БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
«Влияние магнитных полей на ранние стадии онтогенеза на представителей семейства бобовых (горох)»
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
Основная часть
1. Магнитное поле
1.1 Единицы измерения
1.2 Электромагнитное поле
2. Источники магнитного поля
2.1 Естественные источники МП
2.2 Основные источники электромагнитных полей
2.3 Магнитное поле промышленной частоты и мероприятия по защите от него
3. Воздействие магнитных полей на биологические объекты и человека
3.1 Механизмы воздействия МП
3.2 Роль МП в онтогенезе биологических объектов
3.3 Влияние ЭМП на человека
4. Основы системы санитарно-гигиенического нормирования электромагнитных полей в России
Практическая часть
I. Конструкция куба катушек Гельмгольца
II. Расчет параметров магнитного поля
Проведение эксперимента
Результаты экспериментов
Заключение
Используемая литература
Введение
В процессе эволюции и жизнедеятельности человек испытывает на себе влияние естественного электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды. Результаты современных исследований свидетельствуют, что живые организмы, от одноклеточных до высших животных и человека, обнаруживают высокую чувствительность к магнитным полям, параметры которого близки к естественным параметрам полей биосферы.
Магнитные поля (МП) естественных источников (геомагнитное поле) существенно влияют на формирование биологических ритмов. Выявлены достаточно достоверные взаимосвязи между солнечной и геомагнитной активностью и возрастанием проявлений гипертонических кризисов, инфарктов миокарда, психопатологических расстройств.
Искусственные источники создают МП значительно больших интенсивностей, нежели естественные. Клинико-физиологическими и эпидемиологическими исследованиями установлено, что МП искусственного происхождения играют определенную роль в развитии сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических заболеваний, болезней крови, а также могут оказывать влияние на генетические структуры, при систематическом воздействии МП вызывают выраженные изменения в состоянии здоровья населения, в том числе у лиц, профессионально не связанных с источниками МП, причем эффекты воздействия слабоинтенсивных полей могут носить отдаленный характер.
Отмечена высокая чувствительность и поражаемость нервной системы, хрусталика глаз, семенных желез у мужчин, выявлены нарушения функциональной регуляции всех звеньев эндокринного аппарата, нарушение липидного обмена и ряд других отклонений. Значительное число работ свидетельствуют об отрицательном воздействии МП на генетические структуры, клеточные мембраны, иммунную систему, гормональный статус. В публикациях последних лет активно обсуждается вопрос о канцерогенной опасности ЭМП промышленной частоты (50,60 Гц).
Исследование влияния электромагнитного излучения антропогенных источников представляет большую сложность. Это обусловлено следующими основными причинами:
· в большинстве случаев неприемлемо ограничение выброса загрязняющего фактора в окружающую среду;
· невозможна замена данного фактора на другой, менее токсичный;
· невозможна очистка эфира от нежелательных излучений;
· неприемлем методический подход, состоящий в ограничении ЭМП до природного фона;
· вероятно долговременное воздействие ЭМП (круглосуточно и даже на протяжении ряда лет);
· воздействие на большие контингенты людей, включая детей, стариков и больных;
· трудности статистического описания параметров излучений от многих источников, распределенных в пространстве и имеющих различные режимы работы.
Признается, что проблема электромагнитной безопасности приобретает в последнее время социальное значение. Ситуация осложняется тем, что органы чувств человека не воспринимают ЭМП до частот видимого диапазона, в связи с чем определить степень опасности облучения без соответствующей аппаратуры практически невозможно [2]. Но воздействие МП может оказаться и полезным. Более 100 лет назад естествоиспытатель Трандо сделал открытие, что в магнитном поле все химические реакции, в том числе и в живых организмах, протекают быстрее. Под влиянием магнитного поля все процессы внутри организма резко активизируются.
Новейшими исследованиями установлено, что магнитное поле Земли воздействует на живой организм на клеточном уровне, регулируя механизмы тканевого дыхания, упорядочивает структуру клеточных жидкостей [15].
1. Магнитное поле
Появление жизни, ее эволюция во многом обязаны магнитному полю.Есть предположение, что даже тоска по родине обусловлена несоответствиемвнешнего магнитного поля внутреннему.
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется связь и взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Везде, где существует движущийся электрический заряд или ток, возникает магнитное поле [14]. Постоянным называется магнитное поле, в котором значение вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяется со временем. Постоянное магнитное поле существует вокруг неподвижного магнита или неподвижного проводника с постоянным током.
Переменное магнитное поле получается не только при движении магнита или проводника с постоянным током относительно наблюдателя. Также магнитное поле изменяется в пространстве, окружающем неподвижный проводник с изменяющимся током. Так, при замыкании электрической цепи ток за некоторый промежуток времени возрастает от нуля до своего наибольшего значения, достигнув которого, он перестает изменяться. При этом вместе с током изменяется и его магнитное поле. Наоборот, при размыкании цепи ток и его магнитное поле уменьшаются до нуля. При этом вектор В меняется не только по модулю, но и по направлению[23].
Комбинированное магнитное поле является суперпозицией коллинеарных постоянного (им может быть геомагнитное поле ~50 мкТ) и переменного магнитных полей. Магнитное поле действует на электрические токи, движущиеся заряды и постоянные магниты, на схемах условно изображается магнитными силовыми линиями (линиями индукции). Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этих точках поля. Линии магнитной индукции замкнуты. Замкнутость линий магнитной индукции означает, что в природе отсутствуют свободные магнитные заряды. Особенностью МП является то, что оно является непотенциальным вихревым полем [21].
Вектор В магнитной индукции служит силовой характеристикой магнитного поля. Индукция магнитного поля в вакууме называется напряженностью Н магнитного поля. Она зависит от силы тока и также убывает с увеличением расстояния между источниками последнего. Поток вектора В через перпендикулярную ему поверхность называют магнитным потоком Ф, который является скалярной величиной.
1.1 Единицы измерения
В СИ за единицу магнитной индукции принимается Тесла - магнитная индукция такого однородного поля, в котором на проводник с током в 1 А, помещенный перпендикулярно к линиям индукции, действует сила в 1 Н на каждый метр длины.
[В]=[H/(А*м)]=[кг/(с2*А)]=[Тл].
За единицу напряженности магнитного поля Н принимается напряженность магнитного поля, которая создается током в 1 А, текущем по длинному прямолинейному проводнику, на расстоянии (1/2π) м от него.
[Н]=[А/м].
За единицу магнитного потока принят вебер. Это магнитный поток, который пронизывает перпендикулярную линиям индукции поверхность в 1 м2 при индукции магнитного поля в ней в 1 Тл
[Ф] = [Тл*м2] - [кг*м2/(с2*А)] = [Вб] [23].
2. Источники магнитного поля
Изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое поле. Это является физической причиной существования электромагнитного поля. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей). Однако при ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует в окружающей среде независимо, в виде электромагнитных волн (рис.), не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока в излучившей их антенне) [22].
Рис1. Электромагнитная волна.
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны λ [м] или частотой колебания f [Гц]:
λ = с*Т = с/f , или с = λ* f, (1)
где с = 3-108 м/с - скорость распространения электромагнитных волн, равная скорости света;/- частота колебаний, Гц; Т = 1/f - период колебаний [24]. Спектр электромагнитных излучений (ЭМИ) очень широк и охватывает диапазон от крайне низкочастотного радиоволнового до ионизирующих излучений [8].
Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны по степени удаленности от источника/носителя.
«Ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3L, где L- длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает с расстоянием, пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника. В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.
«Дальняя» зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3L. Здесь интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:
Е=377*Н (2)
где 377 - константа, волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только напряженность электрического поля Е.
В российской практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 МГц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойнтинга. За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц [22]. ППЭ определяется из формулы:
σ = Wпогл/Sэф (3)
где σ -плотность потока мощности излучения электромагнитной энергии, Вт/м2;
Wпогл - количеством электромагнитной энергии, поглощаемой объектом (человеком) при нахождении его в поле, Вт;
Бэф - эффективная поглощающая поверхность (тела человека), м2.
ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.
Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП [24].
2
. Источники магнитного поля
2.1 Естественные источники МП
О существовании магнитных полей люди знали уже много веков тому назад, а практическое использование магнитных явлений на благо человека началось с создания компаса за 2-3 тысячи лет до н.э. Давно обнаружена биологическая ориентация развития растений, перелета птиц и т.д. Серией наблюдений показано, что при отсутствии каких-либо четко выраженных естественных или искусственных ориентиров животные при свободном перемещении ориентируются по силовым линиям магнитного поля Земли. Рост и развитие семян зависят от ориентации их посадки относительно магнитного поля Земли. Магнитное поле окружающей человека и животных среды складывается из двух основных составляющих:
магнитных полей, создаваемых электрифицированным транспортом, работающими электродвигателями и генераторами, линиями электропередачи (ЛЭП) и т.д.
магнитного поля Земли [1].
Наличие естественных ЭМП в окружающей среде является совершенно необходимым для существования нормальной жизнедеятельности, а их отсутствие или дефицит – приводит к серьезным негативным, порой даже необратимым последствиям для живого организма. Информационное значение данного фактора трудно переоценить. Это самый надежный переносчик информации среди других геофизических факторов. При помощи ЭМП информация может передаваться в любые среды обитания живых организмов и при любых метеорологических условиях – в течение полярного дня, ночи, в речной и морской воде, в толще земной коры и, наконец, в тканях живых организмов [8].
