Электромагнитное излучение можно разделить на два типа: ионизирующее излучение и неионизирующее излучение , в зависимости от способности одного фотона с энергией более 10 эВ ионизировать атомы или разрывать химические связи . [1] Экстремальный ультрафиолет и более высокие частоты, такие как рентгеновские лучи или гамма-лучи, являются ионизирующими, и они представляют свою особую опасность: см. радиационное отравление . Напряженность поля электромагнитного излучения измеряется в вольтах на метр (В/м). [2]
Наиболее распространенной опасностью для здоровья, связанной с радиацией, являются солнечные ожоги , которые ежегодно вызывают от 100 000 до 1 миллиона новых случаев рака кожи в Соединенных Штатах. [3] [4]
В 2011 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицировали радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека (группа 2B). [5]
Диэлектрический нагрев от электромагнитного излучения может создать биологическую опасность. Например, прикосновение или нахождение около антенны во время работы мощного передатчика может вызвать ожоги. Механизм тот же, что используется в микроволновой печи . [6]
Эффект нагрева зависит от мощности и частоты электромагнитной энергии, а также обратно пропорционально квадрату расстояния до источника. Глаза и яички особенно восприимчивы к радиочастотному нагреву из-за слабого кровотока в этих областях, который в противном случае мог бы рассеивать накопленное тепло. [7]
Радиочастотная (РЧ) энергия при уровнях плотности мощности 1–10 мВт/см 2 или выше может вызывать измеримый нагрев тканей. Типичные уровни РЧ энергии, с которыми сталкивается население, значительно ниже уровня, необходимого для значительного нагрева, но некоторые рабочие среды вблизи мощных источников РЧ могут превышать безопасные пределы воздействия. [7] Мерой эффекта нагрева является удельная скорость поглощения или SAR, которая имеет единицы ватт на килограмм (Вт/кг). IEEE [8] и многие национальные правительства установили безопасные пределы воздействия различных частот электромагнитной энергии на основе SAR , в основном на основе Руководящих принципов ICNIRP [9] , которые защищают от термического повреждения.
Промышленные установки для индукционной закалки и плавки или на сварочном оборудовании могут создавать значительно более высокие напряженности поля и требуют дальнейшего изучения. Если воздействие не может быть определено по информации производителей, необходимо провести сравнение с аналогичными системами или аналитические расчеты, измерения. Результаты оценки помогают оценить возможные опасности для безопасности и здоровья работников и определить защитные меры. Поскольку электромагнитные поля могут влиять на пассивные или активные имплантаты работников, необходимо отдельно рассмотреть воздействие на их рабочих местах при оценке риска . [10]
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) начала исследовательскую работу в 1996 году с целью изучения последствий для здоровья от постоянно растущего воздействия на людей разнообразных источников ЭМИ. В 2011 году ВОЗ/Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицировало радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека (группа 2B) на основании повышенного риска развития глиомы и акустической невриномы, связанного с использованием беспроводных телефонов. Группа, ответственная за классификацию, не определяла риск количественно. Кроме того, группа 2B указывает только на достоверную связь между заболеванием и воздействием, но не исключает сопутствующие эффекты с разумной уверенностью. Причинно-следственная связь еще не установлена. [11]
Эпидемиологические исследования ищут статистические корреляции между воздействием ЭМ в полевых условиях и конкретными эффектами на здоровье. По состоянию на 2019 год большая часть текущей работы сосредоточена на изучении ЭМ полей в связи с раком. [12] Существуют публикации, которые подтверждают существование сложных биологических и неврологических эффектов более слабых нетепловых электромагнитных полей (см. Биоэлектромагнетизм ), включая слабые электромагнитные поля ELF [13] [14] и модулированные РЧ и микроволновые поля. [15] [16]
В то время как наиболее острые воздействия вредных уровней электромагнитного излучения немедленно проявляются в виде ожогов, последствия для здоровья, вызванные хроническим или профессиональным воздействием, могут не проявляться в течение месяцев или лет. [17] [18] [4] [19]
Крайне низкочастотные электромагнитные волны могут охватывать диапазон от 0 Гц до 3 кГц, хотя определения различаются в зависимости от дисциплины. Максимально рекомендуемое воздействие для населения составляет 5 кВ/м. [20]
ELF-волны около 50 Гц - 60 Гц излучаются генераторами электроэнергии , линиями электропередачи и распределительными линиями , силовыми кабелями и электроприборами . Типичное воздействие ELF-волн в домохозяйствах варьируется по интенсивности от 5 В/м для лампочки до 180 В/м для стереосистемы, измеренной на расстоянии 30 сантиметров (12 дюймов) и при использовании питания 240 В. [20] (Системы питания 120 В не смогли бы достичь этой интенсивности, если бы в приборе не было внутреннего трансформатора напряжения.)
