Воздействие электромагнитных полей (ЭМП) не является новым явлением. Однако в течение XX и в начале XXI века воздействие искусственных электромагнитных полей на окружающую среду неуклонно возрастало, поскольку растущий спрос на электроэнергию, постоянно развивающиеся технологии и изменения в социальном поведении создавали все больше и больше искусственных источников электромагнитных полей.
Каждый человек подвергается воздействию сложной смеси слабых электрических и магнитных полей как дома, так и на работе, от производства и передачи электроэнергии, бытовых приборов и промышленного оборудования до телекоммуникаций и радиовещания. В этой статье делается попытка объяснить основные принципы электромагнитных полей и их влияние на здоровье человека.
Каждый из нас ежедневно подвергается воздействию невидимого воздействия широкого спектра электромагнитных полей. Однако в последние три десятилетия быстрое развитие и внедрение передовых технологий, а также широкое использование сложных машин, устройств и оборудования увеличили значимость воздействия электромагнитных полей на окружающую среду.
Эти изменения широко воспринимаются широкой общественностью, и растет обеспокоенность по поводу возможного негативного воздействия этих полей на здоровье человека.
Результаты текущих исследований часто противоречивы или неясны. Это приводит лишь к дальнейшему нагнетанию страхов, растерянности и росту общественного недоверия к провозглашаемой электромагнитной безопасности в нашей среде.
Определение электромагнитных полей
Электрические поля
Электрические поля возникают за счет действия электрических зарядов Q (Кл), напряженность которых измеряется в вольтах на метр (В·м-1). Чем выше напряжение, тем сильнее создается поле. Электрическое поле может существовать и без протекания электрического тока.
Если, например, электрический прибор подключить к сетевой розетке, то для него будет создаваться связанное с ним электрическое поле (даже если само устройство не включено), величина которого будет пропорциональна напряжению подключенного источника.
Напряженность электрического поля максимальна в непосредственной близости от устройства и уменьшается по мере удаления от него. Наиболее распространенные строительные материалы, такие как дерево или металл, могут в значительной степени экранировать электрические поля.
Магнитные поля
Магнитные поля создаются за счет движения электрических зарядов, т. е. протекания электрического тока I (А). Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А·м-1), но обычно выражается магнитной индукцией, основной единицей которой является тесла (Тл).
Чем больше электрический ток, тем сильнее магнитное поле. Если электрический прибор включен и через него протекает ток, создается связанное с ним магнитное поле, величина которого будет пропорциональна току, потребляемому от подключенного источника (но электрическое поле будет постоянным).
Напряженность магнитного поля максимальна в непосредственной близости от устройства и уменьшается по мере удаления от него. Эти поля легко проникают в обычные строительные материалы, которые не могут их уменьшать.
Электромагнитные поля
Электромагнитные поля (ЭМП) состоят из электрической и магнитной составляющих. Соотношения между этими составляющими в общем случае описываются системой четырех уравнений Максвелла, из которых следует, что электромагнитные поля имеют вихревую природу и поэтому обладают определенной энергией, импульсом и инерцией.
Электромагнитные поля распространяются в пространстве со скоростью света (c = 299 792 458 м · с-1).
Статические поля
Статические поля неизменны во времени. Постоянный ток течет только в одном направлении, и его течение создает статическое электрическое поле (например, магнитное поле Земли или поле стержневого магнита).
Низкочастотные электрические поля и человек
Изменяющиеся во времени электромагнитные поля вызываются протеканием переменного тока, который меняет свое направление (ориентацию) через определенные промежутки времени (для распределительных сетей большинства европейских стран это 50 циклов в секунду или 50 Гц). Точно так же связанное электромагнитное поле меняет свою ориентацию.
Длина волны и частота характеризуют еще одно важное свойство электромагнитных полей, которые являются так называемыми квантовыми. Квантовые поля с более высокой частотой (более короткая длина волны) несут больший энергетический потенциал, чем поля с более низкой частотой (более длинная длина волны).
Электромагнитные волны, квант которых показывает недостаток энергии для разрыва химической молекулярной связи, называются неионизирующим излучением. Сюда входят, например, искусственные источники электромагнитных полей (электричество, микроволны и высокочастотные поля), которые расположены относительно в конце электромагнитного спектра длинных волн и низких частот. Их квант не может вырваться из химической молекулярной связи.