1.1 Магнитное поле Земли.
Магнитное поле Земли характеризуется следующими основными параметрами: величинами магнитного склонения и магнитного наклонения и численными значениями напряженности магнитного поля. Магнитное склонение представляет собой угол между астрономическим (географическим) меридианом. Астрономический меридиан – направление, определяющее истинное положение север – юг в данном месте. Магнитный меридиан – воображаемая линия на земной поверхности, совпадающая с направлением земного магнитного поля. Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора напряженности магнитного поля [1].
Магнитное поле Земли имеет две пространственные составляющих: горизонтальная максимальна у экватора (20-30 А/м) и убывает к полюсам (2-10 А/м), а вертикальная составляющая у полюсов составляет 50-60 А/м, уменьшаясь к экватору до пренебрежимо малого значения [2].
Наши суточные и месячные биоритмы, благоприятные и неблагоприятные дни тесно связаны с периодическими изменениями (вариациями) векторов напряженности этих полей по величине и направлению в пределах до 80% от средних значений. Выделяются солнечно-суточные вариации, вызванные суточным движением Земли вокруг Солнца, лунно-суточные, годовые, циклические с периодом 11 лет, связанные с изменением солнечной активности [3].
Строгой теории происхождения магнитного поля Земли пока нет. По одной из самых распространенных гипотез в толще Земли, в ее расплавленной части (ядре), происходит движение зарядоносителей, создающее вихревые токи. Магнитное поле этих токов и образует наблюдаемое земное магнитное поле. Перемещение отдельных замкнутых систем токов в ядре или изменение их интенсивности приводят к изменению МП во времени, наблюдаемому на поверхности Земли в виде векового хода. Следует принять во внимание то, что существует движение зарядоносителей и в атмосфере. Особенно сильно оно в верхних слоях атмосферы, в частности в ее ионизационных слоях. МП, созданные этими токами, накладываются на магнитные поля вихревых токов массы Земли, в результате чего в атмосфере, во всех ее слоях, существует суммарное единое МП, в котором возникла жизнь, а затем и человек [1].
Воздействие корпускулярного излучения Солнца на постоянное магнитное поле Земли вызывает магнитные бури (МБ), которые начинаются одновременно на всем Земном шаре и имеют цикличность 27 суток, связанную с цикличностью оборотов Солнца и появления в его атмосфере коронарных дыр [3].
Магнитная буря – это состояние атмосферы при измененной конфигурации магнитного поля Земли в результате резких выбросов солнечной энергии. Происходят эти выбросы двумя способами: либо энергия выделяется из дыр в солнечной короне (областей очень горячей, кипящей плазмы), либо на солнце случается взрыв.
Энергия, исходящая их коронарных дыр, не очень активна, и бури, вызванные ею, соответственно, не так сильны. А вот «взрывные» выбросы порой в тысячу раз больше того количества энергии, которое могло бы выделиться при детонации всех существующих на планете водородных бомб. Поэтому такие вспышки серьезно сказываются на здоровье метеочувствительных людей [4].
Аномалии в МП Земли (месторождения свинца, меди, ртути, никеля, молибдена, асбест, динамически напряженные породы, трещины земной коры, карстовые пустоты, грунтовые воды [5, 6]) приводят к возникновению так называемых геопатогенных зон (ГПЗ). Они представляют собой локальные геофизические аномалии. При длительном нахождении в зоне их действия отмечена повышенная заболеваемость раком, рассеянным склерозом и другими тяжелыми недугами. Земное излучение характеризуется рядом физических особенностей – подобно лазерному лучу, он распространяется вертикально верх, без рассеивания, не экранируется обычными средствами радиационной защиты (свинец, бетон). Это позволяет ему проникать без ослабления через многоэтажные перекрытия до верхних этажей здания. Изучая проблему земного излучения, физики установили еще одну особенность ГПЗ: в местах их расположения изменяются параметры геофизических полей - увеличивается потенциал атмосферного электричества, повышается уровень естественного радиационного фона, возрастает электросопротивление почвы и одновременно с этим уменьшается напряженность вертикальной составляющей геомагнитного поля, замедляя прохождение радиоволн в определенном диапазоне частоты. Прослежена связь между изменением геофизических параметров этих зон с климатопогодными факторами - появлением теплых и холодных фронтов воздушных масс, изменением атмосферного давления, солнечной активностью.
Один из ведущих специалистов по проблеме ГПЗ физик П. Швейцер с помощью разработанной им биолокационной рамки исследовал волновую структуру земного излучения [36]. Он пришел к выводу, что характер излучения в ГПЗ зависит от многих факторов – ширины геологического разлома, пород и минералов, слагающих разлом, химического состава воды в подземных потоках и др [7].
1.2 Излучения живых организмов.
Биотоки, создаваемые мигрирующими по молекуле электронами и ионами переменны по значению и являются источником МП живого организма.
Получение железа, обладающего большой магнитной проницаемостью, использование новых физических явлений позволили провести первые исследования магнитных свойств живого организма. Установлено наличие переменного МП (ПеМП), возникающего при работе сердечной мышцы, и это сразу нашло практическое применение. Использование в клиниках магнитокардиографов показало возможность выявления начала серьезных сердечных заболеваний значительно раньше, чем это делается с помощью электрокардиографа [1].
2.
2 Основные источники электромагнитных полей
Среди основных источников ЭМИ можно перечислить:
Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда и тд.)
Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные и тд.)
Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации и тд.)
Бытовые электроприборы
Теле- и радиостанции (транслирующие антенны)
Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны)
Радары
Персональные компьютеры
1. Электротранспорт
Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл.
2. Линии электропередач
Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров.
Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП - например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение – тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.
Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.
Санитарные нормы
Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. Несмотря на то, что в настоящее время магнитное поле во всем мире считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина – нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.
На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или "нормальный" уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 - 0,3 мкТл.
3.Электропроводка
Наибольший вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. В настоящее время многие специалисты считают предельно допустимой величину магнитной индукции равной 0,2 – 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний – прежде всего лейкемии – очень вероятно при продолжительном облучении человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течении периода более года).
4. Бытовая электротехника
Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками электромагнитных полей.
Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой "без инея", кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры.
Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора – чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе.
Кроме СВЧ-излучения работу микроволновой печи сопровождает интенсивное магнитное поле, создаваемое током промышленной частоты 50 Гц протекающим в системе электропитания печи. При этом микроволновая печь является одним из наиболее мощных источников магнитного поля в квартире. Для населения уровень магнитного поля промышленной частоты в нашей стране до сих пор не ограничен несмотря на его существенное действие на организм человека при продолжительном облучении. В бытовых условиях однократное кратковременнное включение ( на несколько минут ) не окажет существенного влияния на здоровье человека. Однако, сейчас часто бытовая микроволновая печь используется для разогрева пищи в кафе и в сходных других производственных условиях. При этом работающий с ней человек попадает в ситуацию хронического облучения магнитным полем промышленной частоты. В таком случае на рабочем месте необходим обязательный контроль магнитного поля промышленной частоты и СВЧ-излучения.
Для обеспечения безопасности при использовании печей в быту в России действуют санитарные нормы, ограничивающие предельную величину утечки СВЧ-излучения микроволновой печи. Называются они "Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами" и имеют обозначение СН № 2666-83. Согласно этим санитарным нормам, величина плотности потока энергии электромагнитного поля не должна превышать 10 мкВт/см2 на расстоянии 50 см от любой точки корпуса печи при нагреве 1 литра воды. На практике практически все новые современные микроволновые печи выдерживают это требование с большим запасом.
5. Теле- и радиостанции
Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.
Сравнительный анализ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трех- и шестиэтажные антенны ОВЧ ЧМ-вещания.
Основной принцип обеспечение безопасности – соблюдение установленных Санитарными нормами и правилами предельно допустимых уровней электромагнитного поля. Каждый радиопередающий объект имеет Санитарный паспорт, в котором определены границы санитарно-защитной зоны. Только при наличии этого документа территориальные органы Госсанэпиднадзора разрешают эксплуатировать радиопередающие объекты. Периодически они производят контроль электромагнитной обстановки на предмет её соответствия установленным ПДУ.
6.Спутниковая связь
Спутниковая связь также может являться источником облучения Эл/м полем. Существуют два основных возможных опасных случая облучения:
непосредственно в районе размещения антенны;
при приближении к оси главного луча на всем его протяжении.
7.Сотовая связь
Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. В настоящее время во всем мире насчитывается более 85 миллионов абонентов, пользующихся услугами этого вида подвижной (мобильной) связи (в России - более 600 тысяч).
Сеть сотовой связи состоит из прилегающих друг к другу ячеек («сот») радиусом 0,5 – 10 км, которые обеспечивают полный охват зоны обслуживания (город, район, область). Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ).
Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами в режиме приема и передачи сигнала, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц.
Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека "откликается" на наличие излучения сотового телефона. Поэтому владельцам МРТ рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности:
не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;
разговаривайте непрерывно не боле 3–4 минут;
не допускайте, чтобы МРТ пользовались дети;
при покупке выбирайте сотовый телефон с меньшей максимальной мощностью излучения;
в автомобиле используйте МРТ совместно с системой громкоговорящей связи "hands-free" с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши.