Воздушные линии электропередач варьируются от 1 кВ для местного распределения до 1150 кВ для сверхвысоковольтных линий. Они могут создавать электрические поля до 10 кВ/м на земле непосредственно под ними, но на расстоянии от 50 м до 100 м эти уровни возвращаются примерно к окружающим. [20] Металлическое оборудование должно находиться на безопасном расстоянии от высоковольтных линий под напряжением. [21]
Воздействие волн ELF может вызвать электрический ток. Поскольку человеческое тело является проводником, электрические токи и возникающие в результате этого различия напряжений обычно накапливаются на коже, но не достигают внутренних тканей. [22] Люди могут начать воспринимать высоковольтные заряды как покалывание, когда волосы или одежда, соприкасающиеся с кожей, встают дыбом или вибрируют. [22] В научных тестах только около 10% людей могли обнаружить напряженность поля в диапазоне 2-5 кВ/м. [22] Такие различия напряжений также могут создавать электрические искры, похожие на разряд статического электричества при близком прикосновении к заземленному объекту. При получении такого удара при 5 кВ/м он был отмечен как болезненный только 7% участников теста и 50% участников при 10 кВ/м. [22]
Связи между воздействием крайне низкочастотных магнитных полей (КНЧ МП) и различными последствиями для здоровья были изучены с помощью различных эпидемиологических исследований. Объединенный анализ обнаружил последовательные доказательства влияния КНЧ-МП на детскую лейкемию. [23] Оценка бремени болезней, потенциально возникающих в результате воздействия КНЧ МП в Европе, показала, что 1,5–2% случаев детской лейкемии могут быть отнесены к КНЧ МП, но неопределенности относительно причинных механизмов и моделей зависимости доза-реакция оказались значительными. [24]
Международное агентство по изучению рака (МАИР) обнаружило «недостаточные доказательства» канцерогенности для человека. [25]
Коротковолновая (от 1,6 до 30 МГц) диатермия (где электромагнитные волны используются для получения тепла) может использоваться в качестве терапевтического метода из-за ее анальгезирующего эффекта и глубокой мышечной релаксации, но в значительной степени была заменена ультразвуком . Температура в мышцах может повышаться на 4–6 °C, а подкожного жира на 15 °C. FCC ограничила частоты, разрешенные для медицинского лечения, и большинство аппаратов в США используют 27,12 МГц. [26] Коротковолновая диатермия может применяться как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Последний стал известен, потому что непрерывный режим производил слишком много тепла слишком быстро, что вызывало у пациентов дискомфорт. Метод нагревает только ткани, которые являются хорошими электрическими проводниками, такие как кровеносные сосуды и мышцы . Жировая ткань (жир) получает мало нагрева от индукционных полей, поскольку электрический ток на самом деле не проходит через ткани. [27]
Были проведены исследования по использованию коротковолнового излучения для терапии рака и содействия заживлению ран, с некоторым успехом. Однако при достаточно высоком уровне энергии коротковолновая энергия может быть вредна для здоровья человека, потенциально вызывая повреждение биологических тканей, например, путем перегрева или индуцирования электрических токов. [28] Пределы FCC для максимально допустимого воздействия на рабочем месте коротковолновой радиочастотной энергии в диапазоне 3–30 МГц имеют эквивалентную плотность мощности плоской волны ( 900 / f 2 ) мВт/см 2 , где f — частота в МГц, и 100 мВт/см 2 от 0,3 до 3,0 МГц. Для неконтролируемого воздействия на широкую общественность предел составляет 180/ f 2 между 1,34 и 30 МГц. [7]
Классификация сигналов мобильных телефонов как «возможно канцерогенных для человека» Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) — «была обнаружена положительная связь между воздействием агента и раком, для которой Рабочая группа считает причинно-следственную интерпретацию достоверной, но случайность, предвзятость или искажение не могут быть исключены с разумной уверенностью» [29] — была интерпретирована как то, что существует очень мало научных доказательств канцерогенеза сигналов телефонов. [30]
В 2011 году Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицировало излучение мобильных телефонов как группу 2B , то есть «возможно канцерогенное», а не группу 2A («вероятно канцерогенное») или группу 1 («является канцерогенным»). Это означает, что «может быть некоторый риск» канцерогенности, поэтому необходимо провести дополнительные исследования долгосрочного интенсивного использования мобильных телефонов. [31] В 2014 году ВОЗ пришла к выводу, что «за последние два десятилетия было проведено большое количество исследований для оценки того, представляют ли мобильные телефоны потенциальный риск для здоровья. На сегодняшний день не было установлено никаких неблагоприятных последствий для здоровья , вызванных использованием мобильных телефонов». [32] [33]
