Лазер на твердому тілі

Лазер на твердому тілі. Активним середовищем у них є тверді кристалічні або аморфні (стекла) речовини (матриці), активовані пев­ними елементами, наприклад, хромом, кобальтом, нікелем, гадолінієм, тербієм, торієм, ураном і ін. Прикладами матриць, в які вводять акти­ватори, є алюмоітрієвий гранат (¥3 А15012), корунд (А1203), флюорит (СаР2), хлорид лантана (ЬаС13) і ін.

Найбільш поширеним методом накачки твердотільних лазерів є оптичний. При цьому використовуються інтенсивні джерела світла. Перевагами таких лазерів є високі значення потужності і енергії ви­промінювання.

Газові лазери

 В них активним середовищем є газ або суміш га­зів. Газові ОКГ поділяються на молекулярні, атомні, іонні. Цей клас квантових приладів має ряд переваг. 1) У зв’язку з тим, що енергетич­ний спектр газу точно відповідає енергетичному спектру окремих атомів, у цих системах можна встановити різні схеми переходів між енергетичними рівнями. 2) В газових ОКГ одержують високу ступінь монохроматичності і когерентності випромінювання. 3) Газове сере­довище дозволяє застосувати різні способи створення інверсної засе­леності: електронний удар, світлова накачка, непружні співудари ато­мів, хімічні, теплові методи і т.д.

Рідинні лазери

Рідинні лазери об’єднують переваги як твердотільних ОКГ (ве­лика концентрація активних носіїв); так і газових (оптична однорід­ність і великий об’єм). Рідинна активна речовина дає можливість під час роботи підтримувати температуру оптимально, оскільки можлива її циркуляція в просторі оптичного резонатора.

На даний час широке використання знайшли розчини органічних барвників. Термін “барвник” застосовується для позначення певного органічного з’єднання, що володіє певними спектральними властивос­тями. На барвниках вдається отримати випромінювання практично на будь-якій довжині в діапазоні 0,34-1,175мкм.Найважливішою перева­гою рідинних ОКГ є можливість неперервної перебудови частоти ге­нерації в діапазоні кількох сотень ангстрем, що досягається зміною або властивостей розчину, або параметрів резонатора. Це особливо важливо в лазерохімії (стимулювання і управління хімічними реакція­ми, в спеціальних розділах оптики).

В якості джерела накачки рідких лазерів використовують когере­нтне випромінювання іншого лазера (наприклад, рубінового) або спо­нтанне випромінювання імпульсних ламп.

Напівпровідникові лазери

В якості робочого тіла використо­вуються різні напівпровідникові матеріали {2п8, 2п5е, Ссі5, СсІЗе, СсІТе, СаРАзІпАз, РЬ8, ІпР, ІпА}Р). Вони допомагають одержувати ін­дуковане випромінювання в широкому діапазоні (від ультрафіолету до далекої /Ч-області). Головною їх перевагою є високий ККД (від десят­ків відсотків до величини, близької до 100). Такі лазери знаходять своє застосування в обчислювальній техніці, телебаченні, оптичній локації, голографії і ін.

Інтенсивність лазерного випромінювання

Випромінюванню лазерів вла­стива надзвичайно висока інтенсивність. Потужність твердотільного ОКГ може досягати 10{2Вт і при фокусуванні це випромінювання мо­же сконцентруватися у малу пляму. Відомо, що мінімальний радіус смуги г3 пропорційний довжині хвилі, тобто г„~Х.

Отже, густина потужності лазерного випромінювання може дося­гати надзвичайно високих значень. При дії такого випромінювання на речовину можна досягти температури 10°К і вищу. Характерною осо­бливістю є те, що взаємодія випромінювання з речовиною відбуваєть­ся у локальному об’ємі, тобто в області опромінення, не зачіпаючи су­сідні області.

Біологічна дія лазерного випромінювання

Лазерні системи мають широке використання у медицині, біоло­гії, біотехнології, генній інженерії тощо. Дія лазерного випромінюван­ня на живий організм неоднозначна. З одного боку, лазерне випромі­нювання може бути використане як хірургічний ніж, як тонкий ін­струмент у мікрохірургії ока, як цілющий промінь для лікування най­різноманітніших захворювань серця, печінки, вегетативно-судинної системи, травного тракту і т.д. З другого боку, лазерне випромінюван­ня становить небезпеку при необережному і невмілому його викорис­танні. В першу чергу це стосується очей.

Розглянемо лише деякі аспекти , властиві лазерному випроміню­ванню.

Робота з лазерами

Побічні шкідливі фактори під час роботи з лазерами. Пробле­ма безпеки під час роботи з квантовими приладами пов’язана і з ін­шими факторами, що супроводжують експлуатацію цих пристроїв. До них відносяться:

-      підвищення напруги блоків електроживлення;

-      наявність шкідливих і агресивних речовин, які викорис­товуються в якості компонентів робочих середовищ і допоміж­них пристроїв;

-      наявність шкідливих і небезпечних продуктів лазерної деструкції, що утворюються під час термохімічного впливу по­тужного лазерного випромінювання на різні мішені.

Загальні правила безпечної роботи з лазерами:

-      уникати попадання прямих, відбитих потоків на тіло, особливо в очі;

Особливості негативного впливу радіонуклідів на навколишнє середовище.

Як відомо, Волинська область рахується найбільш “чистою” з 5-ти областей України, що найбільше постраждали від аварії на ЧАЕС за рівнями забруднення грунтів. При цьому індивідуальні дози внутрішнього опромінення людей в Маневицькому р-ні близькі до доз, які спостерігаються в найбільш забрудненому районі Житомирської області – Народицькому.

Результати проведених нами досліджень показали, що для радіоактивного забруднення грунтів є три основні шляхи надходження радіонуклідів  до людини :

         Через урочища, що є кормовою базою для молочної та м’ясної худоби (цей напрям формує до 70% усієї дози).

Через продукти лісу (20% загальної дози).

Присадибні ділянки (город) – (10%  загальної дози)

     З усіх факторів, які пояснюють неоднорідність дозових навантажень в регіоні в межах популяції найбільш значними є відмінності в споживанні молока (0-3 л) на день на людину та його забруднення.