Для людей, окружающих человека, разговаривающего по мобильному радиотелефону, электромагнитное поле, создаваемое МРТ не представляет никакой опасности.
8.Радарные установки
Радиолокационные станции оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси.
Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин – излучение, 30 мин – пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно.
9. Персональные компьютеры
Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является средство визуального отображения информации на электронно-лучевой трубке. Ниже перечислены основные факторы его неблагоприятного воздействия.
Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации называемое по-разному – монитор, дисплей. Как правило, в его основе – устройство на основе электроннолучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа "Pilot"), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя.
Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное поле имеет электрическую (Е) и магнитную (H) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна поэтому оценка Е и Н производится раздельно.
2.3 Магнитное поле промышленной частоты и мероприятия по защите от него
На основании результатов научных исследований, выполненных в настоящее время в различных странах мира, пока не удается четко определить предельно допустимые величины или другие обязательные ограничения интенсивности низкочастотного магнитного поля (менее 0 до 3 кГц) в условиях продолжительного (хронического) воздействия на людей, профессионально не связанных с обслуживанием и эксплуатацией электроустановок, являющихся источником электромагнитного поля (условия непрофессионального воздействия). Тем не менее, уже имеющиеся данные о биологическом действии магнитного поля промышленной частоты 50 Гц (МП ПЧ), а также существенное повышение средней общей интенсивности фонового МП ПЧ в местах постоянного пребывания человека привлекают пристальное внимание гигиенистов к этой разновидности Эл/м поля как к новому, потенциально опасному фактору окружающей среды.
В октябре 2001г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) признает, что в свете современных научных представлений МП ПЧ со значениями плотности магнитного потока, превышающими 0,3-0,4 мкТл, в условиях продолжительного воздействия, возможно, является канцерогенным фактором окружающей среды. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, т. е. всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.
Впервые предупредительный принцип в отношении МП ПЧ был сформулирован в 1996 г. при этом как безопасный или «нормальный» уровень для условий постоянного воздействия, не связанных с профессиональной деятельностью в электроэнергетике, рекомендовано значение плотности магнитного потока 0,2 мкТл. В США исследователями из Университета Карнеги был сформулирован подход к проблеме действия МП ПЧ, названный «благоразумное предотвращение». Они считают, что пока наши знания относительно связи между состоянием здоровья и воздействием поля остаются неполными, но существуют подозрения относительно неблагоприятных последствий, необходимо предпринимать меры по обеспечению безопасности, которые не принесут значительных материальных расходов или других неудобств.
Обобщение результатов исследований указывает на возможное наличие корреляции между развитием опухолевых процессов и продолжительным воздействием МП ПЧ на организм человека. Еще одна проблема заключается в возможности развития нейродегенеративных болезней и нейрологических расстройств. К этим видам патологии в настоящее время относят депрессивный синдром, прогрессирующую мышечную атрофию, болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также учащение случаев самоубийств.
В связи с вышесказанным особенно актуальным является выявление источников продолжительного воздействия МП ПЧ и внедрение эффективных мероприятий по снижению интенсивности МП ПЧ в условиях непрофессионального воздействия, т. е. в ситуации, когда отсутствует регулярный инструментальный контроль Эл/м обстановки и надзор за состоянием здоровья людей, подвергающихся воздействию.
Результаты исследований свидетельствуют о значительном увеличении числа источников МП ПЧ. Это объясняется, с одной стороны, резким увеличением количества и единичной мощности электрического и электронного оборудования, используемого как в производственных, так и в бытовых целях, а с другой стороны, организационно-техническими недостатками в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей 0,4 кВ в зданиях промышленного и гражданского назначения в нашей стране.
Невозможно четко выделить группы профессий, представители которых подвергаются долгому воздействию МП ПЧ. Их всех объединяет то, что они, как правило, имеют постоянное рабочее место, находящееся в зоне повышенного уровня МП ПЧ. Т.о. человек может подвергаться воздействию МП ПЧ в течение всего рабочего дня. В условиях непрофессионального воздействия в подавляющем большинстве случаев источниками МП ПЧ являются элементы системы передачи и распределения электроэнергии, а также устройства конторского и бытового назначения. При этом наибольший вклад в создание продолжительного воздействующего МП в городских условиях вносят кабельные сети и электротехническое оборудование зданий, в том числе силовые трансформаторы и электродвигатели, разнесенные в пространстве системы шин электрощитов, металлические строительные конструкции и системы трубопроводов, гальванически связанные с системой зануления-заземления зданий. Режимом работы этих источников невозможно управлять ни по интенсивности, ни по продолжительности воздействия.
Известно, что МП в окружающем пространстве создается проводниками с током. Т.о. причина появления МП ПЧ вблизи силовых трансформаторов, электродвигателей и т.п. очевидна. Более сложная ситуация с системой кабельных линий здания. Суммарный ток по линиям питания однофазных и трехфазных нагрузок при отсутствии токов утечки тождественно равен нулю при любом распределении нагрузок по фазам, и МП, создаваемое протекающими в таких (без утечек) кабельных линиях токами в проложенных рядом друг с другом проводниках, также пренебрежимо мало, при появлении в кабельной линии тока утечки возникает дисбаланс, т. е. неравенство нулю суммарного тока по кабельной линии, что и создает в окружающем пространстве магнитное поле, медленно убывающее с увеличением расстояния от рассматриваемого кабеля, кроме того, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к протеканию по металлоконструкциям и трубопроводным системам, что также является причиной увеличения уровней МП ПЧ. Аналогичная ситуация возникает и в случае, когда токоведущие (фазные и нулевые рабочие) проводники разнесены в пространстве (даже при отсутствии тока утечки в кабельной линии). Указанные источники являются доминирующими в России. Дело в том, что национальные стандарты, основанные на рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК) и определяющие принципы построения кабельных сетей и опосредованно исключающие возможность появления токов утечки, приняты в 1997 году (ГОСТ Р 50571.10-96) и 2000г. (Правила устройства электроустановок, ГОСТ Р 50571.10-96) и пока не нашли массового применения на практике.
Методика диагностирования состояния электромагнитной обстановки, в том числе МП ПЧ, разработанная и внедренная в практику ЦЭМБ, позволяет с помощью составления карт распределения интенсивности МП ПЧ в помещении локализовать источники поля и оптимизировать размещение рабочих мест по критерию воздействия поля на персонал и технические средства. В зависимости от имеющейся задачи и типа источника составляются однослойные или многослойные карты. Реализация методики требует использования специализированных средств измерения. Наиболее совершенными для контроля МП ПЧ являются анализаторы Эл/м поля серии EFA производства компании «Narda Safety Test Solutions» .
Своеобразным индикатором повышенного уровня МП ПЧ в помещении являются видеомониторы компьютеров, сконструированные на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). если величина плотности магнитного потока В внешнего МП ПЧ превышает значение 0,9-1,1 мкТл для дисплеев с диагональю экрана 15 дюймов и 0,4-0,6 мкТл для 19-ти дюймовых моделей, на экранах мониторов возникает заметный глазу эффект пространственной нестабильности изображения («дрожание» по амплитуде). Это явление свойственно всем дисплеям с ЭЛТ. Оно исчезает после перемещения видеомонитора в зону с уровнем ниже порогового, приведенного выше.
Уместно напомнить, что в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» предельно допустимое значение плотности магнитного потока В МП ПЧ, создаваемое компьютером, на рабочем месте пользователя на должно превышать 0,25 мкТЛ в диапазоне частот 5-2000Гц, т.е. наличие «дрожания» видеомонитора свидетельствует как минимум о 2-4 кратном превышении данных требований. При работе в таких условиях кроме эффектов непосредственного воздействия МП ПЧ на организм чрезвычайно быстро развиваются утомляемость, а затем и заболевания зрительного анализатора.
При выборе мероприятий по защите от воздействия МП ПЧ необходимо исходить из того, что выбор их крайне ограничен. Защита временем принципиально не может быть использована в условиях непрофессионального воздействия. Метод защиты расстоянием, как правило, также трудно реализуем, поскольку подавляющее большинство источников выявляются на уже введенных в эксплуатацию объектах и принципиальные изменения в инженерной инфраструктуре крайне сложны, а зачастую трудно даже изменить конфигурацию рабочих мест. Таким образом, наиболее реальное решение – уменьшение величин МП ПЧ. Технически для этого могут быть использованы следующие способы: применение магнитного экранирования, использование системы активной компенсации магнитного поля, уменьшение создающего МП ПЧ тока.
Как правило, при выявлении источника повышенного уровня МП ПЧ первой реакцией является желание «заэкранировать» источник. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, при попытках реализации этого способа защиты приходится столкнуться с рядом серьезных проблем, способных существенно сократить область его реального применения.
Для реализации способа необходимо выполнить длительные мониторинг величин плотности магнитного потока МП ПЧ в помещениях, поскольку магнитные поля значительно изменяются с течением времени вследствие изменения нагрузок электропотребителей и соответственно токов в системе электроснабжения. Затем по полученным данным рассчитать параметры магнитного экрана. К сожалению, в настоящее время использование данного метода в России является экономически неоправданно.