Однако некоторые электромагнитные волны несут столько квантов энергии, что разрывают химическую молекулярную связь. Эти электромагнитные волны, которые включают, например, гамма-излучение, космическое или рентгеновское излучение, называются ионизирующим излучением.
Источники электромагнитных полей
Естественные источники электромагнитных полей
Электромагнитные поля встречаются почти везде в нашей среде и не видны невооруженным глазом. Электрические поля создаются локальным накоплением электрических зарядов в атмосфере, связанным с грозами. Магнитное поле Земли ориентирует стрелку компаса в направлении север-юг и используется не только людьми, но также птицами и рыбами для навигации.
Искусственные источники электромагнитных полей
Искусственные источники электромагнитных полей - это результат деятельности человека, который использует их из-за их свойств (например, рентгеновские лучи), или они являются побочным продуктом (например, электрическая сеть) или их комбинацией (например, радиоволны более высоких частот для информации).
Низкочастотные поля (частоты от 0 до 300 Гц) являются типичным примером изменяющихся во времени электромагнитных полей, которые генерируются, например, линиями электропередачи или бытовыми электроприборами.
Примером источника электромагнитного поля от 300 Гц до 10 МГц является, например, экран компьютера.
Примерами источников радиочастот, т.е. высоких частот от 10 МГц до 300 ГГц являются, например, радио- и телевизионные передатчики, радары и антенны мобильной связи или микроволновые печи.
Воздействие электромагнитных полей на здоровье
По телу человека протекают электрические токи очень малых величин даже при отсутствии внешних электрических полей. Это связано с химическими реакциями, которые происходят в организме человека как часть нормальных функций организма.
Большинство биохимических реакций, от пищеварения до мозговой деятельности, сопровождаются движением электрически заряженных частиц. Наше сердце также электрически активно, поэтому врачи могут контролировать его активность с помощью электрокардиограммы.
Электрические поля низкой частоты действуют на организм человека так же, как и на любое другое вещество, в структуре которого есть заряженные частицы. Когда эти поля воздействуют на тело человека, по его поверхности перемещаются электрические заряды. В результате электрический ток течет через тело на землю.
Низкочастотные магнитные поля вызывают в теле человека циркулирующие токи, интенсивность которых зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Если интенсивность магнитного поля достаточно велика, может возникнуть раздражение нервов или мышц, или воздействовать на другие биологические процессы.
Когда человек находится непосредственно под высоковольтной воздушной линией, в его теле индуцируются напряжения и токи под действием электрических и магнитных полей. Тем не менее, они очень низкие по сравнению с порогами, вызывающими поражение электрическим током или другие электрические эффекты.
Основным биологическим эффектом высокочастотных полей является нагрев. Значения воздействия высокочастотных полей, которым обычно подвергаются люди, значительно ниже, чем они могут вызвать значительный нагрев.
Исследователи также рассматривают вопрос о том, не являются ли тепловые эффекты ниже порога разогрева тела результатом длительного воздействия. Однако не подлежит сомнению, что электромагнитные поля с интенсивностью, превышающей определенное значение, могут оказывать вредное биологическое действие.
Результаты экспериментов, проведенных на здоровых добровольцах, свидетельствуют о том, что кратковременные воздействия со значениями, распространенными в нашей среде или домашнем хозяйстве, не вызывают каких-либо явных вредных последствий.
Повышенная частота раздражения глаз и катаракты была обнаружена у некоторых сотрудников, которые профессионально подвергаются воздействию более высоких уровней высокочастотных полей или микроволнового излучения. Однако эксперименты на животных не подтвердили, что значения, которые в норме не представляют термического риска, могут быть причиной этих форм глазных болезней.
Электромагнитная гиперчувствительность и депрессия
Некоторые люди считают, что их «повышенная чувствительность», незначительные проблемы, головные боли, депрессия, вялость, нарушения сна или даже судороги или припадки являются результатом действия электрических или магнитных полей.
Предположение об электромагнитной сверхчувствительности подтверждается одним небольшим научным доказательством недавних скандинавских исследований.
Было обнаружено, что люди, которые были обследованы в строго контролируемых условиях воздействия электромагнитного поля, не имеют одинаковых биологических реакций и что нет приемлемого биологического механизма, объясняющего эту различную гиперчувствительность.