Основні наслідки негативного впливу радіації на здоров’я населення, яке проживає на радіаційно-забруднених територіях.

Результати численних досліджень показують негативний вплив малих доз радіації на стан здоров’я населення, що потерпіло від Чорнобильської катастрофи.

Проведеними дослідженнями встановлено, що особливості радіаційно-екологічної ситуації в Волинській області визначаються за такими основними характеристиками:

-         нерівномірністю, плямистістю радіоактивних опадів, їх неоднорідний за нуклідним складом характер, навіть у межах одного населеного пункта і прилеглих до нього територій, що створює додаткові труднощі для дозиметричного контролю, а отже і для оцінки реальних дозових навантажень на людину;

-         біохімічними особливостями грунтів на забруднених територіях, що зумовлює різні коефіцієнти переходу радіонуклідів у рослини і далі харчовими ланцюгами – в організм людини. В зв’язку з цим не завжди має місце кореляція між густиною забруднення території і рівнем накопичення радіонуклідів в організмі населення, яке на ній проживає. 

Штучні джерела радіації.

За останнє десятиліття людиною створено кілька сотень штучних радіонуклідів, а також активно використовується енергія атома в різних цілях. Однак, на відміну від природних джерел, штучні джерела радіоактивного випромінювання практично у всіх випадках контролюються.

Умовно, технічні джерела радіації можна розділити на наступні групи:

·        джерела використовувані в медицині - рентгенівський апарат, діагностичні прилади на базі використання радіоізотопів, променева терапія;

·        ядерні вибухи;

·        атомна енергетика;

·        предмети, що містять радіоактивні речовини. Це - антистатичні щітки для видалення пилу з пластинок і фотоприналежностей, дія яких засновано на випущенні альфа-частинок; детектори диму, принцип дії яких заснований на використанні альфа-випромінювання; кольорові телевізори та монітори, що випускають рентгенівське випромінювання й інші предмети.

Внутрішнє опромінення.

У середньому дві третини ефективної еквівалентної дози опромінення, що людина одержує від природних джерел радіації, випромінювання яке надходить від радіоактивних речовин, які потрапили в організм із їжею, водою і повітрям.

Невелика частина цієї дози приходиться на радіоактивні ізотопи типу вуглецю-14 і тритію, що утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження. У середньому людина одержує близько 180 мЗв у рік за рахунок калію-40, що засвоюється організмом разом з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму. Однак значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує від нуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншому ступені від радіоактивного ряду торію-232 .

Деякі з них, наприклад нукліди свинцю-210 і полонію-210 (який є джерелом антропогенного забруднення) , надходять в організм з їжею. Вони концентруються в рибі й у молюсках, тому люди, що споживають багато риби й інших дарунків моря, можуть одержати відносно високі дози опромінення.

Зовнішнє опромінення.

Протягом всієї історії існування Землі різні види випромінювання надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться в земній корі, а також падають на поверхню Землі з космосу.

Космічні промені дають радіаційний фон ледве менше половини зовнішнього опромінення, одержуваного населенням від природних джерел. Космічні промені складаються в основному з заряджених часток.

Велика частина космічних променів приходить до нас з космосу, але деяка їхня частина народжується на Сонці під час сонячних спалахів. Космічні промені можуть досягати поверхні Землі чи взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи вторинне випромінювання і приводячи до утворення різних радіонуклідів. Північний і Південний полюси одержують радіації більше, ніж екваторіальні області, через наявність у Землі магнітного полюса, що відхиляє заряджені частки. Рівень опромінення росте з висотою, оскільки при цьому над нами залишається усе менше повітря, що грає роль захисного екрана.

Природні й антропогенні джерела іонізуючого випромінювання.

 Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел радіації. Таке твердження випливає з того, що всі джерела радіації можна розділити на групи: 

·        природні джерела, що дають середні річні ефективні дози опромінення 2мЗв;

·        джерела, що використовуються в медицині, середньостатистичні дози опромінення від яких у рік складають 0,4 мЗв;

·        радіоактивні опади, у середньому опромінення, що дають у рік дозу рівну 0,02мЗв;

·        атомна енергетика, доза опромінення від якої складає в рік 0,001 мЗв.

Більшість з них такі, що уникнути опромінення від них зовсім неможливо, тому що ними є природні джерела радіації.

Вплив радіації на живий організм.

Найважливіші біологічні реакції організму людини на вплив іонізуючого випромінювання умовно розділені на дві групи. До першої відносяться гострі поразки, до другої - віддалені наслідки, що у свою чергу розділяються на соматичні (вплив на тіло і кісти) і генетичні ефекти. Променева хвороба. У випадку однократного опромінення людини значною дозою радіації на короткий термін ефект від опромінення спостерігається вже в першу добу, а ступінь хвороби залежить від величини поглиненої дози.

При опроміненні всього організму людини дозою менше як 1 Зв, як правило, відзначаються лише легкі реакції організму, що виявляються в зрушеннях у формулі крові, зміні деяких вегетативних функцій. При дозах опромінення більш 1 Зв розвивається гостра променева хвороба, тяжкість проходження якої залежить від дози опромінення.

Позитивні та негативні іони атомного ядра

Осілі на землю радіонукліди в процесі свого розпаду випромінюють позитивні та негативні іони атомного ядра: альфа (α), бета (β), гамма (γ) – частинки, якими насичується не тільки повітря, але й вода, грунт і всі живі та не живі об’єкти земної поверхні.Радіаційна активність цих частинок різна:

α – частинки мають дуже короткий шлях проникнення, до 9-10 см; вони практично не можуть пробити аркуша паперу.Але ці частинки стають в 20 разів небезпечнішими при внутрішньому опроміненні організму.

β – частинки мають  шлях проникнення до кількох метрів. Вони проникають на 1-2 см в тканини людського організму, викликаючи при цьому сухість і опіки шкіри, ламкість нігтів. Їх проникнення в середину організму є небезпечним для здоров’я.

