Radiofrekventno Zračenje, SAR i Biloški Efekti

Tema: Radiofrekventno zračenje, SAR i biloški efekti

0

1. Radiofrekventno zračenje

Radiofrekventno zračenje (RFZ) je termin koji se primenjuje kod upotrebe EM talasa za radio i televiziju, radar, i ostale RF/mikrotalasne komunikacione uređaje. RFZ se sastoji od pokretnih talasa, koji su u frekventnom opsegu od 3 kHz do 300 GHz. Niži deo RFZ se zove niskofrekventni (NF) opseg. On se definiše u rasponu od 30 do 500 kHz. Prvenstveno se koristi za pomorske i vazduhoplovne radio navigacijske uređaje. Srednjefrekventni (SF) opseg obuhvata talase talasne dužine manje od 200 metara i prepušten je eksperimentima i radio amaterima. Visokofrekventni (VF) opseg se definiše od 3 do 30 MHz. Ovaj opseg se tradicionalno koristi za komunikacije. Satelitske usluge postepeno zamjenjuju VF usluge. [1]

1.1. Podela radiofrekventnog zračenja

Prema poreklu, izvore RF zračenja delimo na: prirodne i veštačke. Prirodni izvori RF zračenja obuhvataju širok opseg frekvencija i njima smo izloženi tokom celog svog života. Osnovna podela prirodnih izvora RF zračenja obuhvata:  atmosferska polja,  elektromagnetna zračenja planete Zemlje,  kosmička polja. Atmosferska polja nastaju usled prirodnih električnih fenomena (električna pražnjenja u atmosferi) na frekvencijama ispod 30 MHz. Jačine ovih polja i opseg frekvencija zavise od više faktora (geografski položaj, doba dana, godišnja doba itd.). Neke promene su sistematske, a neke su slučajne. Najveće vrednosti (amplitude) atmosferskih polja nalaze se na frekvencijama između 2 i 30 kHz. Generalno, nivo atmosferskih polja opada sa porastom frekvencije. Geografska zavisnost je takva da su najveći nivoi prisutni u ekvatorijalnoj oblasti a najmanji na polovima. Planeta Zemlja “emituje” elektromagnetna zračenja kao i sve sredine čija je temperatura različita od “apsolutne nule” (T= 0 K). U RF opsegu dobija se “termički šum” Zemlje koji iznosi (za T ≈ 300 K) 0,3 μW/cm 2, kada se integrali po svim frekvencijama do 300 GHz. Ovde treba napomenuti da i ljudsko telo prosečne površine od 1,8 m2 “izrači” snagu od 0,0054 W do gornje granične frekvencije od 300 GHz. Zemljina atmosfera, jonosfera i magnetosfera formiraju “prirodni štit” koji razdvaja našu planetu od kosmičkih izvora nejonizujućih zračenja. Elektromagnetni talasi koji su sposobni da prodru kroz ovaj štit ograničeni su na dva frekvencijska prozora. Jedan je optički, a drugi se nalazi u frekvencijskom opsegu od 10 MHz do 37,5 GHz. Radio-talase iznad 37,5 GHz apsorbuju određeni molekuli u atmosferi (pre svega O 2 i H2O). Veštački (tehnološki) izvori RF zračenja su mnogobrojni, a u poslednjih trideset godina, kao posledica ljudskih aktivnosti, doživljavaju veliku ekspanziju. Sa gledišta zaštite od nejonizujućih zračenja, najvažniji predstavnici ovih izvora su predajne antene radio i TV stanica, bazne stanice mobilne telefonije, radari i, po zastupljenosti među stanovništvom, mobilni telefoni. Uobičajena podela veštačkih izvora RF zračenja je po gustini snage. 1

U zavisnosti od gustine snage veštački izvori RF zračenja mogu se podeliti na:  izvore velike snage i  izvore male snage. Izvori velike snage se definišu kao izvori RF zračenja koji, na rastojanju 100 m od izvora zračenja, mogu u glavnom snopu da proizvedu gustinu snage od 1W/m2. U ovu grupu izvora spadaju:  radio i TV predajnici;  radari za kontrolu vazdušnog saobraćaja;  radari za kontrolu kopnenih granica i priobalnih pojaseva;  meteorološki radari;  sistemi komunikacija (zemaljske veze sa satelitima i kosmičkim brodovima);  radarski teleskopi (merenje udaljenosti bližih nebeskih tela od Zemlje). Izvorima male snage smatraju se svi izvori kod kojih ne važi gore navedeni uslov za izvore velike snage. U ovu grupu izvora, između ostalih, spadaju:  policijski radari;  mikrotalasni radari (kablovska TV);  mikrotalasne peći;  antenski sistemi u javnoj mobilnoj telefoniji. [2]