Исследования в этой области особенно затруднены именно потому, что существует множество других телесных процессов внутреннего происхождения, не связанных напрямую с воздействием электромагнитного поля.
Электромагнитные поля в домашних условиях
Фоновый уровень электрических и магнитных полей сетевой частоты в бытовых условиях создается совокупностью передачи, преобразования и распределения электроэнергии, бытовыми установками и бытовыми приборами. Однако напряженность как электрического, так и магнитного полей относительно резко падает по мере удаления от источника.
Фон магнитных полей в жилых домах вне ЛЭП составляет около 0,2 мкТл. Магнитные поля непосредственно под воздушной линией электропередачи намного сильнее. Плотность магнитного потока на уровне земли может достигать значений до нескольких мкТл.
Наиболее сильные электрические поля сетевой частоты, с которыми можно столкнуться в нашей среде, возникают под высоковольтными линиями электропередачи. Их значения могут достигать 10 кВ·м–1непосредственно под ЛЭП, но уже на расстоянии от 50 до 100 м от линий находятся на уровнях, обычных для сред без линий электропередачи.
Наиболее сильные магнитные поля с частотой сети, с которыми можно столкнуться в бытовых условиях, возникают в непосредственной близости от электродвигателей или других электроприборов или специальных устройств.
Напряженность поля не зависит от размера, сложности, производительности или шума электрооборудования. Даже у, казалось бы, одинаковых устройств напряженность магнитных полей может значительно различаться. Эти различия в напряженности магнитного поля связаны с конструкцией прибора.
Напряженность магнитного поля всех приборов очень резко падает с увеличением расстояния. На расстоянии 30 см напряженности магнитных полей большинства приборов более чем в сто раз ниже установленного гигиенического предела, который для остальных лиц (населения) составляет 100 мкТл при частоте 50 Гц.
Современные компьютеры оснащены токопроводящими экранами, снижающими интенсивность статических полей до уровня обычного фона в домах или на рабочих местах.
На расстоянии от 30 до 50 см от монитора компьютера магнитная индукция переменного магнитного поля частотой 50 Гц достигает менее 0,7 мкТл, а напряженность переменного электрического поля составляет примерно от 1 до 10 В·м–1.
Домашние микроволновые печи работают с большой мощностью. Однако благодаря эффективному экранированию утечка СВЧ-излучения в окружающую среду ограничивается практически необнаружимой величиной и, кроме того, их интенсивность очень резко снижается с увеличением расстояния.
В большинстве стран для производителей установлены стандарты, определяющие максимально допустимый уровень утечки микроволн для новых приборов, а печи, соответствующие этим стандартам, не представляют опасности для здоровья потребителей.
Портативные домашние телефоны работают с гораздо меньшей интенсивностью, чем мобильные телефоны, так как их радиус действия от базовой станции очень мал. По этой причине высокочастотные поля и, следовательно, воздействие этих телефонов на здоровье незначительны.
Электромагнитные поля в окружающей среде
Радары
Радары используются для навигации, метеорологических и военных целей, а также для многих других целей. Радары излучают импульсные микроволновые сигналы. Пиковая мощность импульса может быть большой, хотя средняя мощность невелика.
Многие радары вращаются или перемещаются вверх и вниз. Это снижает среднюю удельную мощность (Вт · м–2), что является нагрузкой на окружающую среду рядом с ними.
Однако даже невращающиеся военные радары ограничивают электромагнитное излучение ниже гигиенических пределов в местах со свободным доступом населения.
Системы безопасности
В устройствах защиты от кражи в магазине используются RFID-метки товаров, которые удаляются или деактивируются после покупки. На выходах установлены электрические катушки, которые обнаруживают эти метки при краже. Такие системы, как системы контроля доступа в здания, работают по тому же принципу. Электромагнитные поля катушек обнаружения обычно не превышают установленных гигиенических пределов.
Металлодетекторы и системы безопасности аэропортов излучают сильные магнитные поля до 100 мкТл. В непосредственной близости от корпуса металлоискателя магнитные поля могут приближаться, а в некоторых случаях и превышать указанные гигиенические пределы, но и это не представляет опасности для здоровья человека.
Электропоезда и трамваи
В электропоездах дальнего следования пассажиры нагружаются электромагнитными полями от контактной сети. Воздушные линии излучают электромагнитные поля с частотой 50 Гц, а также их низшие и высшие гармоники.