Одиниці вимірювання радіоактивності

Основною характеристикою іонізуючого випромінювання є доза випромінювання. Доза випромінювання - це кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглиненої одиницею маси середовища, що опромінюється. Розрізняють експозиційну, поглинену й еквівалентну дози випромінювання. Для визначення поглиненої енергії будь-якого виду випромінювання в середовищі прийняте поняття поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання визначається як енергія, поглинена одиницею маси речовини, що опромінюється. За одиницю поглиненої дози випромінювання приймається джоуль на кілограм (Дж/кг). У системі СІ поглинена доза виміряється в греях (Гр). 1 Гр - це така поглинена доза, при якій 1 кг речовини, що опромінюється, поглинає 1 Дж енергії, тобто 1 Гр = 1 Дж/кг.

Цезій-137.

 Після стронцію-90 цезій-137 є самим небезпечним радіонуклідом для людини. Основна маса цезію концентрується в верхніх шарах грунту і лісовій устилці. В організм людини він надходить з продуктами рослинного та тваринного походження, особливо великою може бути його концентрація в молоці.  Слід зауважитити, що цезію  найбільш поступає в організм  з  їжею, що складає 99%, а близько 1% поступає через повітря. Цезій швидко всмоктується в шлунково-кишковий тракт і відносно рівномірно розходиться до тканин організму. У людини зниження імунобіологічних властивостей може наступити при концентрації цезію 5,0∙10 Кюрі на 1 кг ваги. Накопичення цезію в організмі людини відбувається через їжу, але можуть зустрічатись і легкі форми опіків при довготривалому контакті з радіаційним пилом.

Стронцій-90.

 Цей радіонуклід є дуже небезпечним. При концентрації 2мк/Кюрі на 1г ваги викликає смерть у 50% тварин на протязі 30 днів. При однаковому забрудненні грунту радіонуклідами стронцій-90 в 6 разів небезпечніший, ніж цезій-137. Основне надходження стронцію-90 в організм людини відбувається через продукти рослинного походження: картоплю і овочі від 50% до 73%, а через молочні продукти його надходить 3-27%. При постійному впливі навіть малих доз стронцію-90 розвивається променева хвороба або виникають радіаційні ураження у вигляді  призупинення росту, зниження продуктивності тварин, зниження фагоцитарної активності клітин і  порушення імунобіологічних і захисних властивостей організму. В кормах грубого помолу концентрація  стронцію-90 в 40-65 разів є вищою, ніж цезію-137. Однак вміст стронцію-90 в молоці в 5-7 разів нижчий, ніж цезію-137. М’ясо також характеризується низьким вмістом стронцію-90, але він має здатність накопичуватись у кістковій тканині, кістковому мозку, кровотворній системі.

Характеристика і класифікація радіонуклідів.

Радіонукліди по своєму походженню діляться на природні і штучні. Природні радіонукліди беруть свій лік від  початку утворення Землі, штучні- наслідки діяльності людини. Радіаційний гамма-фон на землі існує вічно і створюють його природні радіонукліди., які знаходяться у верхньому шарі земної кори, приземному шарі атмосфери і  космічне випромінювання, яке надходить до нас із Всесвіту. Період напіврозпаду природних радіонуклідів триває мільйони років. А це значить, що природний гамма-фон є дуже постійною величиною. Космічне випромінювання дуже стабільне і залежить від географічної сторони місцевості, посилюючись в напрямку до полюсів. Періодично посилає „порцію” радіації на Землю Сонце. Явище сонячної активності мають циклічний характер і повторюються через 11 років. Але сонячна радіація посилює гамма-фон  в космічному просторі і до поверхні землі вона практично не доходить.

Вплив випромінювань стільникових апаратів

В даний час відомі дві можливості зниження рівня опромінення абонента:

• використання спеціальних чохлів , які надягають на радіослухавку;
• застосування зовнішніх антен ( в офісах або в автомобілях).

Фахівці Всесвітньої організації охорони здоров'я пропонують розглянути питання про майбутнє стільникового зв'язку. Вони вважають, що необхідно розробити більш суворі стандарти безпеки на підставі даних, які отримані медиками. Мобільний телефон перетворився на справжній кошмар для людей, які мимоволі страждають від наслідків його використання в громадських місцях. Нав'язливе бажання безперестанку дзвонити по мобільному телефону - це нова форма психічного розладу. Таке повальне захоплення стільниковим зв'язком являє собою вид агресії по відношенню до оточуючих.

Випромінювання трубки стільникового зв’язку.

Максимальна потужність випромінювання більшості трубок становить приблизно 1 Вт , або перевищує цю величину. Тоді середня відстань від антени телефону до голови абонента становитьо не більше 5 см, мозок людини буде опромінюватися з щільністю потоку потужності в 1 мВт/см² , яка значно перевищує граничнодопустимий рівень в діапазоні надвисоких частот довжин хвиль.

Необхідно згадати і ще одну важливу обставину: резонансна частота головного мозку складає приблизно 900 МГц. Отже , найбільшу небезпеку для здоров'я абонента, що користується послугами стільникового зв'язку, представляє безпосередньо сама телефонна трубка, а що стосується випромінювання стільникових і радіорелейних станцій, то вони для населення (абонентів) безпосередньої небезпеки практично не представляють.

Стільниковий зв’язок

На сьогоднішній день стільниковий зв'язок отримав широке поширення у світі і є всі підстави вважати, що його використання буде охоплювати все нові регіони. Однак більшість абонентів стільникового зв'язку мають слабке уявлення про принцип дії такого зв'язку і про негативному впливі радіовипромінювання на їх здоров'я.

Стільниковий зв'язок забезпечують три основних складових:
• базові станції , які є джерелом електромагнітного випромінювання;
• мобільні телефони абонентів;
• радіорелейні станції, що забезпечують обмін інформацією базових станцій між собою і функціонування всієї мережі в цілому.

В принципі , кожна з трьох перерахованих складових стільникового зв'язку впливає на здоров'я людини.

Дія на організм інфразвуку.

