تشعشعات غیر یونساز میدان­های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی  در بازه­ی فرکانس­های تا 300 گیگاهرتز

مقدمه:

قرارگیری عمومی در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی، در حال حاضر جهانی شده و دامنه  وسیعی از تجهیزات و دستگاه­ها در تمام پهنه فرکانسی و پارامترهای سیگنال شامل آن می­شود. منابعی که برای مخابرات و ارتباطات، تشخیص­های پزشکی، آزمایشات و جراحی استفاده می­شوند و همچنین طیف وسیعی از دستگاه­های صنعتی در این حوزه قرار می­گیرند. بشر در معرض منابع بسیاری از میدان­های RF، شامل فرستنده­های رادیویی و تلویزیونی، لینک­های مخابراتی و ارتباطات ماهواره­ای مثل تلفن­های همراه و ایستگاه­های پایه آن­ها و تعداد زیادی از کاربردهای بیسیم مثل Wi-Fi قرار گرفته­ است. همچنین قرارگیری حرفه­ای (شغلی) در معرض تشعشعات در صنایع مخابراتی و ارتباطاتی و تولیدی وجود دارد. استفاده از تلفن­های همراه در سال­های اخیر به طور نگران­کننده­ای افزایش یافته و تبدیل به یک وسیله ضروری ارتباطی در جامعه شده است. علاوه بر این در محل کار و دسترسی عمومی به اینترنت با دستگاه­­های بی­سیم، و فراگیر شدن این تکنولوژی در زندگی مدرن این نگرانی را افزایش داده است. که همین موضوع در چندین سال اخیر باعث بررسی اثرات ممکن بر سلامتی در ارتباط با قرار گرفتن در معرض میدان­های RF شده است. به خصوص از زمانی که تعداد زیادی دکل­ بلند برای ایستگاه­های اصلی تلفن همراه در سراسر کشورها ساخته شد. نگرانی­های عمومی امروز باقی است اما ظاهرا مانع استفاده از تکنوژی­های جدید بی­سیم نشده است.

مکانیزم اندرکنش بین میدان­های فرکانس رادیویی و بدن انسان

اثرات مستقیم و غیر مستقیم

میدان­های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی می­توانند اثرات مستقیم و غیر مستقیم روی بدن انسان داشته باشد. عبارت فرکانس رادیویی به قسمتی از طیف الکترومغناطیس برمی­گردد که برای مقاصد ارتباط رادیویی در گستره 100 کیلوهرتز تا 300 گیگاهرتز استفاده می­شود. بسته به فرکانس میدان­ها، این اثرات می­تواند شبیه­ساز سیستم اعصاب مرکزی در بازه فرکانسی پایین و اثرات گرمایی در بازه­ی فرکانسی بالا باشد. علاوه بر اثرات مستقیم، اثرات غیر مستقیم زیادی مانند رخداد جریان­های تماسی یا تاثیر آن بر روی عملکرد کاری دستگاه­ها مانند تجهیزات پزشکی، وجود دارد.

برای ارزیابی قرارگیری در معرض تشعشع، هر دو کمیت فیزیکی از میدان­های الکترومغناطیسی (S, H , E) و مقادیر دزیمتریک ( چگالی جریان القا شده و یا افزایش درجه حرارت) باید در نظر گرفته شود.نوع ( موج پیوسته، پالسی، تک و چند فرکانسی  بازه فرکانسی بالا و پایین)، توزیع ( تک – چند منبعی) و تمرکز در یک محل ( اعضا، سر و تنه، تمام بدن) میدان­های الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی که تا حد زیادی تحت تاثیر مفاهیم پایه و اصولی هستند، می­تواند برای ارزیابی مقادیر میدان مورد استفاده قرار گیرند.

مانند تمام تابش­های الکترومغناطیس، میدان­های الکترومغناطیس فرکانس بالا، انرژی حمل می­کنند. هنگامی که بدن در معرض امواج رادیویی قرار می­گیرد، مقداری از انرژی این امواج جذب می­شود، که اثر مستقیم آن منجر به گرم شدن بافت­های بدن می­شود (سازمان بهداشت جهانی 1993). تماس با آنتن­های رادیویی و رساناهای فلزی که در میدان فرکانس رادیویی قرار دارد، می­تواند در برخی شرایط منجر به شوک الکتریکی یا سوختگی شود. سوختگی­های الکتریکی ممکن است خیلی عمیق­تر از سوختگی با اشیاء داغ باشد و می­تواند موجب شار جریان در بافت­های بدن شود و نقاط درونی بدن را بسوزاند. شوک با تحریک الکتریکی بافت و سوختگی در اثر حرارت شدید و سریع موضعی مرتبط است.

در فرکانس­های زیر 100 کیلوهرتز، کمیت­ فیزیکی که با حداکثر اثرات بیولوژیکی قابل شناسایی است، توان میدان الکتریکی در بافت می­باشد که با چگالی جریان مرتبط است. در حالی که، در فرکانس­های بالا، نرخ گرم شدن بدن، اندازه­گیری مناسب­تری برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض است. جذب انرژی از امواج رادیویی باعث ارتعاش مولکول­ها شده که به نوبه خود منجر به گرم شدن بافت بدن می­شود. این گرم شدن توسط یک مقدار شناخته شده به عنوان نرخ جذب انرژی ویژه  با واحد وات بر کیلوگرم کنترل می­شود.  SAR ارتباط بین قرارگیری در معرض یک میدان RF خارجی و افزایش دمای درون بدن را تعیین می­کند.