Пассивное магнитное экранирование может быть рекомендовано в случаях, когда за стеной помещений находится трансформаторная подстанция или разнесенная в пространстве система токоведущих шин распределительного устройства, однако при этом целесообразно решать вопрос на стадии планирования размещения рабочих мест и проводить мониторинг эл/м обстановки до принятия решения о размещении постоянных рабочих мест.
В качестве альтернативы пассивному магнитному экранированию в ряде случаев может быть применено активное магнитное экранирование, при котором используются компенсирующие внешнее магнитное поле катушки с автоматически управляемым в них током. В следствие векторного сложения результирующее МП в определенной пространственной области оказывается минимизированным, активное экранирование может быть успешно применено для компенсации внешнего, практически однородного МП в какой-то небольшой пространственной области (это следует из топологи МП колец Гельмгольца). Такая задача решается с помощью системы трехмерной компенсации магнитного поля MR-3 фирмы «Stefan Mayer Instruments».
Способ уменьшения создающего МП ПЧ тока требует диагностики системы электроснабжения здания и последующих работ по приведению ее в порядок в соответствии с требованиями недавно введенных в действие национальных стандартов. Четырехлетний опыт работы показывает, что практически в 90% случаев именно этот метод позволяет с минимальными затратами избавиться от повышенного фона МП ПЧ. Наиболее типичными из них являются следующие: фазные и нулевые рабочие проводники системы электроснабжения разнесены в пространстве, в этом случае необходима замена таких проводных линий на кабельные, в которых токонесущие проводники находятся на минимальном расстоянии друг от друга.
Вследствие постоянно встречающихся на практике и многократно повторяющихся ошибок монтажа систем зануления и заземления, повреждения изоляции нулевых рабочих проводников, т. е. возникновение некорректных гальванических связей последних с металлоконструкциями и трубопроводами здания, возникают токи утечки, путем диагностики электрощитов и кабельных линий системы электроснабжения здания с помощью специально разработанной методики выявляется наличие и находятся конкретные места утечки тока от системы электроснабжения на металлоконструкции и трубопроводы здания, далее выполняются работы по ликвидации указанных гальванических связей, в крайнем случае может понадобиться перекладка или замена ряда кабельных линий.
При выполнении работ по защите персонала от воздействия МП ПЧ необходимо использовать комплексный подход, включающий точное диагностирование состояния эл/м обстановки, его временных вариаций, анализ режима работы источника МП ПЧ и факторов влияния на формирование эл/м обстановки, разработку мероприятий по защите на основе выбора метода с учетом технико-экономических показателей.
3
. Воздействие магнитных полей на биологические объекты и человека
Более 10 тыс. публикаций посвящено отдельным вопросам воздействия ЭМП на человека и природу. К настоящему времени, по данным экологов и врачей-гигиенистов известно, что все диапазоны электромагнитных полей оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей, на отдаленные последствия. Доказано, что наиболее чувствительной системой организма к действию ЭМП является центральная нервная система. Человек не способен физически ощущать окружающее его ЭМП, однако оно вызывает уменьшение его адаптивных резервов, снижение иммунитета, работоспособности, увеличивает риск заболеваний. Энергетическая нагрузка от электромагнитных излучений в промышленности и в быту возрастает постоянно в связи со стремительным расширением сети источников физических полей электромагнитной природы, а также с увеличением их мощностей [10].
3.1 Механизмы воздействия МП
Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. Существует несколько механизмов действия ЭМП на биообъекты:
• тепловой механизм воздействия – связан с повышением температуры облучаемой ткани при относительно высоких уровнях облучающего ЭМП. Это происходит за счет возникновения в тканях токов смещения и проводимости, которые и вызывают нагревание [19].
• нетепловое или информационное воздействие – когда температура повышается несущественно, но действие электромагнитных волн проявляется на организменном уровне при относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) [4, 18]:
изменение ионной проницаемости клеточных мембран под действием слабоинтенсивных ЭМП, что связывается с раковыми заболеваниями, в частности лейкемией.
неблагоприятное воздействие слабоинтенсивных ЭМП на центральную нервную систему. Различают три степени воздействия: легкую, которая характеризуется начальным проявлением астенического и нейроциркулярного синдромов; среднюю, когда симптомы указанных синдромов усилены и сочетаются с начальным проявлением эндокринных нарушений; тяжелую, при которой усилена симптоматика нарушений функций центральной нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем человека и появляются разнообразные психические нарушения.
эффект «жемчужной цепочки», обусловленный силами, действующими на клетки крови (эритроциты и лейкоциты), помещенные в импульсной или постоянное поле. Образование цепочек связано с притяжением между частицами, которые под действием поля приобретают дипольные моменты.
насыщение диэлектрической проницаемости растворов белков или других биологических макромолекул, что приводит к резонансным поглощениям излучения живой клеткой.
эффект «радиозвука» у людей, облучаемых радиолокационными сигналами средней мощности.
влияние на сердечно-сосудистую систему, в том числе снижение артериального давления и замедление ритма сердца (брадикардия).
демодулирующее действие – наблюдались изменения электроэнцефалограмм и электрокардиограмм [2].
Уже в ранних публикациях по биологическому действию МП отмечалось, что в МП снижается устойчивость животных (крыс) к недостатку кислорода. Предполагалось, что МП, вызывая тканевую гипоксию в головном мозге, укорачивает срок жизни животных в условиях кислородного голодания. Было высказано предположение, что МП, снижая интенсивность свободного окисления и увеличивая сопряженность, повышает экономичность, но снижает биологическую эффективность работы дыхательной цепи, замедляет скорость выработки адезинтрифосфата (АТФ). Поскольку АТФ является конечным звеном метаболизма и служит своеобразным «топливом» для организма, то его дефицит - основное патологическое звено при любом виде гипоксии. Вопрос о механизме влияния МП на живые организмы до сих пор окончательно не изучен. Однако уже имеются достаточно убедительные доказательства участия в этом механизме мембранных процессов, а также ионов кальция и магния. Вероятно, воздействие ЭМП на целостный организм не сказывается на процессах, протекающих в самой нервной ткани, в связи с хорошей изоляцией нейронов от электриче
Клетки различных тканей человеческого организма продуцируют очень слабые электрические сигналы, с помощью которых осуществляется межклеточное взаимодействие (т. н. «электромагнитный шепот»). В некоторых работах сообщается о регистрации сверхслабых магнитных полей, возникающих при работе сердца и головного мозга и составляющих всего 0,00001 - 0,0000001 мкТл. Тем не менее, даже столь слабые сигналы чутко улавливаются клетками живых организмов. Так, выработка сосудистого условного рефлекса у человека возможна уже при интенсивности ЭМП, составляющей менее 0,0001 В/м.
Учитывая тот факт, что данные величины на десятки порядков меньше теоретически рассчитанных показателей интенсивности ЭМП, при которых возможны энергетические (тепловые) эффекты, можно предполагать, что сверхслабые ЭМП в биологических системах выполняют именно информационную функцию. При этом биологические эффекты, обусловленные информационными взаимодействиями, зависят уже не столько от величины энергии, вносимой в ту или иную систему, сколько от вносимой в нее информации. Если чувствительность воспринимающих систем достаточно высока, передача информации может осуществляться при помощи весьма малой энергии. Из признания информационной роли естественных ЭМП следует одно очень важное обстоятельство: для живого организма огромное значение имеет не столько величина воздействия ЭМП, сколько характер последнего [8].
Для объяснения биологического действия слабых (< 1 мТ) свехнизкочастотных (0,01-100 Гц) магнитных полей в последние годы предложены теории ионного циклотронного резонанса (А.Р. Либов) и ядерного параметрического резонанса (В.В. Леднев), согласно которым физиологические изменения в клетках могут быть обусловлены резонансным влиянием комбинированного магнитного поля (КМП), являющегося суперпозицией коллинеарных постоянного (им может быть геомагнитное поле ~50 мкТ) и переменного магнитных полей (ПМП и ПеМП), на движение катионов, в первую очередь Са2+, по ионным каналам (А.Р.Либов) или на связывание Са2+ такими внутриклеточными регуляторами, как кальмодулин или протеинкиназа С (В.В. Леднев). Эксперименты подтверждают резонансное влияние КМП, "настроенного" на резонансы Са2+, Mg2+ или К+, на разные биологические процессы. Но при ПМП ~50 мкТ резонансные частоты этих катионов соответствуют диапазону 20-64 Гц, поэтому резонансные теории не объясняют данных многих экспериментов 60-90 годов о влиянии СНЧ ПеМП других диапазонов: 0,001-0,02; 0,05-0,06; 0,1-0,3; 0,5-0,6; 3-12 Гц. Предполагая, что резонансные механизмы увеличения подвижности заряженных частиц в КМП справедливы и что поле действует не только на неорганические катионы, но и на другие заряженные частицы в клетках, можно расширить диапазон применения этих теорий. Вычисленные значения резонансных частот биохимических ионов (органических кислот, аминокислот, нуклеиновых кислот, макроэргов, фосфолипидов, некоторых белков и т.д.) попадают в диапазон 0,7-17 Гц, а их 2-я и 3-я гармоники - 0,2-8,5 Гц. Действие меньших частот поля могло бы объясняться влиянием КМП на крупные частицы типа небольших белков с малым зарядом порядка единицы. Следующие биохимические процессы рассматриваются как возможные "мишени" резонансного влияния КМП: реакции с переносом фосфатной группы РО43- включая фосфорилирование и дефосфорилирование белков, синтез и гидролиз макроэргических связей; связывание лигандов рецепторами (например, инозитолтрифосфата IР3 или нейромедиаторов) и диссоциация комплексов лиганд-рецептор; белок-белковые взаимодействия; взаимодействие основных белков (например, гистонов) с нуклеиновыми кислотами и т.п. Индуцированное магнитным полем изменение кинетической энергии заряженных частиц значительно меньше энергии тепловых флуктуации кТ. Однако предполагается, что КМП может оказать наибольшее влияние на движение частиц в существенно неравновесных условиях, когда для их перемещения (например, для сближения ADP3- и РО43- при синтезе АТР4- Н-АТР-синтазой), осуществляемого при конформационном переходе, в белковой макромолекуле кратковременно создается компенсирующее электрическое поле, позволяющее преодолеть отталкивание одновременных зарядов, и в этой бифуркационной точке небольшое смещение частицы может изменить поведение нелинейной системы. Также предполагается, что слабые сдвиги могут усилиться в клетках посредством механизма стохастического резонанса [21].
