ЭКРАНИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
SHIELDING SYSTEM FOR ENVIRONMENTAL PROTECTION AGAINST ELECTROMAGNETIC RADIATION

Предлагаемое изобретение относится к комплексу оборудования, предназначенному для биологической защиты окружающей среды от электромагнитного излучения. Может быть использовано для защиты людей, животных, жилых домов и иных объектов от электромагнитного излучения радаров, радиостанций, иного оборудования, создающего мощное или опасное электромагнитное излучение.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Так, известен патент на изобретение RU №2502766 (МПК C09D 5/32, C09D 5/03; опублик. 27.12.2013). Радиопоглощающий материал включает мелкодисперсный наполнитель в виде микрошариков и связующее вещество, мелкодисперсный наполнитель представляет собой микрошарики, изготовленные из природного граната по плазменной технологии, при следующем соотношении компонентов, мас. %: микрошарики 20-70; связующее вещество остальное.
Известен электромагнитный поглощающий материал и способ его изготовления, представленный в патенте на изобретение RU №2234175 (МПК H01Q 17/00, опублик. 10.08.2004), сущность которого заключается в совмещении в одном материале экранирующих и теплоизолирующих свойств при оптимальном соотношении между его плотностью и прочностью. Материал представляет собой гранулят, состоящий из смеси углеродного и ферритового порошка и связующего в виде стекла (кварцевого порошка). Технология изготовления материала является керамической, применяют экструзию и литье. Поглощающие свойства в широком диапазоне не превышают 2 дБ, а в узком диапазоне (до 5 ГГц) достигают 10 дБ.
2
2
Патент на изобретение RU №2476810 (МПК F41H 3/00, опублик. 27.02.2013). Защитный маскировочный экран состоит из размещенного на трансформируемом сборно-разборном каркасе гибкого комплексного покрытия, имеющего слоистую конструкцию, верхний слой которой свободно, без закрепления, уложенный на нижний слой, изготовлен из маскировочного материала, а нижний - из скрепленных между собой посредством гибких петель полос проволочной плетеной металлической сетки, окантованных по всему периметру гибким и прочным материалом, при этом металлическая сетка выполнена с размером ячейки в свету не более 30 мм из проволоки толщиной не менее 2,5 мм при массе не менее 0,0030 кГс/м, причем величина удаления размещения экрана от защищаемого объекта.
Патент на изобретение RU №2637701 (МПК Е01С 7/18, Е01С 7/30, Е01С 7/32, С04В 26/26, С04В 26/14, С04В 14/14, С04В 18/14, С04В 40/02, С04В 111/20; опублик. 06.12.2017). Радиопоглощающая асфальтобетонная смесь включает битумное вяжущее, стабилизирующую добавку, наполнитель - щебень различного фракционного состава и мелкий наполнитель, с использованием радиопоглощающего материала, где в качестве радиопоглощающего материала используют щебень габбро-диабазовый и никельшлак и/или купершлак в виде песка и/или микрошариков, полученных по плазменной технологии, при следующем соотношении компонентов, масс. %: указанный щебень 5-70, битумное вяжуще 5-18, указанный никельшлак и/или купершлак 8-80, стабилизирующая добавка 6-16, другой наполнитель 2-18. Радиопоглощающее асфальтобетонное дорожное покрытие выполнено многослойным, где нижний слой выполнен из указанной выше смеси, а верхний упрочняющий слой выполнен из смеси, содержащей вяжущее - эпоксидную композицию, никельшлак и/или купершлак в виде песка и/или микрошариков, выполненных по плазменной технологии, пигмент и другой наполнитель при следующем соотношении компонентов, масс. %: эпоксидная композиция 10-40, указанный никельшлак и/или купершлак 10-70, пигмент 0 или 1-10, другой наполнитель 0 или 1-12.