Інфразвук - це низькочастотні акустичні коливання , що не чутні для людини зазвичай до 20 Гц). Джерелами інфразвукуможуть бути як природні об'єкти (море , землетрус , грозові розряди тощо), так і штучні (вибухи , автомашини , установки та ін виникають труднощі при вимірюванні інфразвукових коливань. Для інфразвукухарактерно слабке поглинання різними середовищами , тому він поширюється на значні відстані. Оскільки довжина хвилі інфразвуку більше , ніж у чутних звуків , то інфразвукові хвилі краще проникають в приміщення, обходячи перешкоди.

Інфразвук справляє негативний вплив на функціональний стан ряду систем організму : з'являються втома, головний біль , сонливість , роздратування і ін. 

Загальний характер реакції біологічного об'єкта на дію фізичного поля

           Реакцію біологічного об'єкта розглянемо на основі вчення  І.Є. Віденського про фізіологічні ритми нервових процесів .

          Будь-яка збудлива тканина реагує на подразнення потенціалом дії . Реакція має чотири фази:

І - абсолютна рефрактерна : біотканини не відповідає на подразнюючі стимулювання;

II - відносна рефрактерна : збудливість нижче нормальної;
          III - супернормальная : нормальна реакція досягається під час дії подразника;

IV - в цій фазі зберігається на деякий час фаза субнормальності.
Запропонована модель залишається правомірною , якщо величину
впливу приймати як реальну кількісну характеристику
фізичного поля (наприклад , силу , напруженість , кількість енер-
гії , динамічні параметри).

Індивідуальні засоби захисту від електромагнітних полів.

         До засобів індивідуального захисту (ЗІЗ ) від статичної напруги та електричних полів промислової частоти відносять захисні халати , комбінезони , окуляри , спецвзуття, заземлюючі браслети .

Матеріалом для захисних халатів , комбінезонів , фартухів служить спеціальна тканина , в структурі якої використовуються тонкі металеві нитки , скручені з бавовняними . Шолом та бахіли костюма робляться з такої ж тканини , але в шолом спереду вшиті окуляри і спеціальна дротяна сітка для дихання. ЗІЗ повинні бути заземлені.

Окуляри виготовляються з стекол спеціальних марок металізованих діоксидом олова.
Захист від дії інфрачервоного випромінювання передбачає дистанційне керування процесом ; теплоізоляцію поверхні обладнання ; пристрій захисних екранів , покритих теплоізоляційними матеріалами; водяні та повітряні завіси ; застосування теплозахисних костюмів.

Способи захисту від шкідливого впливу електромагнітних полів і випромінювань довжин хвиль оптичного діапазону

            Вплив електромагнітних, полів на біосферу різноманітний та багатогранний. В результаті антропогенної діяльності збільшується загальний електромагнітний фон навколишнього природного середовища не тільки в кількісному, але і в якісному відношенні.

Захист людини від небезпечного впливу електромагнітного випромінювання здійснюється наступними способами:
• зменшення випромінювання від джерела ;
• екранування джерела випромінювання та робочого місця;
• встановлення санітарно -захисної зони;
• поглинання або зменшення рівня зарядів статичної електрики;
• усунення зарядів статичної електрики;
• застосування засобів індивідуального захисту .

Захист від електромагнітного випромінювання за допомогою люстри Чижевського.

            "Люстра" Чижевського являє собою профілактично-лікувальний електричний пристрій, який збагачує повітря негативно зарядженими іонами кисню, що необхідні для функціонування живих організмів. "Люстра" призначена для застосування в закритих житлових та виробничих приміщеннях, оскільки саме в них спостерігається зниження концентрації негативно заряджених іонів кисню, порівняно з їхньою концентрацією на відкритому просторі. Зниження концентрації відбувається внаслідок зіткнення іонів кисню зі стінами приміщення, а також внаслідок вдихання повітря людьми чи тваринами, які в цьому приміщенні знаходяться. "Люстра" Чижевського відновлює концентрацію негативно заряджених іонів кисню до початкової (природньої) величини, що відповідає їх концентрації на відкритому просторі (на полі, в лісі і т.п.). Додатковим позитивним побічним ефектом роботи "люстри" Чижевського є зниження концентрації пилу в повітрі.

Вплив електромагнітного випромінювання на людину.

           У процесі життєдіяльності людина постійно перебуває в зоні дії електромагнітного ( ЕМ) поля Землі. Це фонове поле, яке вважається нормальним і не спричинює негативної дії для людського організму. Природний електромагнітний спектр охоплює хвилі довжиною від 0,00000000000001 метрів до 100 000 кілометрів.

Найчастіше небезпечнішими є джерела слабкого електромагнітного випромінювання , яке діє протягом тривалого проміжку часу. До таких джерел належить в основному аудіо-відео техніка , побутова техніка. Найбільш істотний вплив на людину надають мобільні телефони , СВЧ печі , комп'ютери і телевізори.

Гранично допустимі рівні напруженості електричного поля.

          Електромагнітне поле, яке породжується зарядами й струмами, діє на заряди й струми в фізичних тілах.

Згідно наказу Міністерства охорони здоров’я України для   забезпечення реалізації положень Закону України "Про забезпечення санітарного та епідемічного  благополуччя  населення" ( 4004-12 ), затверджено «Державні  санітарні  норми  і правила захисту населення від впливу електромагнітних  випромінювань».

Гранично допустимі рівні (ГДР) напруги ЕМП встановлені "Санітарними нормами та правилами захисту населення від впливу електричного поля, що утворюється повітряними лініями електропередачі змінного струму промислової частоти" (№ 2971-34).

Фактори впливу електричного поля на людину.

          Численні явища в природі пов'язані з хвилями, які одержали назву електромагнітних. Поширюючись у просторі, вони взаємодіють з матеріальними об'єктами і спричиняють різноманітні зміни їх. Крім властивостей, притаманних будь-яким хвильовим процесам, електромагнітні хвилі мають і своєрідні властивості. Вивчення властивостивостей електромагнітних хвиль дало змогу пояснити багато природних явищ, розробити унікальні технологічні процеси, високоточні методи вимірювання, ефективні засоби зв'язку, складну медичну апаратуру тощо.

ТЕХНОГЕННИЙ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ФОН

Під електромагнітним забрудненням навколишнього середовища розуміти такий стан середовища, коли техногенний електромагнітний фон дорівнює або перевищує природний ЕМ- фон , характерний для даної місцевості (або приміщення).