3.
2 Роль МП в онтогенезе биологических объектов
Все биологические системы как растительного, так и животного происхождения постоянно находятся под воздействием ЭМП естественных и искусственных источников излучения.
Мощность искусственных источников ЭМП может значительно превышать фоновую, создаваемую естественными источниками (Солнце, планеты Солнечной системы, другие космические объекты). Влияние сильных ЭМП на биосистемы, приводящее к тепловым эффектам, исследованы в настоящий момент достаточно полно, воздействие же слабых ЭМП, по напряженных сопоставимых с полем Земли, изучено не достаточно [11].
Характерной особенностью действия МП на живой организм является то, что МП действует на весь организм сразу в целом: от тела и органа до клетки и отдельных ее молекул и атомов [1].
Не исключено, что внутренние ритмы живых организмов формировались под влиянием ритмов внешней среды в процессе эволюции. Недавние экспериментальные работы показали, что абиогенный синтез аминокислот может происходить в темноте при наличии МП. Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что периоды инверсии геомагнитных полюсов сопровождаются изменением видового состава данной морской фауны, климатические изменения на дне моря при этом сглажены, а ионизирующие излучения поглощаются толщей воды [9].
В 1983 г. испанский нейрофизиолог X. Дельгадо в докладе в институте нормальной физиологии им. П.Н. Анохина АМН СССР сообщил, в частности, о влиянии ЭМП на процессы синтеза белка и на живые организмы - муху дрозофилу. Оказалось, что если воздействовать ЭМП на лейцин, меченый тритием, в течение нескольких минут, то включение этой аминокислоты в белок становится более активным. То же самое происходит с другой аминокислотой - триптофаном. Вероятно, влияние на синтез белка и есть один из возможных механизмов действия МП на биообъекты. В экспериментах с дрозофилами их яйца помещали в ЭМП и этим добивались изменения у ее личинки хромосомы X, которая кодирует цвет и размеры глаз насекомого [12].
За последние годы получено большое количество доказательств влияния магнитного поля Земли на жизнедеятельность пчел. Обнаружено, что пчелы ориентируются в геомагнитном поле (например, при строительстве сотов), воспринимают направление сторон света, а регулярные изменения суточных циклов величины поля используют для ориентации во времени (биологические часы). Медоносная пчела (apis mellifera) воспринимает и напряженность, и направление магнитных полей.
Механизмы восприятия магнитного поля пчелами пока не имеют убедительного объяснения. После открытия биомагнетита (Fe3O4) сначала у хитонов, затем у пчел, а теперь и у многих других организмов (китов, голубей и т.д.) более правдоподобным представляется механизм, основанный на ферромагнитных свойствах этого материала (магнетизм и супермагнетизм).
Тело пчелы содержит миллионы микроскопических кристалликов магнетита Fe3O4. Предполагается, что они размещаются в передней части брюшка, при помощи которого пчела может реагировать на внешние магнитные поля, например, поле Земли [13].
Известно, что постоянное магнитное поле изменяет скорость и характер роста микробов.
В однородных магнитных полях (30 А/м) замедлялось образование почек у дрожжей Sacchacomyces cerevisiue. Неоднородные и однородные постоянные МП напряженностью 12* 104 А/м не оказывали существенного влияния на дрожжи, бактерии и бактериофаги.
В настоящее время в результате экспериментальных исследований обнаружено наличие у биосистем определенных амплитудно-частотных окон к воздействию ЭМП.
Бактерии, как и все живые организмы, в процессе жизнедеятельности получают, обрабатывают и используют информацию об окружающем мире. Они обладают высокой чувствительностью к ЭМП. В связи с этим возникает вопрос о наличии у бактерий канала коммуникации благодаря созданию различных физических полей, иначе называемых дистанционным взаимодействием или митогенетическим излучением, возможно, что ведущая роль в дистанционном взаимодействии принадлежит слабым ЭМП
В результате исследований влияния гелиогеофизических факторов на периодичность формирования концентрических колец спорогенного мицелия была установлена зависимость этого процесса от возмущений ЭМ поля Земли.
В процессе лабораторных экспериментов с синхронной культурой дрожжей Cutilis выявлены колебания в вариациях удельной скорости роста, что свидетельствует о влиянии глобальных осцилляции Солнца на рост дрожжей.
Существует целый ряд гипотез, пытающихся объяснить воздействие низкочастотного ЭМП на биосферу в целом и на микроорганизмы в частности.
Были попытки найти объяснение действию низкочастотного ЭМП на низкомолекулярные органические молекулы. Высказывалась также жидкокристаллическая гипотеза.
Во многих микроорганизмах найдены ферромагнитные включения, на которые ориентирующее действие оказывает МП. Это может служить еще одной причиной высокой чувствительности микроорганизмов к ЭМП.
Функциональная роль ферромагнитных включений в магнитобактериях, живущих в илистых водоемах и ориентирующихся в МП Земли, изучена наиболее полно. В результате исследований последних лет в микроорганизмах найден еще один тип внутриклеточных магнитных или магнитно-чувствительных структур (организованные органические структуры, обогащенные железом, принципиально отличающиеся по оформлению от кристаллических минеральных включений). Причем эти включения обнаружены у самых разных биологических групп.
Изменение общего ЭМ фона сказывается и на растениях. Так, при ослаблении геомагнитного поля в 100 раз происходит торможение роста проростков семян гороха, чечевицы и льна. В обычных условиях при неспокойной магнитной обстановке в первые сутки после замачивания семян льна имеет место более быстрый «старт», чем в условиях компенсации геомагнитного поля.
При компенсации геомагнитного поля зарегистрировано изменение динамики синтеза РНК и белков в клетках корней гороха, чечевицы и льна. Проведенные цитохимические исследования выявили определенную закономерность в реакции меритематических клеток различных видов растений на экранирование от геомагнитного поля, связанную с появлением свободного и слабосвязанного кальция в гиалоплазме клеток.
Несмотря на то, что механизмы воздействия ЭМП на микроорганизмы и другие биосистемы до конца не выяснены, высокая чувствительность биосистем растительного и животного происхождения к воздействию слабых низкочастотных ЭМП не вызывает сомнений. В связи с этим возникала необходимость пересмотреть существующие экологические нормы воздействия ЭМП на человека и окружающую среду [11].
3.3 Влияние ЭМП на человека
1. Негативная роль МП. Воздействие на органы и системы органов.
Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволяют определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.
Влияние на нервную систему
Нервная система и тесно связанная с ней сердечно-сосудистая система являются потенциально наиболее уязвимыми для воздействия ЭМП, так как представляют собой биоэлектрические системы, способные реагировать на внешнее воздействие электрических сигналов. Именно функциональные нарушения нервной системы различного характера (головные боли, утомляемость, нарушения внимания и др.), широко распространившиеся среди обслуживающего персонала первых мощных радиолокационных станций, внедренных в систему противовоздушной обороны вскоре после Второй мировой войны, впервые привлекли внимание медиков к проблеме воздействия ЭМП на человека [4].
При воздействии полей малой интенсивности возникают существенные отклонения в передаче нервных импульсов, происходит угнетение высшей нервной деятельности, ухудшается память. При анализе влияния уровней магнитных полей был выявлен повышенный риск при уровнях 0,2 мкТл и более. Особую чувствительность к электромагнитному воздействию проявляет нервная система эмбриона на поздних стадиях внутриутробного развития [19].
Влияние ЭМП на сердечно-сосудистую систему
Сердце, представляя собой самостоятельную биоэлектрическую систему, способно самым непосредственным образом реагировать на внешние электросигналы. Так, в клинической кардиологии уже сравнительно давно используется феномен дефибрилляции, когда воздействие очень мощного электрического заряда приводит к прекращению жизненно опасных аритмий. Принцип работы искусственных водителей ритма также связан с воздействием внешних электросигналов, определяющих правильное функционирование сердечной мышцы.
Однако хроническое воздействие ЭМП высоких и сверхвысоких частот, согласно экспериментальным данным, приводит к однотипным изменениям функции сердечно-сосудистой системы – снижению артериального давления, урежению частоты сердечных сокращений, замедлению внутрижелудочковой проводимости [4, 20].