Патент на полезную модель RU №109335 (МПК H01Q 17/00, опублик. 10.10.2011). Защитный экран представляет собой легкое гибкое полотно, выполненное из радиопоглощающего материала сотовой структуры, образованной за счет послойного скрепления полос радиопоглощающего материала между собой вдоль их длины через заданные промежутки. К двум противоположным сторонам полотна присоединены ламели, предназначенные для его фиксации и растягивания. Защитный экран размещается перед экранирующей поверхностью со стороны источника излучения, он может крепиться непосредственно на защищаемую поверхность либо быть подвешенным в виде штор. Электромагнитные волны, падающие из свободного пространства, попадают на поглощающие элементы покрытия, диффузно рассеиваясь во всем их объеме. При этом, наряду с процессами поглощения электромагнитных волн, обусловленными магнитными и диэлектрическими потерями в поглощающих элементах, имеют место процессы многократного отражения падающих волн от рельефов внутренних поверхностей полотна экрана, сопровождающиеся поглощением энергии волн. Благодаря ячеистой сотовой конструкции, изделие просто складывается в полосу, занимающую минимально возможный объем, что важно при его транспортировке и эксплуатации. Дополнительные радиопоглощающие элементы, складывающиеся при нагрузке, существенно улучшают радиотехнические характеристики защитного средства.
Известен способ высокочастотного или СВЧ-разогрева дорожного покрытия для подготовки к ремонту, связанный с применением радиопоглощающих материалов в составе покрытия, патент на изобретение US №8753035 (МПК: B32B 1/00, C01G 49/02, C04B 22/00, C04B 24/36, E01C 7/06; опублик. 02.02.2012), в котором применен феррит для поглощения высокочастотного излучению. Предложено наносить ремонтный состав послойно с разным содержанием феррита для достижения эффекта поглощения и перевода излучения в тепло. В известном способе применяется феррит, значительно удорожающий асфальтобетоны. Этот материал (для большинства ферритов) обладает слабой износостойкостью, с возможностью загрязнения окружающей среды ферритовой пылью с отрицательными последствиями, необходимостью сложного послойного нанесения состава и использованием высокочастотного диапазона 30-100 мГц, (в том числе, для удаления воды с поверхности асфальтобетона). Вода, как известно, наиболее интенсивно поглощает излучение в гигагерцовом диапазоне (СВЧ-печи работают в диапазоне 2.4 ГГц). Это говорит о малопригодности подобных изобретений. Рациональным зерном в таких изобретениях является только то, что ферриты - обычно диэлектрики, и отдельные из них, но обычно самые дорогие, эффективны для разогрева в СВЧ-диапазоне.
Известна заявка «Радиопоглощающая асфальтобетонная композиция для дорожного покрытия» на изобретение CN №101736671 (МПК С04В 22/04, С04В 22/06, Е01С 7/26; опублик. 16.06.2010). Недостатками описанного технического решения является то, что предлагается использовать магнитный песок или песок из карборунда (карбида кремния) в качестве радиопоглощающих наполнителей. Это чрезвычайно дорогие материалы, причем такие составы склонны к локальному перегреву в СВЧ-поле, как мелкозернистые порошки, и не выпускаются необходимого гранулометрического состава, что препятствует созданию асфальтобетонных смесей, соответствующих требованиям тех или иных нормативных документов. Кроме того, такой состав асфальтобетонных смесей обладает недостаточной износостойкостью и морозоустойчивостью.
Известен патент «Асфальтовые смеси и способ восстановления (ремонта) асфальта с помощью СВЧ-излучения» на изобретение US №4849020 (МПК C08K 3/22, Е01С 11/00, Е01С 23/06, Е01С 7/18; опублик. 18.07.1989). В известном патенте описана композиция для дорожного покрытия, содержащая: смесь асфальта и материала, поглощающего СВЧ-излучения и диспергированного в асфальте для улучшения распределения нагрева смеси под воздействием СВЧ-излучения, причем в качестве поглощающего материала может использоваться феррошпинель, гексаферриты и их смесь, материал составляет от 1% до 25% от веса композиции. Используемые радиопоглощающие материалы чрезвычайно дороги, по сравнению с традиционными, а также приводят к химическому загрязнению окружающей среды. Такие добавки обычно не могут упрочнять дорожные покрытия.
Патент на изобретение RU №2696980 (МПК G21F 3/04, опублик. 08.08.2019), который является наиболее близким по совокупности существенных признаков, соответственно, принят за прототип. Экранирующая система защиты от излучений состоит из полых модулей, соединенных друг с другом и образующих экран, каждый из модулей имеет, по меньшей мере, одно отверстие для заполнения модуля наполнителем. Каждый из модулей представляет собой контейнер, выполненный из листового материала, внешняя и внутренняя стенки которого изогнуты по радиусу и параллельны, а в поперечном сечении боковые стенки контейнера имеют выступы, причем на одной из боковых стенок часть выступа является продолжением внешней стенки, а на другой боковой стенке часть выступа является продолжением внутренней стенки, причем выступы являются полыми и являются частью контейнера.