Техногенний електромагнітний фон (або електромагнітний фон антропогенного походження) прямо або побічно  пов'язаний з діяльністю людини. Техногенний електромагнітний фон може бути як виробничим, так і побутовим.

Виробничий ЕМ- фон, як правило, пов’язаний з якими-небудь технологічними процесами: загартуванням виробів токами високої частоти, плазмовою обробкою поверхні виробів пластмас та ін. , а також наявністю ВЧ- зв'язку.

ПРИРОДНИЙ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ФОН

Природний електромагнітний фон може мати атмосферне або літосферне

походження.

Для атмосфери характерні наступні види випромінювань:
а ) інтенсивне випромінювання при грозових розрядах (його частота і
тривалість залежать від величини і тривалості розрядного струму); це
так звані « атмосферики »;
б) передгрозове радіовипромінювання;
в) безперервно-шумове радіовипромінювання грозових хмар і циклонів (на частотах від сотень кілогерц до сотень мегагерц).

Фізична природа двох останніх видів випромінювань обумовлена, з одного боку, їх подрібненням і коагуляцією (злиттям дрібних крапель в більші).

Варіації магнітного поля

Добові варіації . Добові варіації геомагнітного поля виникають регулярно в основному за рахунок струмів в іоносфері Землі, викликаних змінами освітленості земної іоносфери Сонцем протягом доби.

Нерегулярні варіації. Нерегулярні варіації магнітного поля виникають внаслідок впливу потоку сонячної плазми (сонячного вітру) на магнітосферу Землі, а так само змін всередині магнітосфери та взаємодії магнітосфери з іоносферою.

27 - денні варіації. 27 - денні варіації існують як тенденція до повторення збільшення геомагнітної активності через кожні 27 днів, відповідних періоду обертання Сонця щодо земного спостерігача. Ця закономірність пов'язана з існуванням довгоживучих активних областей на Сонці , які спостерігаються в перебігу декількох обертів Сонця.

Параметри поля

Точки Землі, у яких напруженість магнітного поля має вертикальний напрямок, називають магнітними полюсами. Таких точок на Землі дві: північний магнітний полюс і південний магнітний полюс.

Пряма, що проходить через магнітні полюси, називається магнітною віссю Землі. Окружність великого кола в площин , яка перпендикулярна до магнітної ос , називається магнітним екватором. Напруженість магнітного поля в точках магнітного екватора має горизонтальний напрямок.

Будова й характеристики магнітного поля Землі

Геомагнітне поле складається з постійного і змінного полів.

Змінне геомагнітне поле може змінюватися - це спокійні й обурені варіації, амплітуди і фази яких змінюються протягом доби і протягом року залежно від сонячної активності; це геомагнітні пульсації - електромагнітні хвилі дуже низької частоти, що спостерігаються на поверхні Землі. Отже, магнітне поле Землі знаходиться у невпинній зміні, складність якої відображають зміни різних параметрів.

На невеликому віддаленні від поверхні Землі, близько трьох її радіусів, магнітні силові лінії мають диполеподібне розташування.

Складові геомагнітного поля

Власне магнітне поле Землі (геомагнітне поле) можна розділити на наступні чотири основні частини:

1. Основне магнітне поле Землі, що відчуває повільні зміни в часі (вікові варіації ) з періодами від 10 до 10 000 років, зосередженими в інтервалах 10-20, 60-100, 600-1200 і 8000 років. Останній пов'язаний із зміною дипольного магнітного моменту в 1,5-2 рази.
2. Світові аномалії - відхилення від еквівалентного диполя до 20% напруженості окремих областей з характерними розмірами до 10 000 км . Ці аномальні поля відчувають вікові варіації, що призводять до змін з часом протягом багатьох років і століть. Приклади аномалій: Бразильська, Канадська, Сибірська, Курська. У ході вікових варіацій світові аномалії зміщуються, розпадаються і виникають знову. На низьких широтах мається західний дрейф по довготі зі швидкістю 0,2° в рік.

Структура магнітного поля Землі

Земне магнітне поле знаходиться під впливом потоку намагніченою сонячної плазми. У результаті взаємодії з полем Землі утворюється зовнішня межа навколоземного магнітного поля, названа магнітопауза. Вона обмежує земну магнітосферу . Через дії сонячних корпускулярних потоків розміри і форма магнітосфери постійно змінюються, і виникає змінне магнітне поле, яке визначається зовнішніми джерелами. Його змінність зобов'язана своїм походженням струмовим системам, що розвиваються на різних висотах від нижніх шарів іоносфери до магнітопаузи . Зміни магнітного поля Землі в часі , викликані різними причинами , називаються геомагнітними варіаціями, які розрізняються як за тривалістю, так і по локалізації на Землі і в її атмосфері.

Магнітне поле Землі

Магнітне поле Землі - магнітне поле Землі, що генерується внутріземнимі джерелами. Називають також геомагнітним полем.

Про здатність намагнічених предметів розташовуватися в певному напрямку було відомо ще китайцям кілька тисячоліть тому.

Вперше припущення про наявність магнітного поля Землі, яке і викликає таку поведінку намагнічених предметів, висловив англійський лікар і натурфілософ Вільям Гільберт в 1600 році у своїй книзі « De Magnete ». Спостереження англійського астронома Генрі Геллібранд показали, що геомагнітне поле не постійне, а повільно змінюється.

Синдром дефіциту магнітного поля і магнітотерапія

         П'ятдесят років тому відомий японський вчений, доктор Накагава описав нову хворобу, на яку страждає величезна кількість людей на Землі, і назвав її «синдромом дефіциту магнітного поля людини». Він описав «синдром дефіциту магнітного поля», що веде до утворення десятків патологічних процесів.

Головними проявами синдрому є: загальна слабкість, підвищена стомлюваність, знижена працездатність, поганий сон, головний біль, болі в суглобах і хребт , патологія серцево-судинної системи, гіпер- і гіпотонія, порушення травлення, шкірні зміни, проблеми передміхурової залози, гінекологічні дисфункції і ряд інших процесів. Так як магнітне поле Землі одночасно захищає людину від небезпечних сонячних і космічних випромінювань, як вважають вчені, то зменшення магнітного поля на великих висотах збільшує ризик від таких небезпечних для організму впливів.

