26,65±1.024 часа против 25±0.55 часа), изменяется ритмика некоторых функциональных процессов. При длительном нахождении биологических объектов  в условиях полного экранирования резко нарушаются физиолого-биохимические свойства, наблюдается атипический рост клеток и тканей, нарушении морфологии и функционирования внутренних органов, отмечается преждевременная смерть. У микроорганизмов  в гипомагнитных условиях появляются мутантные формы клеток.

Защита от воздействия  внешних ЭМП может проводиться двумя способами – активным и пассивным [2]. Активная защита заключается в том, что чувствительный прибор  измеряет  величину внешнего поля и управляет током в катушках, которые создают магнитное поле, равное по величине и направленное противоположно действующему; тем самым компенсируется действие внешнего поля.

Для компенсации геомагнитного  поля используют систему колей (обычно две-три пары), расположенных во взаимно  перпендикулярных плоскостях. По этим кольцам, на которые настраиваются  витки калибровочного медного провода, пропускается постоянный ток. Величина тока рассчитывается  так, чтобы магнитное поле, образующееся в результате  индукции, компенсировало ГМП. Наибольшее распространение получили кольца Гельмгольца в их различных модификациях. Компенсационные методики в корне отличаются от методик с полным экранированием, хотя назначение обоих методик – создание гипомагнитной среды.

Различие заключается  в том, что в компенсационных  экспериментах остается неизменным естественный электромагнитный комплекс во всем диапазоне частот, а при полном экранировании он устраняется. Следовательно, при компенсационных экспериментах на организм возможно воздействие короткопериодических колебаний ГМП, атмосферного электричества и других видов естественных электромагнитных полей. Однако, если кольца Гельмгольца не имеют автоматической следящей системы и рассчитаны на компенсацию только одного определенного среднего уровня постоянного поля в данном месте, то в особенно сильно возмущенные дни возможно влияние на объект возмущений гелиогеомагнитной обстановки. Поэтому  всегда необходимо использовать специальную электронную систему, следящую с высокой точностью  за изменением уровня ГМП и составляющих его элементов [8].

Однако из-за размеров катушек активная защита работает хорошо только на низких частотах, поэтому наряду с активными методами защиты от магнитных полей применяется  пассивный, заключающийся в экранировании от внешних полей.

В зависимости от характера  и мощности источника излучения, диапазона волн можно рекомендовать несколько типов  экранов: отражающие (сплошные металлические, сетчатые металлические, мягкие металлические, с хлопчатобумажной или другой ниткой) и поглощающие экраны [9].

Эффективность экранирования  характеризуется отношением напряженности  ЭМП в какой либо точке пространства без экрана к напряженности поля в этой же точке  с экраном:

   или  ,                                 (1)

где Е и Н  - максимальные значения напряженности электрического и магнитного полей на определенном расстоянии от источника излучения без экранирования, Н_э и Е_э - то же, при экранировании.

Для СВЧ-диапазона:

,                                              (2)

где ППМ – плотность  потока мощности без экранирования, ППМэ – то же, при экранировании. Обычно коэффициент эффективности эчя                мм                 кранирования выражается в децибеллах.

Зная нужную степень  ослабления электромагнитных колебаний, толщину экрана для нормирования электрической или магнитной составляющей ЭМП  можно рассчитать из выражения:

,                                                  (3)

где - угловая частота излучения, μ- магнитная проницаемость экрана, σ – удельная проницаемость (для меди σ = 5,8*10⁷1/Ом*м, для стали σ=9,7 *10⁶ 1/ Ом*м).

Для волн миллиметрового, сантиметрового и дециметрового  диапазона

.                                            (4)

Среди радиоэкранирующих  материалов сетчатые экраны занимают особое место, так как имеют многочисленные преимущества при создании гибких или протяженных экранов, требуют меньших материальных затрат. Учитывая, что экранирующие свойства  сетчатых экранов хуже, чем сплошных, их целесообразно применять для ослабления напряженности ЭМП в 20-30 дБ (100-1000 раз). Экспериментальные данные по эффективности сплошных сетчатых экранов приведены в таблицах 1 и 2.

Эластичные экраны предназначены  для изготовления экранных занавесей, штор, драпировок, специальной защитной одежды – комбинезонов, халатов, капюшонов и т.п.

 

 

Таблица 1. Эффективность  сплошных сетчатых экранов

Длина волны 10 см			Длина волны 3 см
Диаметр проволоки, мм	Число ячеек на 1 см2	Ослабление, дБ	Диаметр проволоки, мм	Число ячеек на 1 см2	Ослабление, дБ
0.53	16	28	0.2	64	20
0.45	25	35	0.18	144	23
0.36	64	38	0.08	441	35
0.25	81	42
0.12	169	49
0.08	559	50

 

 

Таблица 2. Эффективность  экранирования ЭМП металлическими сетками

Частота, кГц	Медь		Сталь
	Диаметр проволоки 0,1 мм, ячейки1х1 мм	Диаметр проволоки  1 мм, ячейки10х10 мм	Диаметр проволоки 1 мм, ячейки 1х1 мм	Диаметр проволоки 1 мм, ячейки 10х10 мм
10	3.5·106	106	6·104	2·105
100	3.5·105	105	5·104	5·104
1000	105	1.5·104	1.5·104	2·104
10000	1.5·103	1.5·102	4·103	1.5·103
100000	1.5·103	1.5·102	9·102	1.5·102

 

Материалом для данного  типа радиоотражающих экранов служит специальная ткань, в структуре  которой тонкие металлические нити образуют сетку с ячейками размером 0.5х0,5 мм. Металлические нити скручены с  натуральными (шелк, хлопок) или  синтетическими волокнами (вискоза, капрон), которые служат электрической изоляцией. Металлизированная ткань (СТУ 36-12-199-63, арт.7289) обладает хорошими защитными свойствами, которые повышаются с увеличением длины волны (таблица 3).