Влияние на иммунную систему
На данный момент имеется большое количество данных, указывающих на негативное воздействие электромагнитных полей на иммунологическую реактивность организма. Установлено также, что при электромагнитном воздействии изменяется характер инфекционного процесса – течение инфекционного процесса отягощается аутоиммунной реакцией (атакой иммунной системы на собственный организм), в результате чего она реагирует против нормальных, свойственных данному организму тканевых структур. Такое патологическое состояние характеризуется в большинстве случаев дефицитом лимфоцитов (специализированных клеток иммунной системы), генерируемых в вилочковой железе (тимусе), угнетаемой электромагнитным воздействием. Электромагнитное поле высокой интенсивности также может способствовать неспецифическому подавлению иммунитета, а также особо опасной аутоиммунной реакции к развивающемуся эмбриону.
Влияние на эндокринную систему и нейрогуморальную реакцию
Исследования российских ученых, начавшиеся в 60-е годы XX в. показали, что при действии электромагнитного поля происходит стимуляция гипофиза, сопровождающаяся увеличением содержания адреналина в крови и активизацией процессов свертывания крови. Также замечены изменения в коре надпочечников и структуре гипоталамуса (отдела мозга, регулирующего физиологические и инстинктивные реакции).
Влияние на половую функцию
Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем, а также с резким снижением активности половых клеток. Установлено, что половая система женщин более чувствительна к электромагнитному воздействию, нежели мужская. Кроме того, чувствительность к этому воздействию эмбриона в период внутриутробного развития во много раз выше, чем материнского организма. Считается, что электромагнитные поля могут вызывать патологии развития эмбриона, воздействуя в различные стадии беременности. Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволяют сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам и снизить скорость нормального развития плода. При этом периодами максимальной чувствительности являются ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации (закрепления зародыша на плацентарной ткани) и раннего органогенеза [4, 5].
Другие медико-биологические эффекты
Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы. Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМИ, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются, как правило, наклонностью к гипотонии, болями в области сердца и др. Было предложено выделить самостоятельное заболевание - радиоволновая болезнь. Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания:
астенический синдром;
астено-вегетативный синдром;
гипоталамический синдром [21].
Основные симптомы этого заболевания: неприятные ощущения тупой, стойкой головной боли, нарушение сна, повышенная раздражительность, нервозность, резкость в обращении с окружающими. Эти симптомы наблюдаются у лиц, длительно работающих с источниками СВЧ- излучений [12, 18].
Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых ЭМИ (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам [5].
2. Положительная роль МП.
В XX столетии заговорили о возможном вредном действии искусственных МП, а вот о благоприятном их влиянии было известно уже древним народам [11].
Примеров благотворного влияния магнитных полей на организм множество. Например, в Хунзакутском районе Китая уже не одно тысячелетие люди живут по 120 лет, отличаются крепким здоровьем и производят здоровое потомство. Этим фактом заинтересовались ученые из Российской Академии медицинских наук, которые выяснили, что все дело в воде, которую пьют местные жители. Оказалось, что она проходит через омагниченные пласты Земли, становясь "магнитной", то есть биологически активной и приобретает ряд удивительных свойств. Магнитные свойства некоторых веществ - отнюдь не открытие. Первые сведения о влиянии искусственных магнитных полей на организм человека относятся к V веку до н.э. Об использовании постоянных магнитов в лечебных целях встречаются упоминания в трудах Аристотеля (III в до н.э.), Плиния Старшего, Гиппократа, ученых древнего Китая. Еще Диоскорид (I в. н.э.) рекомендовал применять магнит от дурного расположения духа. Уже в 1000 году великий врач древности Абу Али Ибн Сина (Авиценна) пользовался магнитотерапией в своей лечебной практике.
Но первое документальное описание свойств магнитного поля принадлежит английскому врачу и естествоиспытателю У. Гильберту, который сформулировал важнейшие свойства магнита. С этой книги и началось научное изучение магнитного поля. Появилось понятие магнитной силы, а затем и понятие магнитного поля. В XVII веке способ прикладывания к "болезненному месту" магнитного камня (магнитного железняка) стал распространенным и даже упоминался в книгах-лечебниках Востока, Индии, России. Он широко применяется и в наши дни. Во Франции в XVIII веке магнитами успешно лечили неврологические заболевания. В России в XIX веке их широко использовал великий русский врач С. П. Боткин. Еще в 1881 году отечественный ученый П. С. Григорьев упоминает о магнитотерапии, как об эффективном методе. В XIX веке была впервые создана теория электромагнитного поля и дано понятие магнитного поля Земли (геомагнетизм). В XX веке инициативу перехватили японские ученые, которые обогатили опыт магнитотерапии созданием новых разновидностей магнитных браслетов в начале 60-х годов. Но и Россия не отставала. А в 40-х годах XX века этот метод стал применяться в дерматологии. В 70-х годах у нас появились магнитные пояса для лечения радикулита, магнитные воронки для омагничивания воды.
Употреблять "омагниченную" жидкость следует подобно лечебной минеральной воде, не злоупотребляя количеством выпиваемой в течение суток жидкости и длительностью курсов лечения.
Употребление "омагниченной" (структурированной) жидкости способствует:
снижению количества холестерина в крови;
нормализации артериального давления;
улучшению обмена веществ;
выведению песка и мелких камней из почек;
улучшению сна.
Регулярное полоскание "омагниченной" водой полости рта помогает:
удалить зубные камни;
вылечить пародонтоз;
очистить зубную эмаль от мягкого налета;
устранить кровоточивость десен.
"Омагниченная" вода улучшает обменные процессы в любом живом организме. Ее можно использовать и для ускорения прорастания семян, ускорения роста рассады, повышения урожайности овощных культур [15]. Лечебное действие магнитных полей определяется их влиянием на биологические процессы, протекающие в живых организмах животного и растительного происхождения. Естественные и искусственные магнитные поля оказывают биологическое действие опосредованно, изменяя фотооптические параметры жидкокристаллических структур и связанную с ними интенсивность биохемилюминесценции в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях электромагнитного спектра. Управляющее действие магнитного поля на внутриклеточные метаболические процессы и дистантные межклеточные взаимодействия протекает как процесс отражения и носит информационный характер [16].
Известно, что ткани организма диамагнитны, т.е. под влиянием магнитного поля не намагничиваются, однако многим составным элементам тканей (например, воде, форменным элементам крови) могут в магнитном поле сообщаться магнитные свойства. Физическая сущность действия магнитного поля на организм человека заключается в том, что оно оказывает влияние на движущиеся в теле электрически заряженные частицы, воздействуя таким образом на физико-химические и биохимические процессы. Основой биологического действия магнитного поля считают наведение электродвижущей силы в токе крови и лимфы. По закону магнитной индукции в этих средах, как в хороших движущихся проводниках, возникают слабые токи, изменяющие течение обменных процессов. Предполагают, кроме того, что магнитные поля влияют на жидкостно-кристаллические структуры воды, белков, полипептидов и других соединений. Квант энергии магнитных полей воздействует на электрические и магнитные взаимосвязи клеточных и внутриклеточных структур, изменяя метаболические процессы в клетке и проницаемость клеточных мембран. Изучение влияния магнитных полей на различные органы и системы организма человека позволило установить некоторые различия в действии постоянного и переменного магнитного поля. Так, например, под воздействием постоянного магнитного поля понижается возбудимость центральной нервной системы, ускоряется прохождение нервных импульсов. Переменное магнитное поле усиливает тормозные процессы в центральной нервной системе [17]. Практическое применение магнитотерапиии привело к появлению термина «биотропные параметры», под которыми понимают физические характеристики магнитного поля, определяющие его биологическое действие напряженность, градиент, вектор, частота, форма импульса и длительность экспозиции [14].
Основная характеристика любых магнитных устройств – интенсивность электромагнитного поля – индукция. Магнитное поле с малой индукцией вызывает реакцию тренировки, поле со средней индукцией – реакцию активации, с высокой – реакцию стресса. При больших магнитных индукциях живым организмам может быть нанесен ущерб.
Гигиенисты склонны считать оптимальной для человека магнитную индукцию в пределах 0,002-0,05 Тл (в постоянном магнитном поле, при условии длительного воздействия). При кратковременных контактах эти пределы возрастают, но не должны превышать 70 мТл (10-3 Тл) и до 50 мТл в переменном, а в импульсном магнитном поле - до 3,0 Тл. Для переменного поля важна еще одна характеристика – частота. В лечебной практике используются принципиально разные переменные магнитные поля.
Высокочастотное (индуктотермия) и низкочастотное (магнитотерапия). Индуктотермия применяется главным образом для лечения, требует сложной аппаратуры, проводится короткими курсами и имеет ряд серьезных противопоказаний. Дело в том, что электромагнитное поле высокой частоты в значительной мере поглощается тканями пациента, вызывая повышение температуры.
А низкочастотная магнитотерапия физиологична, именно в этом диапазоне (от 0,1 до 100 Гц) человеком продуцируются все электромагнитные колебания. Она используется как для лечения, так и для профилактики. И может проводиться самими пациентами. При низкочастотной магнитотерапии практически отсутствуют тепловые эффекты внутренних тканей, отмечается хорошая переносимость у больных; у лиц пожилого возраста, у сердечников и аллергиков. Это позволяет применять магнитотерапию во многих случаях, когда воздействие другими физиотерапевтическими методами (УВЧ-, СВЧ-терапия, ультразвуковая терапия) не разрешено.