Магнітне поле і людина

Київський професор, доктор фізико-математичних наук, директор українського інституту екології людини М.В. Курик пов'язує тривалість життя з величиною напруженості магнітного поля Землі.  На жаль, вона постійно зменшується. За розрахунками фізика, 2000 років тому геомагнітне поле було вдвічі сильніше, ніж зараз. А в більш глибокій старовині - ще сильніше.

Чому імунітет людини, а значить, його здатність чинити опір впливів на організм і, в кінцевому рахунку, тривалість життя залежать від магнітного поля Землі? Кожна молекула в магнітному полі витягується і поляризується, один її кінець стає північним магнітним полюсом, другий - південним . У такому стані кожна частинка живої речовини краще вступає в електрохімічні реакції, і в організмі йде правильний обмін речовин. Коли зовнішнє магнітне поле ослаблене або, того гірше, відсутнє, організм виявляється в критичній ситуації.

Прилад для вимірювання вібрації - віброметр

         Віброметр – прилад для вимірювання механічних коливань тіл. Вібраційна діагностика – метод діагностування технічних систем і устаткування, заснований на аналізі параметрів вібрації, що створюється працюючим обладнанням або є вторинною вібрацією, яка зумовлена структурою досліджуваного об'єкта.

Вібраційна діагностика, як і інші методи технічної діагностики, покликана здійснювати пошук несправностей і оцінювати технічний стан досліджуваного об'єкта.

Під час вібраційної діагностики, як правило, досліджується тимчасовий сигнал або спектр вібрації того чи іншого обладнання. Вимірюються віброшвидкості, віброзміщення, віброприскорення. Найчастіше досліджується віброшвидкість.

Лікування вібрацією

Залежно від параметрів (частота , амплітуда ) вібрація може як позитивно, так і негативно впливати на окремі тканини і організм в цілому. Вібрацію використовують при лікуванні деяких захворювань , але найчастіше вібрацію (виробничу) вважають шкідливо впливає чинником . Тому важливо знати граничні характеристики , що розділяють позитивний та негативний вплив вібрації на людину. Вперше на корисне значення вібрації звернув увагу французький вчений абат вересня П'єр , який в

Вібраційна хвороба

Згідно способу передачі на людину вібрація підрозділяється на загальну, що передається через опорні поверхні на тіло сидячої чи стоячої людини, та локальну − вібрацію, яка передається через руки людини. Тривалий вплив вібрацій веде до вібраційної хвороби, досить розповсюдженого професійного захворювання.

В даному випадку спостерігаються зміни серцевої діяльності, загальне збудження або, навпаки, гальмування, стомлення, поява болю, відчуття тряски внутрішніх органів, нудота. У цих випадках вібрації впливають і на кістково-суглобової апарат, м'язи, периферійний кровообіг, зір, слух.

Важливо знати, що в перебігу вібраційної хвороби, у залежності від ступеня поразки, розрізняють чотири стадії.

Вплив вібрації на організм людини

 При вивченні впливу вібрації на людину її тіло розглядають як складну динамічну систему. Чисельні дослідження показали, що ця динамічна система міняється в залежності від пози людини, її стану – розслабленості, напруженості і інших факторів. Для такої системи існують небезпечні, резонансні частоти, і якщо зовнішні сили впливають на людину з частотами, близькими чи рівними резонансним, то різко зростає амплітуда коливань як усього тіла, так і окремих його органів.

Для тіла людини в положенні сидячи резонанс настає при частоті 4…6 Гц, для голови 20…30 Гц, для очних яблук 60…90 Гц. При цих частотах інтенсивна вібрація може привести до травми хребта і кісткової тканини, порушення зору, у жінок викликати передчасні пологи.

Перетворювачі вібрації

Залежно від параметрів, що вимірюються (зміщення, швидкість, прискорення, фаза, частота), розрізняють такі прилади як віброметри, велометри, акселерометри, фазометри, частотоміри. Пристрій, що перетворює вібраційні параметри у відповідний електричний сигнал, називається   перетворювачем. Розглянемо принцип дії основних типів перетворювачів.

Перетворювачі опору. В основі принципу дії цих приладів лежить перетворення механічного руху в зміну електричного опору за допомогою реостата або напівпровідника, що викликає відповідні зміни напруги чи струму в системі реєстрації. 

Конструкція складається з провідника (мідь або нікель), розміщеного у цементі між паперовими шарами.

Вимірювання вібрації

Для цього використовуються практично ті самі прилади, що й для вимірювання шуму. Різниця полягає лише в давачі, а в деяких випадках у наявності інтегродиференційних кіл, які дозволяють визначити за ефективністю швидкості вібрації вібраційне прискорення або зсув. Отже, шумоміри можуть використовуватись як віброметри, якщо замість мікрофона як чутливий елемент застосовується вібродавач.

Різниця полягає в області частот, які вимірюються, оскільки під час вимірювання вібрацій достатньо виконати вимірювання в діапазоні від 5 до 1000 Гц.

При вимірюванні параметрів вібрації застосовуються кінематичний і динамічний принцип вимірювання.

Нормування вібрації

Основними нормативними документами, що регламентують рівні вібрації, є ГОСТ 12.1.0.12-90 ССБТ "Вібраційна хвороба. Загальні вимоги" і ДСН 3.3.6-039-99 та ін.

Розрізняють гігієнічне та технічне нормування вібрації. Гігієнічне нормування регламентує санітарні умови праці з метою захисту людини від шкідливої дії вібрації. Технічне нормування має на меті:

·                   знизити рівень шкідливої дії на організм людини;

·                   захистити машини, механізми, обладнання від вібраційного впливу, що може призвести до їх пошкодження.

Санітарними нормами і правилами регламентується граничнодопустима величина вібрації, гранично допустима вага механізмів, гранично допустима сила ручного натискання, а також умови вимірювання нормованих величин.