2. SAR SAR (specifična konstanta apsorpcije) predstavlja količinu energije koje telo apsorbuje prilikom izloženosti elektromagnetnom zračenju. Drugim rečima, to je snaga EM talasa koju apsorbuje određena masa čovekovog tkiva. Specifična konstanta apsorpcije se izražava u jedinicama W/Kg. SAR se određuje kao srednja vrednost za celo telo ili pojedine delove (tipično 1g ili 10g tkiva). Specifična konstanta apsorpcije zavisi od frekvencije elektromagnetnih talasa (po pravilu sa porastom frekvencije SAR opada). Takođe, usled različite gustine, strukture, provodljivosti vrednosti SAR za pojedina tkiva se razlikuju. [3] SAR se može izračunati iz električnog polja unutar tkiva, koristeći sledeći obrazac:

gde je:  - električna provodnost uzorka, E – električno polje, ρ – gustina uzorka. [4]

2

SAR meri izloženost poljima između 100 kHz i 10 GHz (opšte poznat kao radio-talasi). To se obično koristi za merenje snage apsorbovane iz mobilnih telefona i tokom magnetne rezonance. Vrednost će u velikoj meri zavisiti od geometrije dela tela koja je izložena RF energiji, i na tačnoj lokaciji i geometrije RF izvora. [5] Kada je u pitanju zračenje mobilnog telefona SAR predstavlja maksimalnu snagu po jedinici mase koju apsorbuje glava korisnika telefona u određenom vremenu. Po standardima Međunarodne komisije za zaštitu od nejonizujućeg zračenja (ICNIRP – International Commission on Non-Ionising Radiation Protection) maksimalna dozvoljena vrednost SAR-a je 2 W/Kg. Merenje vrednosti SAR-a za zračenje mobilnih telefona obavlja se pomoću specijalno dizajnirane aparature, gde glavu čoveka simulira silikonska lutka u koju se naliva određena tečnost koja ima slične provodne karakteristike kao tkivo glave čoveka. [3]

Slika 1. Merenje vrednosti SAR-a za zračenje mobilnih telefona

Proizvođači mobilnih telefona su dužni da u tehničkim karakteristikama aparata navedu i vrednost SAR-a. Danas u skoro svim zemljama Evropske unije postoje propisi o zabrani korištenja mobilnih telefona u određenim javnim prostorima uključujući i sredstva javnog prevoza. Apsorpcija elektromagnetnog zračenja mobilnog telefona zavisi od učestanosti na kojoj radi mobilna merža (900 MHz ili 1800 MHz – manja je pri većoj frekvenciji), kao i od intenziteta signala. Utvrđeno je da je apsorpcija EM zračenja mobilnog telefona znatno veća u glavama dece nego što je to slučaj kod odraslih. To je jedan od ključnih razloga zašto se insistira na zabrani korišćenja mobilnih telefona u predškolskom i školskom uzrastu dece. [3]

3. Biološki efekti Nejonizujuće zračenje je bilo koja vrsta elektromagnetnog zračenja koja ne poseduje dovoljno energije po kvantu, kojom bi mogla izazvati jonizaciju, odnosno uklanjanje elektrona iz atoma ili molekula. Prilikom prolaska kroz materiju, elektromagnetno zračenje ima dovoljno energije samo za ekscitaciju, odnosno prelazak elektrona u više energetsko stanje, pri čemu mogu da se uoče različiti biološki efekti kod različitih vrsta nejonizujućih zračenja. [6] Sa aspekta bioloških efekata, od svih vrsta nejonizujućih zračenja, najmanje je naučnih saznanja o biološkim efektima radiofrekventnog zračenja i poljima ekstremno niskih frekvencija. Razlog za to leži u činjenici da ova saznanja još uvek nisu potpuna, a mišljenja stručnjaka o mehanizmu nastanka tih efekata nisu jedinstvena. Naime, napredak u nauci i tehnologiji doprinosi promenama i u čovekovoj okolini, unoseći nove faktore koji, 3