Такие электромагнитные поля пронизывают поезда и кабину машиниста. Кроме того, электромагнитные поля проникают в кабину машиниста через дверь машинного отделения и пол (эти поля достигают наибольших значений при пуске и динамическом торможении). Однако ни в пасажирском солоне, ни в кабине водителя напряженность магнитного поля не достигает установленных гигиенических пределов, т. е. 1 · 10–4 Тл для окружающих и 5 · 10–4 Тл для водителей.
Напряженности магнитных полей в пассажирских вагонах дальнего следования могут составлять от нескольких десятков до сотен микродотсел, а напряженности электрических полей могут достигать значений до 300 В·м–1.
Максимальное значение магнитной индукции 2,4 · 10–5 Тл было установлено по результатам экспериментальных измерений в кабине машиниста локомотива переменного тока напряжением 25 кВ (50 Гц).
Тяговые двигатели и другое тяговое оборудование обычно располагают под полом пассажирских вагонов в поездах электропоездов и в городских трамваях. На уровне пола напряженность магнитного поля может достигать десятков микротесла. Однако эти значения резко уменьшаются с увеличением расстояния от источника.
Телевидение и радио
Радиосигналы распространяются с использованием амплитудной модуляции (АМ) или частотной модуляции (ЧМ). АМ-радиосигналы передаются антеннами, высота которых может достигать нескольких десятков метров. Указанные антенны расположены в местах, недоступных для населения.
Воздействие в непосредственной близости от этих антенн и силовых кабелей может достигать относительно высоких уровней. Высота антенн FM-телевидения и радио намного меньше высоты антенн AM-радио. FM-антенны установлены на вершинах антенных мачт.
Экспозиции в основании этих башен находятся ниже гигиенических норм, поэтому эти места обычно открыты для посещения. Что касается малых местных телевизионных и радиоантенн, которые размещаются на крышах зданий, то доступ к ним населения должен быть контролируемым.
Электромагнитные поля и базовые станции мобильной связи
Маломощные высокочастотные устройства передают и принимают сигналы от сети маломощных стационарных базовых станций. Базовые станции мобильной связи обычно размещают на крышах зданий или вышек на высоте от 15 до 50 метров.
Антенны излучают очень узкий пучок радиоволн, который распространяется в основном параллельно земле. По этой причине напряженности высокочастотных полей на уровне земли и в местах, обычно доступных для населения, в несколько раз ниже гигиенических пределов.
Превышение предельных значений было бы возможно только на расстоянии одного-двух метров в зоне непосредственно перед антенной базовой станции.
Для владельцев мобильных телефонов возможен еще один источник высокочастотных полей - само устройство. Он находится прямо на ухе звонящего при звонке, при этом голова поглощает излучаемую энергию.
Сложное компьютерное моделирование и измерения, проведенные на моделях головы, показывают, что энергия, поглощаемая мобильным телефоном, не превышает действующих в настоящее время гигиенических пределов.
Еще одна область исследований мобильных телефонов — нетепловые эффекты передаваемых частот. К ним относятся скрытые эффекты на клетки, которые могут повлиять на развитие рака, или эффекты на электрически раздражающие ткани, которые могут повлиять на работу мозга и нервной ткани.
Однако на сегодняшний день не представлено убедительных и надежных доказательств вредного воздействия мобильных телефонов на здоровье человека, которые могут повлиять на развитие рака, или воздействуют на электрически раздражающие ткани, которые могут повлиять на работу мозга и нервной ткани.
Магнитные поля вокруг нас
За последние несколько лет компетентные органы различных стран провели ряд обследований, чтобы выяснить истинные значения магнитных полей в окружающей среде. Ни одно из этих исследований не подтвердило, что измеренные уровни этих полей могут иметь негативные последствия для здоровья.
Электромагнитные поля для сотрудников и других лиц
Федеральное управление радиационной безопасности (Германия) недавно измерило ежедневное воздействие магнитных полей примерно на 2000 человек. Эти люди были снабжены детекторными дозиметрами в течение 24 часов и подвергались воздействию излучения широкого спектра магнитных полей из профессиональных и общественных помещений.
Измеренные значения сильно различались, но в результате среднесуточная экспозиция составила 0,10 мкТл. Это значение в тысячу раз ниже установленного гигиенического предела в 100 мкТл для других лиц (население) и в двести раз ниже значения 500 мкТл для работников (профессиональная нагрузка).