Методи боротьби з вібрацією

Боротьба з вібрацією в джерелі її виникнення передбачає конструювання та проектування таких машин і технологічних процесів, в яких виключені або знижені неврівноважені сили, відсутня ударна взаємодія деталей. Застосування спеціальних видів зчеплення і чистоти поверхні шестерень дозволяють знизити рівень вібрації на 3 - 4 дБ. Усунення дисбалансу обертових мас досягається балансуванням.

Вібродемпфіровання - це зниження вібрації об'єкта шляхом перетворення її енергії в інші види (зрештою, в теплову) . Збільшення втрат енергії можна досягти різними прийомами: використанням матеріалів з ​​великим внутрішнім тертям ; використанням пластмас , дерева , гуми; нанесенням шару пружно в'язких матеріалів, що володіють великими втратами на внутрішнє тертя (руберойд , фольга , мастики , пластичні матеріали тощо).

Характеристика вібрації

 Вібрація являє собою складний коливальний процес в широкому діапазоні частот, що виникає в результаті передачі коливальної енергії від якогось джерела в твердому тілі.

Основними параметрами, що характеризують вібрацію, є:
1. Амплітуда зміщення, тобто величина найбільшого відхилення від положення рівноваги;
2. Амплітуда прискорення;
3. Період коливань - час між двома послідовними однаковими станами системи;
4. Частота.

Для вібрації відлік децибел ведеться від умовної опорної віброшвидкості, рівний 5-108 м/с, віброприскорення – 3-104 м/с2.

Шумове забруднення. Його вплив на здоров’я людини.

Людина знаходиться у  світі звуків, який є невід’ємною складовою її середовища проживання. Шелест листя, шум дощу, спів птахів – є звичним для неї природним шумовим забрудненням. Проте, різноманітні і багатомасштабні процеси техногенного освоєння середовища істотним чином змінили і змінюють природне акустичне поле, що стало серйозним чинником негативного впливу. Згідно сформованим уявленням шумове забруднення - одна з форм фізичного (хвильового) забруднення навколишнього середовища, адаптація організмів до якого не можлива. Зумовлено воно перевищенням природного рівня шуму і зміною звукових характеристик (періодичності, сили звуку). Залежно від сили і тривалості дії шуму здатний завдати відчутної шкоди здоров'ю. Багаторічна вплив шуму веде до пошкодження органів слуху. Вимірюють шум у белах (Б).

Шум, як фактор забруднення, сприймається людьми досить-таки індивідуально. Диференціація сприйняття шумових впливів змінюються по віку, а також у залежності від темпераменту і загального стану здоров'я. Орган слуху людини може пристосовуватися до деяких постійних або повторюваних шумів, але у всіх випадках це не захищає від виникнення і розвитку будь-якої патології.

Шумове забруднення на об’єктах

             Шум на захищених об’єктах при здійсненні будь-яких видів діяльності не повинен перевищувати рівнів, установлених санітарними нормами для відповідного часу доби.

У нічний час, із двадцять другої до восьмої години на захищених об’єктах забороняються гучний спів і викрики, користування звуковідтворювальною апаратурою та іншими джерелами побутового шуму, проведення салютів, феєрверків, використання піротехнічних засобів.

Проведення на захищених об’єктах ремонтних робіт, що супроводжуються шумом, забороняється у робочі дні з двадцять першої до восьмої години, а у святкові та неробочі дні - цілодобово.

Власник або орендар приміщень, у яких передбачається проведення ремонтних робіт, зобов’язаний повідомити мешканців прилеглих квартир про початок зазначених робіт. За згодою мешканців усіх прилеглих квартир ремонтні та будівельні роботи можуть проводитися також у святкові та неробочі дні. Шум, що утворюється під час проведення будівельних робіт, не повинен перевищувати санітарних норм цілодобово.

Відвернення і зменшення шкідливого впливу на здоров’я населення шуму

Шумове забруднення довкілля відноситься до фізичних факторів середовища життєдіяльності, що впливає або може вплинути на здоров’я людини чи на здоров’я майбутніх поколінь.

Статтею 3 Конституції України визначено, що людина, її життя і здоров’я, честь і гідність, недоторканність і безпека визнаються в Україні найвищою соціальною цінністю.

Статтею 24 цього Закону встановлено, що органи виконавчої влади, органи місцевого самоврядування, підприємства, установи, організації та громадяни при здійсненні будь-яких видів діяльності з метою відвернення і зменшення шкідливого впливу на здоров’я населення шуму, неіонізуючих випромінювань та інших фізичних факторів зобов’язані:

·                    здійснювати відповідні організаційні, господарські, технічні, технологічні, архітектурно-будівельні та інші заходи щодо попередження утворення та зниження шуму до рівнів, установлених санітарними нормами;

·                    забезпечувати під час роботи закладів громадського харчування, торгівлі, побутового обслуговування, розважального та грального бізнесу, культури, при проведенні концертів, дискотек, масових святкових і розважальних заходів тощо рівні звучання звуковідтворювальної апаратури та музичних інструментів у приміщеннях і на відкритих площадках, а також рівні шуму в прилеглих до них жилих і громадських будівлях, що не перевищують рівнів, установлених санітарними нормами;

Відповідальність за порушення вимог щодо захисту населення від шкідливого впливу шуму чи правил додержання тиші

            Відповідно до статті 182 Кодексу України про адміністративні правопорушення встановлено відповідальність за порушення вимог законодавчих та інших нормативно-правових актів щодо захисту населення від шкідливого впливу шуму чи правил додержання тиші в населених пунктах і громадських місцях.

Так, порушення вимог законодавчих та інших нормативно-правових актів щодо захисту населення від шкідливого впливу шуму чи правил додержання тиші в населених пунктах і громадських місцях - тягне за собою попередження або накладення штрафу на громадян від п’яти до п’ятнадцяти неоподатковуваних мінімумів доходів громадян і накладення штрафу на посадових осіб та громадян - суб’єктів господарської діяльності - від п’ятнадцяти до тридцяти неоподатковуваних мінімумів доходів громадян.

