Характеристика излучений

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Общие понятия

Мы живём в материальном мире, всё многообразие которого проявляется всего в двух формах существования – веществе и поле. Поля окружают нас не в меньшей степени, чем вещества, поэтому судить о возможных опасностях со стороны полей столь же необходимо, как и со стороны, например, радиоактивных, химически или биологически опасных веществ. Известны поля – гравитационное, поле ядерных сил, электромагнитное поле и др. Известны также физически представимые подходы к описанию полей, основанные на предположении о их корпускулярной и волновой природе.

Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов. Электромагнитные волны — это взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем. Несмотря на то, что свойства электромагнитных волн различны, все они, начиная от радиоволн и заканчивая радиоактивным гамма-излучением, — одной физической природы.

Электромагнитные волны наносят вред здоровью человека по разным механизмам, суть которых будет обсуждаться позже. Одно неоспоримо, производимый эффект тем сильнее, чем больше энергия облучающего, а следовательно, поглощаемого человеком электромагнитного излучения.

Доказано, что как излучение, так и поглощение электромагнитных волн происходит отдельными порциями, квантами. Энергия кванта описывается очень простым выражением:

Е = hν,

где h – постоянная Планка (Макс Планк - нем. физик, впервые выдвинувший идею о квантовании энергии), ν – частота излучения. Электромагнитные волны кроме частоты могут быть охарактеризованы длиной волны (λ), которая связана с частотой тоже весьма просто: λ = с/ν, где с – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме; с = 2, 997925 × 10⁸ м/с. Отсюда вытекает, что энергия кванта электромагнитного излучения тем больше, чем больше частота излучения или меньше его длина волны. Поэтому все дальнейшие рассуждения о наносимом электромагнитным излучением ущербе будут прямо связаны с длиной волны и частотой излучения.

Характеристика излучений

________

*нм – нанометр, 10^{-9 м}

Из приведённой таблицы с очевидностью следует, что энергии квантов излучений в направлении от космических лучей к радиоволнам падают; в этом же направлении убывает опасность воздействия излучений, связанная с энергией квантов.

Кванты ионизирующих излучений обладают столь высокой энергией, что, взаимодействуя с встречающимися на их пути молекулами, например, воздуха, «выбивают» из молекул электроны, превращая их в положительно заряженные ионы (катионы). Освободившиеся электроны, встречаясь с другими нейтральными молекулами могут образовать отрицательно заряженные ионы (анионы). Такова упрощенная схема ионизации, а излучения, представленные высокоэнергетичными квантами, получили название ионизирующих. Весьма существенен ещё один факт. Кванты ионизирующих излучений, взаимодействуя с органическими молекулами биологических объектов, образуют заряженные «обрывки» молекул – радикалы, которые очень реакционноспособны и в силу этого обстоятельства весьма канцерогенны. Получается, что деление излучений на ионизирующие и неионизирующие подразделяет их и по степени онкологической опасности их воздействия.

Уместно отметить, что видимый свет, под которым на Земле живём мы и всё сущее, с позиций наблюдаемого и с точки зрения квантовых представлений совершенно не опасен; тем более неопасны излучения с ещё меньшей длиной волны.

Однако энергия излучения определяется не только энергией отдельного кванта, но и числом квантов, которое зависит от природы или конструкции конкретного излучателя. В самом деле, в приведённой выше видно, что излучения расположены сверху вниз в порядке убывания энергии кванта излучения, т.е. наибольшую опасность, например, должны представлять солнечные лучи, а наименьшую – радиоволны, в то время как, находясь вблизи антенны мощного радиопередатчика можно получить большее поражение, чем от умеренных солнечных лучей.

Источниками электромагнитных полей являются атмосферное электричество, космические лучи, излучение солнца, радиоактивные материалы, а также искусственные источники: различные генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров, высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), измерительные приборы, устройства защиты и автоматики, соединительные шины и др.

Электромагнитная волна, распространяясь в неограниченном пространстве со скоростью света, создает переменное электромагнитное поле, которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии.

Ткани человеческого организма поглощают энергию электромагнитного поля, в результате этого происходит нагрев тела человека. Проводящие электрический ток ткани человеческого организма (жидкие составляющие тканей, кровь и т.д.) нагреваются в результате возникновения в них вихревых токов, а непроводящие, т.е. диэлектрики (хрящи, сухожилия и т.д.) — в результате возбуждаемых электромагнитным полем колебаний молекул диэлектрика с последующей их поляризацией, происходящих тоже с выделением тепла. Интенсивнее всего электромагнитные поля воздействуют на органы и ткани с большим содержанием воды: мозг, желудок, желчный и мочевой пузырь, почки. При воздействии электромагнитного излучения на глаза человека возможно помутнение хрусталика (катаракта).

Как известно, человеческий организм обладает свойством терморегуляции, т.е. поддержания постоянной температуры тела. При нагреве человеческого организма в электромагнитном поле возможен отвод избыточной теплоты до плотности потока энергии I = 10 мВт/см². Эта величина называется тепловым порогом, начиная с которого система терморегуляции не справляется с отводом генерируемого тепла. Начиная с этой величины, происходит перегрев организма человека, что негативно сказывается на его здоровье (например, тепловой удар, ожоги различной степени тяжести).

Воздействие электромагнитных полей с интенсивностью, меньшей теплового порога, также небезопасно для здоровья человека. Оно нарушает функции сердечно-сосудистой системы, ухудшает обмен веществ, приводит к изменению состава крови, снижает биохимическую активность белковых молекул. При длительном воздействии электромагнитного излучения на людей, по работе связанных с электромагнитным излучением, возникают повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна, боли в области сердца, торможение рефлексов и т.д.

Обращаясь к более детальному рассмотрению различных областей электромагнитных излучений, отметим, что ионизирующие излучения (кроме ультрафиолетового) рассмотрены в разделе, посвященном радиационноопасным веществам.