 

Таблица 3. Эффективность  металлизированной ткани

Длина волны, см	0,8	3,2	10	25	50	100
Ослабление мощности ЭМП, дБ	20	28	40	43	46	54

 

Разработана радиозащитная  ткань без микропровода, которая  отвечает указанным требованиям. Получают ее из гидратцеллюлозного волокна «электрон-3». Введение модифицированных добавок  и изменение технологического режима путем варьирования  ряда параметров позволяет изменять удельное сопротивление волокна в пределах 0,01-10 Ом·см и модуль диэлектрической проницаемости от100 до 500 и от 300 до 800. При этом в диапазоне длин волн 1-100 см достигается поглощение 15-25 дБ.  На основе волокна «электрон-3» разработан оптимальный вариант защитной ткани «ТЭ-3 защитная» с коэффициентом ослабления  до 15 дБ, пониженной сминаемости, достаточной воздухопроводности, с удовлетворительными физико-химическими свойствами.

Радиоизлучения могут  проникать в помещения, где находятся  люди через оконные и дверные  проемы. Для экранирования смотровых  окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется  металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов - медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью. Будучи нанесенной на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне 0,8 – 150 см на 30 дБ (в 1000 раз). При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 40 дБ (в 10000 раз).

Применение поглощающих  экранов обеспечивает создание условий, эквивалентных безграничному свободному пространству,  и ослабление отраженного  ЭМП. В качестве поглощающего  используют материалы из древесины, поролона, кремнийорганического каучука, полихлорвиниловых смол с наполнителем в виде карбонильного железа и др. Поглощающие материалы должны обладать  следующими свойствами: 1) минимальной величиной отражения электромагнитной энергии и широким диапазоном частот; 2) большой величиной затухания проникающих внутрь материала излучений, чтобы падающая энергия поглощалась в достаточной степени; 3) не изменять поляризации отраженных колебаний; 4) незначительно изменять величину отражения энергии в зависимости от угла падения радиоволн.

До настоящего времени  основным требованием ко всем типам электромагнитных экранов являлось получение максимально возможного коэффициента затухания электромагнитной волны на выходе из материала экрана.

Магнитный экран из лент аморфного металлического сплава (АМС) предназначен для экранирования постоянных и переменных магнитных полей радиоэлектронной аппаратуры, для изготовления защитной одежды, штор, защитных занавесей в служебных помещениях с повышенной напряженноетью электромагнитных полей, для создания многослойных конструкций и объемов, экранирующих магнитное поле Земли. Он представляет собой гибкий листовой материал типа “рогожка” полотняного переплетения, изготовленный из лент марки КНСР, шириной 850-1750 мм, толщиной 0,02-0,04 мм и обеспечивает эффективность экранирования в 10 раз большую, чем экран из пермаллоя той же массы.

Экранирующая ткань  с микропроводом предназначена  для снижения уровня электромагнитного  излучения в бытовых условиях не менее чем в три раза (от 10 дБ). Ткань изготавливается из хлопчатобумажных нитей полотняного переплетения. В качестве активного компонента содержит комбинированную нить, получаемую дублированием аморфного ферромагнитного микропровода в стеклянной изоляции с нитью хлопчатобумажной основы и используется для изготовления специальных штор, гардин, для пошива спецодежды.

Тканый радиопоглощающий материал (ТРМ) предназначен для поглощения энергии электромагнитного излучения. Материал применяется, главным образом, для защиты от СВЧ-излучения, особенно для борьбы с переотражениями. При  использовании в замкнутом пространстве материал препятствует возникновению стоячих волн. ТРМ представляет собой гибкое тканое покрытие, которое можно крепить как непосредственно на защищаемую поверхность, так и в виде штор.

В некоторых случаях  стены покрывают специальными красками. В качестве токопроводящих пигментов в этих красках применяют коллоидное серебро, медь, графит, алюминий, порошкообразное золото. Обычная масляная краска обладает довольно большой отражающей способностью (до 30%), гораздо лучше в этом отношении известковое покрытие. В настоящее время разработано защитная краска “Тиколак”, покрытия из которой способны надёжно защищать от неблагоприятного воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне частот от нескольких герц до десятков гигагерц. Если излучение на низких частотах отражается, то на высоких и СВЧ - большая часть его поглощается, переходя в тепло из-за возникновения вихревых токов. Меняя состав наполнителя удается управлять соотношением “отражение – поглощение”. Один слой “Тиколака” толщиной всего в 70 мкм снижает интенсивность ЭМИ в 3 – 3,5 раза. Кроме того, это защитное покрытие может снижать воздействие геомагнитных бурь.