Шумомір

Прилад для вимірювання шуму, шумомір — прилад для об'єктивного вимірювання рівня звуку. Не слід плутати цей параметр з рівнем гучності. Не всякий прилад, що вимірює звук, є шумоміром. Шумомір містить ненаправлений мікрофон, підсилювач, коригувальні фільтри, детектор, інтегратор (для інтегруючих шумомірів) та індикатор.

Фактично шумомір являє собою мікрофон, до якого підключений вольтметр, відградуйований в децибелах. Оскільки електричний сигнал на виході з мікрофону пропорційний вихідному звуковому сигналу, приріст рівня звукового тиску, що впливає на мембрану мікрофона викликає відповідний приріст напруги електричного струму на вході в вольтметр, що і відображається за допомогою індикаторного пристрою, відградуйованого в децибелах.

Індивідуальний захист від шуму, методи звукоізоляції

Соціальний характер проблеми забруднення середовища шумом і визначає те, що боротьба з ним — завдання не тільки технічне, а й суспільне. У проблемі взаємодії людського суспільства і природи важливе місце посідає свідома й активна боротьба з шумовим забрудненням довкілля.

Зниження шуму звукопоглинанням та звукоізоляцією. Об'єкт, котрий випромінює шум, розташовують у кожусі, внутрішні стінки якого покриваються звукопоглинальним матеріалом. Кожух повинен мати достатню звукопоглинальну здатність, не заважати обслуговуванню обладнання під час роботи, не ускладнювати його обслуговування, не псувати інтер'єр цеху. Різновидом цього методу є кабіна, в котрій розташовується найбільш шумний об'єкт і в котрій працює робітник. Кабіна зсередини вкрита звукопоглинальним матеріалом, щоб зменшити рівень шуму всередині кабіни, а не лише ізолювати джерело шуму від решти виробничого приміщення.

Зниження шуму звукоізоляцією. Суть цього методу полягає тому, що шумовипромінювальний об'єкт або декілька найбільш шумних об'єктів розташовуються окремо, ізольовано від основного, менш шумного приміщення звукоізолювальною стіною або перегородкою. Звукоізоляція також досягається шляхом розташування найбільш шумного об'єкта в окремій кабіні.

Нормування шуму

При нормуванні шуму використовують два методи:

1. Нормування за граничним спектром шуму.

2. Нормування рівня звуку в дБА.

Перший метод нормування є основним для постійних шумів. Відповідно до ГОСТу 12.1 003-83 нормуються рівні звукового тиску в 9 октавних смугах з середньо геометричними частотами:

Вплив шуму на сон

Шум є одним з найбільш нестерпних подразників в нічний час. Одним з важливих проявів впливу шуму на організм людини, як показують дослідження, є порушення сну, що виникае при перевищенні рівня звуку в 35 дБА. Так, число прокидань при рівні шуму 40 дБА складає 55%, а при 70 дБА збільшується до 80%. Дія шуму сприяє і супроводжується зміною частоти пульсу. На сон впливають інтенсивність, частота виникнення подразнення та зміна рівня звукового тиску у часі.

Вивчення характеру сну у людей, що проживають у будівлях, розташованих на вулицях з різними рівнями шуму, показало, що сон різко порушується при рівні звуку 40 дБА, а при 50 дБА період засипання продовжується до 1 години, час глибокого сну скорочується до 60%. У жителів, що проживають у тихих районах сон проходить нормально, якщо шум не перевищує 30-35 дБА При цьому період засипання в середньому складає 14-20 хвилин, глибина сну 82%.

Рівень шуму від різних шумових джерел

Вчені Мічиганського університету з'ясували, що кожні 10 децибел середнього шуму підвищують артеріальний тиск на 1,5-2 міліметра ртутного стовпа, що збільшує ризик інсульту на 10%. Постійний вплив звуку послаблює нервову систему людини, викликаючи психічні захворювання. Шум стає причиною передчасного старіння: в тридцяти випадках зі ста він скорочує тривалість життя людей у великих містах на 8-12 років. Вплив звукових хвиль на людський організм очевидно. Безпечним можна вважати рівень шуму 25-30 Дб. 130 Дб викликають больові відчуття.

Поняття кольору шуму

В деяких галузях техніки, зокрема в електроніці та акустиці існує абстрактне поняття кольору шуму, що приписує шумовому сигналу певний колір виходячи з його статистичних властивостей. Одним з таких властивостей, за допомогою якого можна розрізняти види шуму, може бути спектральна густина (розподіл потужності по частотах). Прийнято розрізняти наступні різновиди шумів за кольорами: білий шум, рожевий шум, червоний (коричневий) шум та сірий шум. Іноді виділяють й інші різновиди.

 Білий шум - стаціонарний шум, спектральні складові якого рівномірно розподілені по всьому діапазону частот. Прикладами білого є шум водоспаду або шум шоткі на клемах великого опору. Назву одержав від білого світла, яке включає електромагнітні хвилі частот усього видимого діапазону електромагнітного випромінювання.

Методи зменшення шумів

Шумове забруднення - це перевищення природного рівня шуму та ненормальна зміна звукових характеристик (періодичності, сили звуку тощо) на робочих місцях, в населених пунктах та інших місцях внаслідок роботи транспорту, промислових підприємств, побутових пристоїв, поведінки людей та інших причин.

Для ліквідації шумового забруднення навколишнього середовища використовується шумозахист.

Шумозахист - це комплекс заходів на виробництві, транспорті, при цивільному та промисловому будівництві, дорогах, вулицях населених місць.

На практиці шумозахист виконується за допомогою архітектурно-планувальних та будівельних методів (застосування звукопоглинаючих матеріалів, раціональне розміщення будівельних об'єктів, створення протишумових розривів - віднесення житлових будівель всередину кварталів, винесення шумних виробництв від населених пунктів, конструювання протишумових віконних клапанів тощо), спеціальних шумозахисних екранів (створення вздовж вулиць екранів у вигляді земляних валів, стін різних конструкцій, шумовідбиваючих, як правило, не житлових будівель-магазинів, складів, гаражів), зелених насаджень (ефективні насадження розміром 50 м і більше в ширину, головним чином влітку), вішання на балконах та лоджіях масивних чи гофрируваних загорож, “взяття” залізничних доріг в тунелі та подібні заходи.