:: Oddziaływanie pól elektromagnetycznych na ludzi i środowisko w sieciach komórkowych ::
:: Oddziaływanie pól elektromagnetycznych na ludzi i środowisko w sieciach komórkowych ::
Oddziaływanie pola elektromagnetycznego w telefonii komórkowej na ludzi i środowisko
Wielkości dozymetryczne i pochodne

Pierwsze efekty negatywnego oddziaływanie pól elektromagnetycznych na ludzi i środowisko zaobserwowano już pod koniec XIX wieku, gdy zauważono, że zmienne pole magnetyczne powoduje nagrzewanie się tkanek organizmów żywych. Szybki wzrost liczby urządzeń emitujących pole elektromagnetyczne w połowie XX wieku spowodował rozpoczęcie dokładnych badań nad wpływem pola elektromagnetycznego i określenie maksymalnych dopuszczalnych wartości natężenia promieniowania. Już wtedy wiadomym był fakt, iż energia przenoszona przez fale elektromagnetyczne wnika do organizmu żywego wpływając na działanie niektórych tkanek i komórek. Bóle głowy oraz złe samopoczucie zgłaszane było m.in. przez pracowników obsługujących radary i inne urządzenia wytwarzające silne pola impulsowe. Pierwsze badania wykazały, iż ilość energii absorbowanej przez organizm zależy od wielu czynników, takich jak charakter i intensywność pola elektromagnetycznego oraz właściwości tkanek pochłaniających energię.

W trakcie badań na negatywnym wpływem pól elektromagnetycznych zaobserwowano wiele różnych zjawisk mogących mieć wpływ na zdrowie ludzi i innych organizmów żywych, w tym przepływ prądów indukcyjnych przez organizm, efekty termiczne czy biologiczne efekty nietermiczne. Przepływ indukowanego prądu przez organizm może powodować pobudzenie tkanek nerwowych i mięśniowych, w tym wpływać na zaburzenie rytmu serca. Przepływ ten ma jednak zasadnicze znaczenie w przypadku częstotliwości poniżej 100 MHz, która nie jest wykorzystywana istniejących systemach telefonii komórkowej. W pasmach częstotliwości systemów GSM i UMTS zasadnicze znaczenie mogą mieć efekty termiczne związane z nagrzewaniem się poszczególnych tkanek i płynów ustrojowych organizmów żywych pod wpływem absorbowanej energii pola elektromagnetycznego oraz efekty nietermiczne, występujące przy intensywności pola znacznie mniejszej niż efekty termiczne, bez zauważalnego wzrostu temperatury poszczególnych tkanek [Źródło].

W celu właściwego określenia wpływu pola elektromagnetycznego powodowanego m.in. przez stacje bazowe telefonii komórkowej, wprowadzone zostały różne parametry opisujące zarówno właściwości samego pola, jak i właściwości tkanek absorbujących energię. Parametry te można podzielić na wielkości dozymetryczne, będące miarami oddziaływania pola elektromagnetycznego na ludzi i środowisko żywe oraz wielkości pochodne opisujące jedynie wymiar poszczególnych składowych pola elektromagnetycznego.

W ramach wielkości dozymetrycznych można wyróżnić następujące parametry:

  • swoista absorpcja,
  • absorpcyjność (przyrost energii absorbowanej),
  • gęstość prądu indukowanego,
  • prąd dotyku.

Gęstość prądu indukowanego oraz prąd dotyku, nie odgrywają dużej roli w przypadku oddziaływania pola elektromagnetycznego w systemach telefonii komórkowej GSM i UMTS, gdyż ich efekty zaobserwować można praktycznie dla częstotliwości poniżej 100 MHz. Oddziaływanie pól elektromagnetycznych w telefonii komórkowej głównie ogranicza się do absorpcji energii przez poszczególne tkanki organizmu żywego oraz zamiany jej na energię cieplną. Dlatego więc w celu określenia bezpośredniego narażenia powodowanego przez pola elektromagnetyczne w tych systemach wykorzystywane są pozostałe dwa parametry: swoista absorpcja oraz absorpcyjność.

Swoista absorpcja (ang. Specific Absorption) wykorzystywana jest do określenia wielkości energii (dW), pochłanianej przez daną tkankę lub cały organizm o danej masie (dm), o określonej gęstości (ρ) i objętości (dV) [Źródło]:

(3.1)

W celu wiarygodnego opisu wpływu pól elektromagnetycznych na organizmy żywe, wprowadzono parametr przyrostu energii absorbowanej – tzw. absorpcyjność – SAR (ang. Specific Absorption Rate). Służy ona najczęściej do określenia wpływu pola elektromagnetycznego na organizmy żywe. Wielkość ta opisuje przyrost energii (dW) absorbowanej lokalnie przez tkankę o danej masie (dm) lub uśredniona na cały organizm o określonej gęstości (ρ) i objętości (dV) [Źródło]. W porównaniu do swoistej absorpcji absorpcyjność określa energię pochłanianą w zadanym czasie (dt):

(3.2)

W celu dokładnego wyznaczenia wielkości energii absorbowanej przez daną masę, wykorzystywane są informacje charakteryzujące właściwości elektryczne danej tkanki organizmu żywego [Źródło]. Za pomocą konduktywności tkanki, czyli miary zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego – σ [S/m], skutecznej wartości natężenia pola elektrycznego w tkance – E [V/m] oraz gęstości właściwej tkanki – ρ [kg/m3], parametr SAR można wyznaczyć ze wzoru:

(3.3)

W tabeli 3.1 zamieszczono przykładowe parametry tkanek ludzkich – ich gęstość właściwą, przenikalność i konduktywność dla częstotliwość 900 MHz.

Tabela 3.9 - Właściwości elektryczne niektórych tkanek [Źródło] (* - szare komórki, ** - białe komórki)
Tkanka ρ [g/m3] εr [F/m] σ [S/m]
Skóra 1,01 35 0,6
Mięśnie 1,04 58 1,4
Tłuszcz 0,92 6 0,08
Kość (czaszka) 1,81 8 0,11
Mózg 1,04 43 (51,4* / 34**) 0,8 (1,06* / 0,59**)
Soczewka oka 1,1 44 0,8
Krew 1,06 62 1,5

W celu wyznaczenia wartości natężenia pola elektrycznego w danym obiekcie, do jego wnętrza wszczepiana jest miniaturowa antena. Innym sposobem pomiaru wartości SAR jest wykorzystanie informacji o gęstości prądu płynącego wewnątrz badanej tkanki (J – [A/m2]) lub obliczenie SAR na podstawie znajomości ciepła właściwego danej tkanki absorbującej energię (c – [J/(kg∙deg)]) i przyrostu jej temperatury (dT) w czasie (dt):

(3.4)
(3.5)

Ze względu na trudności z wyznaczeniem wartości SAR, szczególnie w przypadku stacji bazowych telefonii komórkowej, do opisu pola elektromagnetycznego w przypadku stałych wartości poszczególnych składowych pola elektromagnetycznego, w odległości większej niż wymiary anteny wykorzystywane są wielkości pochodne, takie jak: natężenie pola elektrycznego – E [V/m], magnetycznego – H [A/m] oraz gęstość powierzchniowa strumienia mocy – S [W/m2]. W przypadku pomiarów pola elektromagnetycznego wokół terminali ruchomych stosuje się wielkość dozymetryczną – absorpcyjność (SAR) [Źródło].

© 2009 Krzysztof Niemczyk