Воздействие на организм человека магнитных полей может быть общим, местным (локальным) - на пораженный участок ткани, сустав; рефлекторным - на зоны и биологически активные точки акупунктуры, связанные со всем организмом; опосредованным – через поступление в организм омагниченной воды, обладающей ценнейшими свойствами [15].
Методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томографиии) получают изображения внутренних органов человека. Немалую роль играет магнитный транспорт лекарств и бесконтактное определение биогенного железа в печени человека [11].
Терапевтическое действие магнитных полей изучено еще недостаточно, но на основании имеющихся данных можно сделать вывод, что они оказывают противовоспалительное, противоотечное, седативное, болеутоляющее действие. Под воздействием магнитных полей улучшается микроциркуляция, стимулируются регенеративные и репаративные процессы в тканях. Показаниями для назначения магнитотерапии являются: заболевания сердечнососудистой системы (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь 1 стадии); заболевания периферических сосудов (облитерирующий эндартериит, атеросклероз сосудов нижних конечностей, хроническая венозная недостаточность с наличием трофических язв, тромбофлебит и др.); заболевания органов пищеварения (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки) и др [17].
Магнитотерапия лишь один из многочисленных методов физиотерапевтического лечения, который можно применять как самостоятельно, так и в сочетании с иными видами лечения. Магнитотерапия должна использоваться только в тех случаях, когда в результате правильно поставленного диагноза точно определена причина заболевания. Может оказаться, что в этом конкретном случае лучше лечиться медикаментами. Впрочем, магнитное поле может стать хорошим помощником, его воздействие позволяет снизить потребление лекарств, что сведет к минимуму побочные эффекты от их применения. Разумеется, возможности магнитотерапии не безграничны. Она помогает при острых и хронических заболеваниях. Но если болезнь уходит корнями на генетический уровень, то излечение с помощью только магнитотерапии невозможно. Хотя возможно облегчить течение болезни [15].
4
. Основы системы санитарно-гигиенического нормирования электромагнитных полей в России
Установлено, что восприимчивость различных индивидуумов к воздействию пиковых и дозовых значений электромагнитного спектра излучений может отличаться на порядок. Поэтому, в идеальном случае, чтобы обеспечить нормальное качество жизни, каждый человек должен подвергаться периодическому тестированию на действие ЭМП и иметь соответствующий регистратор уровня (дозы) для контроля индивидуальной восприимчивости излучений от технических средств на производстве, в быту и на транспорте [2].
Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы, ограничивающие уровни электрических полей (ЭП), магнитных полей (МП) и электромагнитных полей (ЭМП) различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней воздействия (ПДУ) для различных условий облучения и различных контингентов.
В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных стандартов (ГОСТ) и Санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России.
Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей входят в группу Системы стандартов безопасности труда - комплекс стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.
Государственные стандарты России в области электромагнитной безопасности приведены в табл. 12.
Таблица 12 Государственные стандарты РФ в области электромагнитной безопасности
| Обозначение | Наименование |
| ГОСТ 12.1.002-84 | Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования к проведению контроля. |
| ГОСТ 12.1.006-84 | Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. |
| ГОСТ 12.1.045-84 | Система стандартов безопасности труда. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. |
| ГОСТ Р51724-2001 | Экранированные объекты, помещения, технические средства. Поле гипогеомагнитное. Методы измерений и оценки соответствия уровней полей техническим требованиям и гигиеническим нормативам. |
Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также к отдельным видам продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятий.
В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В частности для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального облучения типичным является общее облучение. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействия различны.
В качестве ПДУ ЭМП принимаются такие значения, которые при ежедневном облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывает у населения без ограничения пола и возраста заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения или в отдаленные сроки после его прекращения.
Основной критерий определения уровня воздействия ЭМП как предельно допустимого - воздействие не должно вызывать у человека даже временного нарушения гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также напряжения защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени. Это означает, что в качестве ПДУ принимается дробная величина от минимального уровня электромагнитного поля, способного вызвать какую либо реакцию.
Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия на человека электромагнитных полей.
| Уровни, определенные нормативным документом для времени воздействия | СЭ | ЭМП НЧ | ЭМП ВЧ | ЭМП СВЧ | ||||||
| 0-3 Гц | 50 Гц | 0-60 кГц | 30-300 кГц | 0,3-3 МГц | 3-30 МГц | 30-300 МГц | 0,3-30 ГГц | 30-300 ГГц | ||
| 1. ГОСТ 12.1.045—84 1 ч 8ч | 60 кВ/м 20 кВ/м |
|||||||||
| 2. ГОСТ 12.1.002—84 8ч | 5кВ/м | |||||||||
3. Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия ЭП, создаваемого воздушными ЛЭП 50 Гц № 2971-84 3.1. Внутри жилых зданий 3.2. На территории жилой застройки 3.3. Вне зоны жилой застройки |
0,5 кВ/м 1 кВ/м 5 кВ/м |
|||||||||
| 4. ГОСТ 12.1.006-84 8ч | 50В/м 5А/м |
0 В/м 0,ЗА/м | 0В/м | 25 кВт/см2 | 25 мкВт/см2 | |||||
| 5. Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия ЭМП, создаваемых радиотехническими объектами № 2963-84 (круглосуточно) | 25В/м | 5В/м | ЮВ/м | З В/м | 10 мкВт/см2 | |||||
При определении конкретного значения уровня ПДУ разработчики руководствуются либо результатами специально выполненных работ (например, печи СВЧ и индукционные печи), либо результатами общих медико-биологических исследований (системы сотовой связи, радиотехнические объекты, ПК).
В случае отсутствия на конкретный вид продукции отдельного норматива, санитарно-гигиенические требования к этой продукции предъявляются на основе ПДУ, установленного в общих стандартах.
Практическая часть
Состав экспериментальной установки: генератор переменного тока, генератор постоянного тока, амперметр, куб катушек Гельмгольца, соединительные провода.
I. Конструкция куба катушек Гельмгольца
Установка, названная катушками Гельмгольца, предназначена для получения однородного (постоянного, переменного, комбинированного) магнитного поля. Установка позволяет получать слабые магнитные поля с достаточно высокой степенью однородности в большом диапазоне частот.
Для создания постоянного магнитного поля используется классический подход - катушки (кольца) Гельмгольца.
На практике катушки представляют собой три пары взаимно параллельных катушек, главная ось которых направлена по осям х, у, z. Каркасы катушек изготовлены из немагнитного материала - алюминия Д6 ГОСТ 4784-65, толщиной листа – 1,5 мм. Каркасы изготовлены из отдельных балок шириной 100 мм и высотой ребра 15 мм. Балки соединены методом аргонной сварки. Спаянный каркас представляет собой квадратную катушку размером 390*390 мм и шириной 390 мм. Внутренние углы каркаса приблизительно равны 90°. Вес одного каркаса в сборе составляет 0.5 кг.
В качестве обмотки на каркас используется провод диаметром 0.5 мм, марка провода ПЭТВ ТУ 16-705.110-79. Выбор диаметра обмотки обусловлен предварительным моделированием параметров катушки Гельмгольца с помощью программы Microsoft Excel, а также, созданием магнитного поля, компенсирующего магнитное поле Земли. Способ намотки однослойный, количество намотанных витков, размещенные на всю ширину рамки, n=100. Вес одной рамки с обмоткой составил 1.5 кг. Внутренняя поверхность каркаса покрывается лаком ПФ-58 (ГОСТ 9825-61) по третьему классу. Для оперативной коммутации катушек в полевых условиях используются клеммы с винтовым соединением проводов, закрепленные на каркасе.
Система катушек в сборе представляет из себя куб объемом V=(390*390*390) мм = 59319000 мм3. Полученный объем необходим для получения однородного магнитного поля и проведения дальнейших исследований.
Рассмотрим формулу, на основе на которой можно конструировать круглые и квадратные катушки, у которых линейные размеры сечения обмотки доходят до 0,1 линейных размеров самой катушки:
1,428Δ-0,807*η2/а+1,596*ξ2/а=0,
где η -полуширина обмотки,
ξ - полутолщина обмотки,
Δ = L - 2а*0,5445, где L - расстояние между обмотками.
Катушка Гельмгольца, навитая на квадратный каркас имеет преимущества перед катушкой, навитой на круглый каркас, так как обладает весьма высокой однородностью. Кроме того, они проще в изготовлении, но выдержать высокую точность при создании квадратной обмотки труднее, чем круглой.
II. Расчет параметров магнитного поля.
Составляющие напряженности магнитного поля вдоль оси квадратной катушки подсчитывается по формулам:
Нх=(0,64806*ω*I/а)*{1-0,5388*∆/a-1,43*∆/a3*(2x2-y2)-1/a4[0,81x4-2,42x2y2+0,4-0,2sin22*θ)y4]+…};
Hy=1,296*ω*I*x*y/a3*{-1,43+0.8/a2*[x2-(1-2sin22*θ)*y2]+…},
где θ, x, y – координаты точки, в которой вычисляются составляющие Hx и Hy.