عوامل موثر بر در معرض تششع قرارگرفتن بشر

شدت اثرات میدان­های RFبه عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله آن می­توان به چگالی میدان، فاصله از منبع، نوع بافت، فرکانس، حجم و مدت زمان در معرض قرارگیری اشاره کرد. چگالی توان یکی از مهم­ترین عوامل موثر بر مقدار انرژی جذب شده در بدن است، که به توان خروجی از دستگاه­های فرستنده رادیویی و پیکربندی آنتن­های فرستنده بستگی دارد . هرچه فاصله از آنتن افزایش یابد، چگالی توان طبق قانون مربع معکوس کاهش می­یابد. این در حالی است که در نزدیکی آنتن­ها و فرستنده­ها این رابطه بسیار پیچیده می­شود. پتانسیل در معرض قرارگیری برای افراد نه­تنها به قدرت میدان­های الکترومغناطیسی ایجاد شده بستگی دارد بلکه به فاصله افراد از منبع و در مورد آنتن­های جهت­دار مانند آن­هایی که در سیستم­های رادار و ارتباطات ماهواره­ای مورد استفاده قرار می­گیرند، به نزدیکی به پرتو اصلی نیز وابسته است. طبق رفتاری که امواج رادیویی در برخورد با مواد دارند، در مورد مواد بیولوژیک نیز قسمتی از آن بازتاب، نسبتی از آن جذب و بسته به ضخامت ماده انتقال خواهد یافت. امواج رادیویی در فرکانس­های مخابراتی عموما تا عمق چند سانتی­متری از بافت نفوذ می­کند و تمایل به جذب دارند. در جذب، انرژی خود را به بافت می­دهند و این مقدار به انرژی تولید شده توسط متابولیسم بدن اضافه می­شود. میزان جذب در نقاط مختلف بدن متفاوت است چراکه بافت­های مختلف مشخصات الکتریکی متفاوتی دارند. هنگامی که امواج رادیویی با صفحه­ی همگن مواد برخورد می­کند، نسبت انتقال انرژی با ضخامت صفحات به صورت نمایی کاهش می­یابد. امواج رادیویی با افزایش فرکانس، عمق نفوذ کمتری در بافت دارن

شکل 1: نمایش جذب انرژی در مواد بیولوژیکی و چگونگی کاهش عمق نفوذ با افزایش فرکانس. عمق نفوذ  در فرکانس­های بالا کمتر از  در فرکانس­های میانی است

میدان الکتریکی موج نفوذی در ماده از مقدار اولیه خود بعد از فاصله­ای به اندازه عمق نفوذ تا 37% کاهش می­یابد. عمق نفوذ از بافت­ها به گذردهی الکتریکی و هدایتی بستگی دارد. در 100 مگاهرتز، فرکانس استفاده شده در رادیو FM، استخوان و چربی هادی­های ضعیفی هستند، برای همین جذب انرژی پایینی دارند و سیگنال RF به طور عمیق در این بافت­ها نفوذ می­کند. بافت­­های شامل آب زیاد مانند عضلات و پوست، هادی­های خوبی هستند و به شدت جذب خواهند کرد. در فرکانس­های بالاتر، عمق نفوذ کاهش می­یابد، بنابراین جذب به طور فزاینده­ای به سطح بافت محدود می­شود. در فرکانس­های تلفن همراه، در مرتبه 1 گیگاهرتز یا بیشتر، عمق نفوذ در مغز چند سانتی­متر است. در نتیجه اکثر انرژی از تابش فرودی در یک سمت سر در فاصله چند سانتی­متری از گوشی جذب می­شود. در فرکانس 10 گیگاهرتز عمق نفوذ بیشتر بافت­ها چند میلی­متر است، بنابراین اکثر انرژی در پوست و سطح بافت جذب خواهد شد و نفوذ بسیار کمی به بافت­های عمیق­تر بدن وجود خواهد داشت. مدت زمان قرارگیری در معرض تابش نیز یکی از عوامل مهم در تعیین میزان دمای بدن است. برخی از اعضای بدن مثل چشم­ها، به گرما آسیب­پذیرتر هستند. به طور کلی بدن انسان فقط می­تواند مدت کوتاهی در گرما و سرمای افراطی زنده بماند و اغلب استانداردها با هدف حافظت در برابر عوارض قرارگیری در معرض تشعشع، فقط برای یک بازه زمانی خاص که معمولا بین چند دقیقه یا بیشتر است، زمان تعادل گرمایی  را برای مواجهه با تابش­های پیوسته و متغیر اجازه داده­اند.

در کل، سازمان­های بین­المللی و برخی از کشورها از دیرباز تا کنون اثرات سوء میدان­های الکترومغناطیسی را مورد بررسی قرار داده­اند و با تاسیس آزمایشگاه­های مجهز و مراکز تحقیقاتی توانسته­اند تا حد زیادی این اثرات را شناسایی و بعضا تحت کنترل درآورند. مطالعات فراوانی از طرف سازمان­ها و نهادها زیر نظر سازمان بهداشت جهانی و آژانس حفاظت سلامت برای بررسی این اثرات صورت می­گیرد. کمیسیون بین­المللی حفاظت در برابر تشعشعات غیر یونساز محدودیت پایه و مقادیر سطح مرجع  را بر اساس هر دو کمیت فیزیکی و دزیمتریک تهیه کرده است و توصیه می­کند که برای حفظ سلامت مردم، تابش غیر یون­ساز از این محدودیت­ها تجاوز نکند. باید به منطق الزامات ویژه دستورالعمل­های حفاظت که برای ارزیابی قرارگرفتن در معرض استفاده می­شود، توجه کرد.

نویسنده : مریم یحیائی کارشناس ارشد فیزیک اتمی- مولکولی

References:

1. Health effect from radio frequency electromagnetic fields, report of the independent advisory group on non-ionizing  radiation, April 2012
2. ICNIRP Guideline, for limiting exposure  to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)
3.