С 1962 года слуховой эффект микроволн или шум в ушах был продемонстрирован при воздействии радиочастот на уровнях ниже значительного нагрева. [34] Исследования, проведенные в 1960-х годах в Европе и России, утверждали, что демонстрируют воздействие на людей, особенно на нервную систему, низкоэнергетического радиочастотного излучения; в то время эти исследования оспаривались. [35] [36]
В 2019 году репортеры Chicago Tribune проверили уровень излучения смартфонов и обнаружили, что некоторые модели излучают больше, чем сообщают производители, а в некоторых случаях и больше, чем предел воздействия Федеральной комиссии по связи США . Неясно, привело ли это к какому-либо вреду для потребителей. Некоторые проблемы, по-видимому, были связаны со способностью телефона определять близость к человеческому телу и снижать мощность радиосигнала. В ответ на это FCC начала тестировать некоторые телефоны самостоятельно, а не полагаться исключительно на сертификаты производителей. [37]
Микроволны и другие радиочастоты вызывают нагревание, и это может вызвать ожоги или повреждение глаз, если они подаются с высокой интенсивностью, [38] или гипертермию, как и любой мощный источник тепла. Микроволновые печи используют эту форму излучения и имеют экранирование, чтобы предотвратить его утечку и непреднамеренное нагревание близлежащих предметов или людей.
В 2009 году TSA США ввела сканеры всего тела в качестве основного метода досмотра в аэропортах , сначала как рентгеновские сканеры с обратным рассеиванием , которые используют ионизирующее излучение и которые Европейский союз запретил в 2011 году из-за проблем со здоровьем и безопасностью. За ними последовали неионизирующие сканеры миллиметровых волн . [39] Аналогичным образом WiGig для персональных сетей открыл микроволновый диапазон 60 ГГц и выше для регулирования воздействия SAR. Ранее микроволновые приложения в этих диапазонах использовались для спутниковой связи точка-точка с минимальным воздействием на человека. [40] [ актуально? ]
Инфракрасные волны длиной более 750 нм могут вызывать изменения в хрусталике глаза. Катаракта стеклодува является примером термической травмы, которая повреждает переднюю капсулу хрусталика у незащищенных рабочих стекольной и металлургической промышленности. Изменения, подобные катаракте, могут возникнуть у рабочих, которые наблюдают за светящимися массами стекла или железа без защитных очков в течение длительного времени в течение многих лет. [17]
Воздействие на кожу инфракрасного излучения, близкого к видимому свету (ИК-А), приводит к увеличению выработки свободных радикалов . [41] Кратковременное воздействие может быть полезным (активизируя защитные реакции), в то время как длительное воздействие может привести к фотостарению . [42]
Другим важным фактором является расстояние между рабочим и источником излучения. В случае дуговой сварки инфракрасное излучение быстро уменьшается в зависимости от расстояния, так что дальше, чем на три фута от места сварки, оно уже не представляет опасности для глаз, но ультрафиолетовое излучение все еще представляет. Вот почему сварщики носят тонированные очки, а окружающие рабочие должны носить только прозрачные, которые фильтруют УФ. [ необходима цитата ]
Фоторетинопатия — это повреждение макулярной области сетчатки глаза , возникающее в результате длительного воздействия солнечного света, особенно при расширенных зрачках . Это может произойти, например, при наблюдении солнечного затмения без подходящей защиты глаз. Солнечное излучение вызывает фотохимическую реакцию, которая может привести к зрительному ослеплению и скотоме . Первоначальные поражения и отек исчезнут через несколько недель, но могут оставить после себя постоянное снижение остроты зрения. [43]
Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, поскольку они могут вызвать ожог сетчатки глаза или даже кожи . Для контроля риска получения травмы различные спецификации — например, ANSI Z136 в США, EN 60825-1/A2 в Европе и IEC 60825 на международном уровне — определяют «классы» лазеров в зависимости от их мощности и длины волны. [44] [45] Правила предписывают необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров с конкретными предупреждениями и ношение защитных очков во время работы (см. безопасность лазеров ).