Известное техническое решение малопригодно для применения на открытой местности, а также сложно при изготовлении, что делает его неэкономичным.
В данном изобретении предлагается совместно использовать защитный экран изогнутой формы и радиопоглощающее покрытие, настеленное перед экраном со стороны источника излучения.
В процессе проведенного поиска не выявлено ни одного технического решения на экранирующие системы биологической защиты, обеспечивающие совместное использование защитных экранов и радиопоглощающих дорожных покрытий. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем.
Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является низкая эффективность защиты окружающей среды от электромагнитного излучения. Предлагаемая экранирующая система защиты окружающей среды от электромагнитного излучения позволяет значительно повысить эффективность защиты за счет совместного использования защитных экранов определенной конструкции и радиопоглощающих дорожных покрытий, обладающих улучшенными поглощающими свойствами.
Также положительным эффектом совместного применения экрана и радиопоглощающего дорожного покрытия является то, что экран одновременно является и забором, защищающим от проникновения на опасную территорию людей и животных, а нанесенное по периметру экрана дорожное покрытие обеспечивает удобство обслуживания и контроля за состоянием экрана.
Совместное использование экрана с радиопоглощающим асфальтом и грунтом под ним может практически полностью погасить опасное СВЧ, ВЧ-излучение в ближней зоне без переотражения. В случае переотражения, которое исключено в предлагаемом техническом решении, излучение может попасть назад на источник излучения, с последующим его повреждением, или наложением на сигнал излучателя, а при больших мощностях передатчика, радара - излучателя любой отражатель может спровоцировать разрушение излучателя. Вариант создания дополнительной радиопоглощающей стенки является малоэффективным и неэкономичным, поскольку, обычно поглотители работают в узком диапазоне волн, цены таких поглотителей, как минимум на два порядка выше, чем у асфальтов с радиопоглощением (цена асфальта составляет 2-5 тысяч рублей за тонну).
Использование предлагаемых поглощающих конструкций позволяет ослабить воздействие вторичного излучения примерно в 1000 раз, что в большинстве случаев будет соответствовать существующим санитарным нормам, распространяющимся на персонал РЛС.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности защиты окружающей среды от электромагнитного излучения с одновременным обеспечением удобства использования и обслуживания.
Технический результат достигается за счет того, что в экранирующей системе защиты окружающей среды от электромагнитного излучения, включающей защитный экран, согласно изобретению, перед защитным экраном со стороны источника излучения нанесено радиопоглощающее дорожное покрытие с толщиной верхнего слоя не менее 8-15 мм, защитный экран выполнен с наклоном в сторону источника излучения так, чтобы отраженное от него электромагнитное излучение попадало на радиопоглощающее дорожное покрытие. При этом защитный экран состоит из металлических листов, закрепленных на опорах, равномерно размещенных по длине экрана.
Дополнительные отличия предлагаемого технического решения:
- защитный экран расположен по периметру зоны излучения и образует замкнутый контур;
- экран расположен только со стороны защищаемых объектов;
- радиопоглощающее дорожное покрытие нанесено на всю поверхность, размещенную внутри экрана, или только на часть поверхности, примыкающей к экрану;
- в качестве металлических листов для экрана используют металлический просечной лист толщиной 0,5-2.0 мм с отверстиями диаметром 2 мм;
- боковая проекция металлических листов экрана образует ломаную линию или гиперболу, наклоненные в сторону источника электромагнитного излучения;
- металлические листы покрыты радиопоглощающей краской;
- опоры экрана имеют заземления;
- в качестве радиопоглощающего дорожного покрытия используют радиопоглощающую асфальтобетонную смесь, включающую щебень различного фракционного состава, битумное вяжущее, стабилизирующие добавки и радиопоглощающий материал, содержащий щебень габбро-диабазовый и шлаки литейного производства, преимущественно аморфные стекла различного фракционного состава и формы, в том числе, в виде микрошариков, изготовленных по плазменной технологии.