∆=2d-0,5445*2a – параметр неточности изготовления катушки (малая величина).
ω – число витков в одной секции.
Соответственно напряженность поля в центре квадратной катушки Гельгольца определяется равенством:
Нц=(0,64806*ω*I/a)*(1-0,5388∆/a).
В нашем случае d/a значительно откланяется от 0,5445 (d/a=1), напряженность поля в центре катушек Гельмгольца, используемых в опыте, рассчитывается по формуле:
Нц=4а2*ω*I/π*(a2+d2)*(2a2+d2)1/2.
Зная экспериментальные данные ω=100 и a = d = 390мм = 0,39 м., мы можем вычислить составляющие напряженности переменного и постоянного магнитных полей соответственно:
Hm=4a2*ω*Im/π*(a2+d2)(2a2+d2)1/2=4a2*ω*I*21/2/π*(a2+d2)(2a2+d2)1/2, т.к. I= Im/21/2
Нц==4a2*ω*I=/π*(a2+d2)(2a2+d2)1/2
В эксперименте взята сила тока генератора переменного напряжения, соответствующая максимальному значению выходного напряжения на генераторе I=0,2 A. При заданном Im= 0,2*21/2 А найдем Hm:
Hm=4*0,392*100*Im/[3,14*(0,392+0,392)*(2*0,392+0,392)]=72,73*Im=72,73*0.282= 20,4 А/м.
Отсюда Нц== Hm(Im)/ 1,85=20,4/1,85=10,91 А/м.
Т.к. В = µ*Н,
µ = 4π*10-7 Тл*м/А;
В~ = 4π*10-7*20,4 = 25,6 мкТл;
В= = 4π*10-7*10,91 = 13,7 мкТл.
Проведение эксперимента
В качестве объекта контроля были выбраны семена гороха одного сорта в количестве 30 штук. Предварительно семена проращивали в течение нескольких суток. Горошины на расстоянии полутора сантиметров друг от друга заворачивали во влажную вату и помещали в лотки, которые регулярно сбрызгивались водой. Полученные ростки были посажены в три специальные емкости с землей по 10 штук. В каждую емкость добавляли по 10 мл воды. Затем одну емкость помещали в ослабленное магнитное поле 24 А/м (рис.2), другую - в усиленное магнитное поле 96 А/м (рис.1), а третья была вне поля и являлась контрольной.
Условия:
Режим подключения поля с 10:00 по18:00 ежедневно;
Температура 27°С;
Влажность 65%;
Освещенность в дневное время суток составляет 200 Лк.
Полив производился 1 раз в 2 дня.(рис.3).
Результаты экспериментов.
В начале эксперимента существенного отставания во всхожести семян как помещённых в ослабленное э.м.п. так и контрольных образцов замечено не было. магнитный поле нормирование бобовые
Но потом ростки, помещённые в э.м.п. стали отставать в росте.(рис.5). К концу опыта стало очевидно, что исследуемые ростки отстали в развитии от ростков находящихся вне поля. Таким образом, ослабленное э.м.п. оказывает негативное влияние на рост и развитие исследуемых семян.
В усиленном магнитном поле наоборот был замечен активный рост исследуемых образцов.(рис.4). Поэтому можно сделать вывод, что с ростом магнитного поля ускоряется онтогенез гороха.
Заключение
1. Жизнь современного человека и его дальнейшее развитие все в большей степени связаны с использованием различных средств энергетического и информационного обеспечения. Стремительными темпами развиваются системы радиолокации, радиосвязи, телекоммуникации. С каждым годом во всех странах мира происходит беспрецедентный рост производства электроэнергии, а уровень ее среднедушевого потребления только за последние 50 лет возрос в 10 раз.
Результатом столь бурного развития явилось формирование искусственного электромагнитного фона, значительно отличающегося по своим свойствам от естественного и представляющего, таким образом, относительно чужеродную информацию для биологических организмов. Это явление даже получило название «электромагнитный смог». Все более актуальным с учетом последних данных о неблагоприятном воздействии ЭМП на здоровье населения становится понятие об «электромагнитной экологии», впервые введенное в научную литературу еще в начале 70-х гг.
ЭМП являются самыми распространенными раздражителями, влияющими на живые организмы. С ними человек сталкивается на производстве, в населенных пунктах, учреждениях и даже дома. Источники ЭМП многочисленны, интенсивность их постоянно повышается, а воздействие на здоровье многосторонне. Воздействуя на человека, ЭМП могут усугублять сердечно-сосудистые, неврологические и психические заболевания. У человека нет специального органа чувств, воспринимающего ЭМП, что делает этот фактор особенно опасным.
Имеющиеся отечественные и зарубежные материалы о влиянии электрических зарядов, естественных и искусственных электрических, магнитных и ЭМП на биологические системы свидетельствует о чрезвычайной актуальности, научной и практической значимости исследований в этой области. Количество публикуемых работ и проводимых научных конференций по проблеме биологического действия ЭМП и механизмам их влияния на организм непрерывно увеличивается. Вопросы ограничения неблагоприятного влияния ЭМП являются предметом обсуждения многих ученых мира.
Все это должно побуждать к дальнейшему расширению исследований в этой области. Только точное знание механизма действия большинства факторов химической и физической природы позволяет во многих случаях выработать эффективные методы защиты и свести к минимуму неблагоприятное воздействие ЭМП на организм человека.
2. Негативным оказалось влияние ослабленного электромагнитного поля. Под его действием может значительно замедлиться рост растений. Так горох, растущий в зоне с ослабленным геомагнитным полем даст меньше урожая. А под действием усиленного электромагнитного поля увеличивается интенсивность роста растений. В зоне с усиленным геомагнитным полем урожайность гороха увеличится.
Используемая литература
1. Манойлов В.Е. Электричество и человек. - Ленинград: Энергоиздат,1982.-152 с, ил.
2. Буторина М.В. Инженерная экология и экологический менеджмент. - М.: Логос, 2004. - 520с.: ил.
3. Осипова А.Ю., Рябов Ю.Г. Медицинские проблемы обеспечения электромагнитной безопасности рабочих мест. Стандарты и качество.1995. №8. - с.49-52.
4. Любимов В.В. Биотропность естественных и искусственно созданных электромагнитных полей. (Аналитический обзор). Препринт №7 (1103). М: ИЗМИРАН, 1997. - 85 с.
5. Хата З.И. Здоровье человека в современной экологической обстановке. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2001. - 208с.
6. Алексеенко В.А. Биосфера и жизнедеятельность. - М.: Логос, 2002. - 236с.
7. Дубров А.П. Экология жилища и здоровье человека. - Уфа: Слово, 1995. - 96с.
8. Гичев Ю.П., Гичев Ю.Ю. Влияние электромагнитных полей на здоровье человека. - Новосибирск, 1999. -91 с. - (Сер. Экология. Вып. 52).
9. Холодов Ю.А. Мозг в электромагнитных полях. - М.: Наука, 1982. -119с.
10. Любимов В. В. Искусственные и естественные электромагнитные поля в окружающей человека среде и приборы для их обнаружения и фиксации. Препринт №11(1127). Троицк: ИЗМИРАН, 1999. - 28 с.
11. М.Г. Барышев, Н.Н. Куликова, И.В. Сидоров. Электромагнитные поля и окружающая среда//Экология и промышленность России, май 2002г.
12. Blakemore R. Magnetotactile bacteria// Science. - 1979. - №9. -p.21
13. 3инков Н.И., Шилохвостова Т.А. Предварительные результаты исследования в области биомагнетизма пчел. Сборник статей./Отв. редактор профессор Ломаев Г.В./Удмуртский государственный научно-исследовательский институт сельского хозяйства. РАСХН. Ижевск, 2000. - 160 с.
14. http://viofor.times.lv
15. Домашняя аптека. - №16, 2001 г.
16. www.medafarm.ru
17. http://linnafauna.narod.ru
18. Исмаилов Э. Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 144 с.
19. Лазаревич В. Г. Влияние электромагнитных полей на обмен веществ в организме. Львов: «Вища школа», 1978. - 113 с.
20. Холодов Ю.А. Магнетизм в биологии. - М.: Наука, 1970. - 119с.
21. http://biophvs.msu.ru
22. Болсун А.И., Галякевич Б.К. Физика в экзаменационных ответах и вопросах. - М.: Рольф, 1997. - 320с, ил.
23. http://www.pole.com.ru/index.htm (Электромагнитные поля и здоровье)
24. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика. - М.: Наука, 1987. - 512с, ил.
25. Кобевник В. Ф. Охрана труда. Киев: Выща шк. 1990.
26. Жадин М.Н. Действие магнитных полей на движение иона в макромолекуле: теоретический анализ // Биофизика, 1996, 41, с.832-850.
27. Леднев В.В. Биофизика, 1996, 41(1), с.224-236.
28. Рождественская З.Е. Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Dugesia Tigrina: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук: Пущино,2003.
29. Белова Н.А., Леднев В.В Зависимость гравитропической реакции в сегментах стеблей льна от частоты и амплитуды переменной компоненты слабого комбинированного магнитного поля.
30. Григорьев О.А, Григорьев Ю.Г. и др. Магнитное поле промышленной частоты: оценка опасности, опыт контроля и защиты//Экология и промышленность России, июнь 2002г.
Приложения