Экранированный бокс с защищенным от внешнего электромагнитного воздействия внутренним объемом

Экранированный бокс с защищенным от внешнего электромагнитного воздействия внутренним объемом

Реферат

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.

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 20·10³.

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

1. Экранированный бокс с защищенным от внешнего электромагнитного воздействия внутренним объемом, отличающийся тем, что его боковые стены, пол и потолок выполнены из лент нанокристаллического магнитомягкого сплава на основе кобальта с начальной магнитной проницаемостью сплава не ниже 20·10³, при этом ленты сплава зафиксированы относительно друг друга при помощи эластичного полимерного материала, обладающего величиной адгезии к ленте не менее 1 МПа, и расположены внахлест с перекрытием не менее толщины самой ленты.

2. Экранированный бокс по п.1, отличающийся тем, что в нем предусмотрены экранированные вводы для измерительной аппаратуры и системы жизнеобеспечения.