Поскольку, согласно ГОСТам и ОДМ (отраслевым дорожным материалам), состав асфальтобетонной смеси проектируются в зависимости от категории автомобильной дороги с учетом нагрузки и климатических условий, то в состав допустимо вводить модификаторы на основе резиновой крошки или иные добавки, предусмотренные ГОСТами в пределах, допустимых стандартами, с соответствующим контролем образцов как на прочностные характеристики, так и на радиопоглощение - радиоотражение, чтобы состав не являлся радиоотражающим.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующим графическим материалом: фиг. 1 и фиг. 2, на которых приведены различные варианты выполнения экрана комплекса защитных сооружений окружающей среды от электромагнитного излучения, где:
1 - радиопоглощающее дорожное покрытие;
2 - экран;
3 - опора экрана;
4 - заземление опоры экрана.
Экранирующая система защиты окружающей среды от электромагнитного излучения включает защитный экран 2, перед которым со стороны источника излучения нанесено радиопоглощающее дорожное покрытие 1 с толщиной верхнего слоя не менее 8-15 мм, защитный экран 2 выполнен с наклоном в сторону источника излучения так, чтобы отраженное от него электромагнитное излучение попадало на радиопоглощающее дорожное покрытие 1. Максимальный угол наклона 30°.
При этом, защитный экран 2 состоит из просечных металлических листов (сплошная, сварная, паяная, или иная электропроводная цепь), с толщиной 0.5-2.0 мм, с отверстиями 2 мм (площадь поверхности отверстий, равномерно распределенных по листу, составляет 10-30% от общей площади), закрепленных на опорах 3 (общая высота не менее 3 метров, или выше, что зависит от рельефа местности и защищаемых объектов), равномерно размещенных по длине экрана 2. Защитный экран 2 расположен по периметру (либо со стороны защищаемых объектов) зоны излучения и образует замкнутый контур.
Боковая проекция металлических листов экрана образует ломаную линию или гиперболу, наклоненные в сторону источника электромагнитного излучения. Металлические листы покрыты радиопоглощающей краской. Опоры 3 экрана имеют заземления 4.
Известно, что сплошной защитный экран из стали, толщиной более 0,5 мм обладает SE=100 дБ в диапазоне частот от 1 до 28 ГГц [см. Акбашев Б.Б., Балюк Н.В., Кечиев Л.Н. Защита объектов телекоммуникаций от электромагнитных воздействий. Москва: Грифон. 2014 - 479 стр.]. Предлагаемый же защитный экран собран из отдельных листов, скрепленных между собой. Скрепы образуют щели, через которые может проникать электромагнитное излучение, снижая уровень эффективности экранирования. Если суммарная длина щелей составляет 1 метр, а их толщина равна 1 мм, то SE защитного экрана снижается на 20 дБ. Отверстия в защитном экране диаметром 2 мм так же снижают величину SE защитного экрана.
По данным того же источника информации [см. Акбашев Б.Б., Балюк Н.В., Кечиев Л.Н. Защита объектов телекоммуникаций от электромагнитных воздействий. Москва: Грифон. 2014 - 479 стр.] величина снижения защитного экрана может достигать 30 дБ, в зависимости от частоты электромагнитного излучения. Суммируя потери от щелей и перфорации защитного экрана, получаем величину SE >50 дБ. Эта величина удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 52 863-2007.
Радиопоглощающее дорожное покрытие 1 нанесено на всю поверхность, размещенную внутри экрана, или только на часть поверхности, примыкающей к экрану 2.
В качестве радиопоглощающего дорожного покрытия 1 используют, например, радиопоглощающую асфальтобетонную смесь, включающую щебень различного фракционного состава, битумное вяжущее, стабилизирующие добавки и радиопоглощающий материал, содержащий щебень габбро-диабазовый и шлаки литейного производства, преимущественно аморфные стекла различного фракционного состава и формы, в том числе, в виде микрошариков, изготовленных по плазменной технологии.
Таким образом, предлагаемая экранирующая система защиты окружающей среды от электромагнитного излучении обладает следующими преимуществами, по сравнению с известными техническими решениями:
- повышенной эффективностью защиты окружающей среды от электромагнитного излучения,
- экономичностью,
- удобством эксплуатации.