Не было никакой разницы между облучением людей, живущих в городских центрах, и людей, живущих в сельской местности. Кроме того, облучение людей, проживающих вблизи открытых высоковольтных линий электропередач, незначительно отличалось от среднего значения облучения для остального населения.
Европейские гигиенические пределы воздействия
| Источник | Частота в электрической сети | Частота базовых станций мобильной связи | Частота микроволновых печей | ||
| Частота | 50 Гц | 50 Гц | 900 МГц | 1,8 ГГц | 2,45 ГГц |
| Отслеживаемые значения | электрическое поле (В · м-1) | магнитное поле (мкТл) | поверхностная плотность потока излучения (Вт · м-2) | поверхностная плотность потока излучения (Вт · м-2) | удельная мощность (Вт · м-2) |
| Предельные значения воздействия для всех лиц | 5000 | 100 | 4,5 | 9 | 10 |
| Пределы воздействия на рабочем месте | 10000 | 500 | 22,5 | 45 | - |
В рекомендациях по гигиене ICNIRP (Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения) фактор безопасности для воздействия электромагнитных полей на рабочих выше, чем на других.
Основная причина заключается в том, что часть населения, определяемая как работающие, составляют взрослые лица, в силу своей профессии ознакомленные с гигиеной и охраной труда и находящиеся на санитарном контроле (входные и периодические медицинские осмотры).
Эти работники осознают возможные риски и обязаны использовать предписанные средства индивидуальной защиты и соблюдать меры предосторожности. Остальное население, которое определяется как другие люди, состоит из людей всех возрастов, разного происхождения и опыта, чье состояние здоровья, как правило, может быть очень разным.
В большинстве случаев окружающие даже не осознают, что подвергаются воздействию электромагнитных полей, поэтому нельзя ожидать от них принятия каких-либо мер защиты или безопасности для минимизации рисков для здоровья.
EMP
Есть еще одно физическое явление, которое вызывает относительно сильное электрическое поле, хотя и на очень короткое время. Это явление называется EMP (Nuclear Electro-Magnetic Pulse, ядерный электромагнитный импульс).
Он образуется при ядерном взрыве, когда выделяющееся при взрыве гамма-излучение выбрасывает электроны из молекул воздуха (эффект Комптона).
Эти электроны ускоряются в радиальном направлении, отделяясь таким образом от ионизированных молекул воздуха. В результате за несколько наносекунд генерируется сильное электрическое поле и излучается короткий электромагнитный импульс в результате быстро меняющегося переноса заряда.
При высотном ядерном взрыве (выше 40 км от поверхности Земли) гамма-излучение широко распространяется, не достигнув атмосферы Земли, и тогда ядерный электромагнитный импульс имеет достаточный радиус действия. Его размер вблизи Земли может составлять несколько тысяч километров.
Длительность импульса составляет примерно от 100 нс до 10 мкс, а напряженность электрического поля может достигать 100 кВ · м–1 при времени нарастания 10 нс.
Ядерный взрыв где-то в космическом пространстве может не только повлиять на живые организмы на Земле, но и вызвать перенапряжения в электрооборудовании и воздушных линиях с эффектами, аналогичными ударам молнии, только с более высокой долей высоких частот (примерно до 10 ГГц).
На практике действие электромагнитного поля, вызванного этим явлением, трудно доказать, однако упомянутое явление, безусловно, заслуживало бы большего внимания, даже как тема серьезного научного исследования.
Заключение
Международные рекомендации по гигиеническим пределам воздействия для всех электромагнитных полей были разработаны Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), неправительственной организацией, которая является официальным партнером Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в международном проекте EMF.
Как правило, воздействие электромагнитных полей в указанных гигиенических пределах не вызывает каких-либо известных неблагоприятных последствий для здоровья. Начиная с уровня, значения которого явно являются причиной последствий для здоровья, применяется высокий коэффициент безопасности.
Поэтому при кратковременном воздействии электромагнитного поля с интенсивностью, даже в несколько раз превышающей установленный гигиенический предел, результирующий эффект все же будет в безопасной для здоровья области. Это гарантирует минимальный риск для здоровья при соблюдении гигиенических норм.
Смотрите также: Защита человека от воздействия электромагнитного излучения