ЭКРАНИРОВАННЫЙ БОКС С ЗАЩИЩЕННЫМ ОТ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНУТРЕННИМ ОБЪЕМОМ
SCREENED BOX HAVING INTERNAL VOLUME PROTECTED FROM EXTERNAL ELECTROMAGNETIC EFFECT

Изобретение относится к экранированию аппаратов или их деталей от магнитных полей и может применяться для проведения медико-биологических исследований в области изучения влияния магнитных полей на биологические объекты.
Интенсивное использование электромагнитной и электрической энергии в современном информационном обществе привело к тому, что сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды - электромагнитный [1]. К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, некоторых видов транспорта, а также развитие ряда технологических процессов. В настоящее время мировой общественностью признано, что электромагнитное поле (ЭМП) искусственного происхождения является значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью. Введено специальное понятие - электромагнитная экология.
По сравнению с ЭМП естественного происхождения (естественный электромагнитный фон Земли) техногенные ЭМП обладают на порядки большей интенсивностью и неравномерностью локализации по пространству [2, 3]. Биологический эффект искусственных ЭМП в условиях длительного воздействия накапливается, в результате возможно развитие дегенеративных процессов центральной нервной системы, рака крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональных заболеваний. Наиболее чувствительные системы организма человека: сердечно-сосудистая, нервная, иммунная, эндокринная и половая.
Исследования влияния ЭМП на биологические объекты характеризуется наличием большого количества экспериментального материала, подтверждающего сам факт такого влияния, и практически полным отсутствием данных о возможных механизмах этих взаимодействий.
Выяснение механизмов воздействия электромагнитных полей на биологические объекты является чрезвычайно актуальной задачей, решение которой может позволить в перспективе защитить жизнь и здоровье человека.
Для корректной постановки подобных исследований необходимо избавиться от влияния всех действующих ЭМП (включая естественный электромагнитный фон Земли) в некотором ограниченном объеме, достаточном для размещения биологического объекта и проведения конкретного эксперимента.
Известны конструкции экранированных камер, защищенных российскими патентами № 2189647, № 2306635 и № 2345512. Общим недостатком этих конструкций является то, что они не обеспечивают достаточного уровня экранирования внешнего ЭМП.
Решение этой проблемы возможно путем экранирования рабочего объема экспериментальной установки от внешней среды с помощью новых материалов, обладающих высокими магнитными свойствами.
Наиболее близкой по технической сущности является выбранная в качестве прототипа конструкция экранированной камеры, защищенной патентом № 2345512 [4]. В данной конструкции в качестве экранирующего используется материал типа «полимерная пленка - токопроводящее покрытие», в состав которого введены фрагменты в виде ленты из аморфного магнитомягкого сплава. Такой материал достаточно эффективно экранирует ЭМП радиочастотного диапазона, но совершенно неэффективен для экранирования низкочастотных магнитных полей, в том числе магнитного поля Земли.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка новой конструкции экранированной камеры с полностью защищенным от внешнего электромагнитного воздействия внутренним объемом.
3
Технический результат достигается за счет того, что в качестве экранирующего материала используются ленты аморфного и/или нанокристаллического магнитомягкого сплава на основе кобальта с высокой начальной магнитной проницаемостью - не ниже 20·10.
Конструкция экранированного бокса представлена на чертеже, где 1 - слои экранирующего материала, 2 - слои немагнитного материала (например, гофрированного картона). Экранированный бокс представляет собой либо цилиндр, либо куб или прямоугольный параллелепипед, боковые стены, пол и потолок которого выполнены из таких лент, уложенных внахлест с перекрытием не менее толщины самой ленты, и зафиксированных относительно друг друга с помощью полимерной диэлектрической пленки. Все слои сгруппированы в независимые пакеты с промежутками между пакетами, выполненными из немагнитного материала. С одного торца цилиндр имеет фиксированную заглушку, с другого торца - съемную крышку. Заглушка и крышка имеют экранирующее покрытие, идентичное покрытию цилиндра.
Существенным отличием предлагаемой конструкции является отсутствие магнитного поля внутри экранированного бокса за счет особого расположения лент внахлест с перекрытием не менее толщины самой ленты и фиксации такой конструкции при помощи эластичного полимерного материала, обладающего величиной адгезии к ленте не менее 1 МПа. Это отличие от известных аналогов исключает появление магнитных «дыр» и, соответственно, обеспечивает высокую эффективность экранирования. Конструкция съемной крышки также позволяет избежать появления «магнитных дыр» в экране в ходе эксплуатации. Внутри камеры предусмотрена подставка из немагнитного материала, позволяющая располагать биологические объекты в центре экранирующей камеры. Также в экранированном боксе предусмотрены экранированные вводы для измерительной аппаратуры и системы жизнеобеспечения биологического объекта.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Внешнее электромагнитное воздействие поглощается материалом экрана за счет его высокой магнитной проницаемости и магнитной «герметичности» конструкции, немагнитные прослойки также вносят «пассивный» вклад в экранирование, основанный на том, что поле ослабевает пропорционально квадрату расстояния до источника.
Результаты испытаний экранированного бокса, представленные в таблицах 1 и 2, показали, что степень ослабления ЭМП по переменной составляющей внутри экранированного бокса составляет не менее 30 дБ. По постоянной составляющей индукция ЭМП внутри экранированного бокса не превышает 2 мкТл.
Источники информации:
1. Григорьев О.А., Бичелдей Е.П., Меркулов А.В. и др. Определение подходов к нормированию воздействия антропогенного электромагнитного поля на природные экосистемы. Справочно-информационное издание. Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999.
2. Бинги В.Н., Савин А.В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // Успехи Физических Наук, 2003, том 173, № 3, с.265-300.
3. Птицына Н.Г., Дж. Виллорези, Л.И. Дорман и др. Естественные и техногенные магнитные поля как факторы, потенциально опасные для здоровья // Успехи Физических Наук, 1998, том 168, №7, с.768-790.
4. Патент РФ № 2345512 «Переносная экранированная камера», кл H05K 9/00, 2009
Результаты испытания экранированного бокса
Таблица 1.
Степень ослабления ЭМП по переменной составляющей
Частота, Гц
Интенсивность ЭМИ, dB
Степень ослабления ЭМП, dB
Без экрана
Внутри камеры
50
+8,6
-24,2
-32,8
100
+2,3
-32,9
-35,2
150
+0,5
-34,6
-36,1
200
-2,0
-39,2
-37,2
Таблица 2.
Степень ослабления ЭМП по постоянной составляющей
Интенсивность ЭМП, мкТл
Интенсивность ЭМП, мкТл
(вне камеры)
(внутри камеры)
102,3
2,8
70,6
2,0
45,4
1,5