Как и в случае с опасностями инфракрасного и ультрафиолетового излучения, сварка создает интенсивную яркость в видимом спектре света, что может вызвать временную вспышку слепоты . Некоторые источники утверждают, что не существует минимально безопасного расстояния для воздействия этих излучений без адекватной защиты глаз. [46]
Солнечный свет содержит достаточно ультрафиолетовой энергии, чтобы вызвать солнечный ожог в течение нескольких часов после воздействия, а тяжесть ожога увеличивается с продолжительностью воздействия. Этот эффект является реакцией кожи, называемой эритемой , которая вызвана достаточно сильной дозой УФ-В . Выход УФ-излучения Солнца делится на УФ-А и УФ-В: солнечный поток УФ-А в 100 раз больше, чем УФ-В, но реакция эритемы в 1000 раз выше для УФ-В. [ необходима цитата ] Это воздействие может увеличиваться на больших высотах и при отражении снегом, льдом или песком. Поток УФ-В в 2–4 раза больше в течение средних 4–6 часов дня и не поглощается значительно облачным покровом или до метра воды. [47]
Было показано, что ультрафиолетовый свет, в частности УФ-В, вызывает катаракту , и есть некоторые доказательства того, что ношение солнцезащитных очков в раннем возрасте может замедлить ее развитие в более позднем возрасте. [18] Большая часть ультрафиолетового света от солнца отфильтровывается атмосферой, и, следовательно, у пилотов авиакомпаний часто наблюдается высокий уровень катаракты из-за повышенного уровня УФ-излучения в верхних слоях атмосферы. [48] Предполагается, что истощение озонового слоя и последующее увеличение уровня УФ-излучения на земле могут увеличить будущие показатели катаракты. [49] Обратите внимание, что хрусталик фильтрует УФ-свет, поэтому, если его удалить хирургическим путем, можно будет увидеть УФ-свет. [50] [51] [ чрезмерный вес? – обсудить ]
Длительное воздействие ультрафиолетового излучения солнца может привести к меланоме и другим злокачественным новообразованиям кожи. [4] Ясные доказательства устанавливают, что ультрафиолетовое излучение, особенно неионизирующее средневолновое УФ-излучение В , является причиной большинства немеланомных видов рака кожи , которые являются наиболее распространенными формами рака в мире. [ 4] УФ-лучи также могут вызывать морщины , пигментные пятна , родинки и веснушки . Помимо солнечного света, к другим источникам относятся солярии и яркие настольные лампы. Ущерб накапливается в течение жизни человека, поэтому постоянные эффекты могут не проявляться в течение некоторого времени после воздействия. [19]
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 300 нм ( актиничные лучи ) может повредить эпителий роговицы . Чаще всего это происходит из-за воздействия солнца на большой высоте и в районах, где короткие волны легко отражаются от ярких поверхностей, таких как снег, вода и песок. УФ-излучение, генерируемое сварочной дугой, может также вызвать повреждение роговицы, известное как «глаз дуги» или ожог от вспышки сварки, форма фотокератита . [52]
Флуоресцентные лампы и трубки производят ультрафиолетовый свет изнутри. Обычно он преобразуется в видимый свет фосфорной пленкой внутри защитного покрытия. Когда пленка трескается из-за неправильного обращения или неисправного производства, УФ может выходить на уровнях, которые могут вызвать солнечные ожоги или даже рак кожи. [53] [54]
В Соединенных Штатах неионизирующее излучение регулируется Законом о контроле за радиацией в целях охраны здоровья и безопасности 1968 года и Законом о безопасности и гигиене труда 1970 года . [55] В Канаде различные федеральные законы регулируют неионизирующее излучение по источнику происхождения, такие как Закон об устройствах, излучающих радиацию, Закон о безопасности канадских потребительских товаров и Закон о радиосвязи. [56] Для ситуаций, не подпадающих под федеральную юрисдикцию, канадские провинции индивидуально устанавливают правила использования неионизирующего излучения. [57]