pored koristi koje nove tehnologije donose, imaju i nepoželjne efekte. Naglo povećanje broja električnih i elektronskih uređaja, uključujući i brzi porast telekomunikacionih sistema, upotreba u medicini i kućnoj upotrebi, povećali su mogućnost ekspozicije bioloških jedinki radifrekventnom zračenju i poljima ekstremno niskih frekvencija. Celokupan spektar elektromagnetnog zračenja, pa samim tim i radifrekventno zračenje i polja ekstremno niskih frekvencija podleže opštim zakonima koje karakterišu: frekvencija izražena u hercima, period prostiranja, talasna dužina izražena u metrima i brzina koja je u slobodnom prostoru jednaka brzini svetlosti. Sa aspekta biološkog efekta važna je činjenica da talasna dužina zavisi od svojstava sredine kroz koju se elektromagnetni talas prostire i menja se sa promenom sredine, dok frekvencija ostaje konstantna bez obzira na sredinu. Tako talasne dužine elektormagnetnih talasa u biološkom materijalu postaju znatno kraće od njihovih vrednosti u vazduhu, a naročito u onim biološkim sredinama koje sadrže veću količinu vode. Radiofrekventno zračenje pri prolazu iz jedne biološke sredine u drugu može biti reflektovano na granici između pojedinih slojeva, apsorbovano u određenom tkivu ili da prodre do dubljih slojeva, a apsorbovana energija može da se konvertuje u druge oblike energije. Najveći deo energije pretvara se u toplotnu energiju, a moguće su interakcije na mikroskopskom nivou (ćelijska membrana, subcelularne strukture), koje izazivaju poremećaj u makromolekularnim biološkim sistemima, a nisu uslovljene zagrevanjem tela. Energija apsorbovanog zračenja u biološkom tkivu uzrokuje direktne biološke ili biohemijske promene i predstavlja primarnu interakciju. Neposredni biološki efekti koji nastaju na mestu primarne interakcije mogu da indukuju sekundarne efekte. Ovi efekti po svojoj prirodi mogu da budu akutni i hronični, a u mnogim slučajevima potrebno je da protekne znatan vremenski period između primarne interakcije i pojave vidljivih bioloških efekata. [7]

4

Pitanja 1. Šta je radiofrekventno zračenje? 2. Šta predstavlja SAR? 3. Opseg koji se definiše od 3 do 30 MHz je: a) niskofrekventni opseg b) srednjefrekventni opseg c) visokofrekventni opseg 4. Osnovna podela prirodnih izvora RF zračenja obuhvata: a) kosmička polja b) atmosferska polja, elektromagnetna zračenja planete Zemlje, kosmička polja c) atmosferska polja, kosmička polja 5. Po standardima Međunarodne komisije za zaštitu od nejonizujućeg zračenja maksimalna dozvoljena vrednost SAR-a je: a) 2 W/kg b) 5 W/kg c) 3 W/kg 6. SAR meri izloženost poljima između: a) 100 kHz i 10 GHz b) 100 kHz i 5 GHz c) 100 kHz i 15 GHz 7. Sekundarni efekti po svojoj prirodi mogu da budu: a) akutni b) hronični c) akutni i hronični

5

Literatura [1] http://sr.wikipedia.org/sr/Nejonizuju%C4%87e_zra%C4%8Denje 30.05.2014 [2] B. Vulević, Č. Belić, Elektromagnetska polja u životnoj sredini, Beograd [3] http://www.neitronik-srbija.com/sar.html, 30.05.2014. [4] http://sr.wikipedia.org/wiki/Specifi%C4%8Dna_konstanta_apsorpcije , 30.05.2014. [5] http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_absorption_rate , 30.05.2014. [6] http://prezi.com/wg36wspfjl6l/biloski-efekti-zracenja/ , 30.05.2014. [7] http://niv.ns.ac.rs/full/bifizik.pdf , 31.05.2014. [8] http://ebookbrowsee.net/0354-68290702087a-pdf-d341877402 , 31.05.2014.

6