Радиочастотная (РЧ) электромагнитная энергия и микроволновое излучение используются в различных областях промышленности, торговли, медицины и исследований, а также в быту. В диапазоне частот от 3 до 3 х 108 кГц (то есть 300 ГГц) мы легко распознаем такие приложения, как радио- и телевещание, средства связи (междугородный телефон, сотовый телефон, радиосвязь), радары, диэлектрические нагреватели, индукционные нагреватели, импульсные источники питания и компьютерные мониторы.
Высокомощное радиочастотное излучение является источником тепловой энергии, которая несет в себе все известные последствия нагревания для биологических систем, включая ожоги, временные и постоянные изменения репродуктивной функции, катаракту и смерть. Для широкого диапазона радиочастот кожное восприятие тепла и термической боли ненадежно для обнаружения, поскольку тепловые рецепторы расположены в коже и плохо воспринимают глубокий нагрев тела, вызванный этими полями. Пределы воздействия необходимы для защиты от этих неблагоприятных последствий для здоровья воздействия радиочастотного поля.
Профессиональная экспозиция
Индукционный нагрев
Прикладывая интенсивное переменное магнитное поле, проводящий материал можно нагреть за счет индукции. вихревые токи. Такой нагрев используется для ковки, отжига, пайки и пайки. Диапазон рабочих частот от 50/60 до нескольких миллионов Гц. Поскольку размеры катушек, создающих магнитные поля, часто малы, риск сильного облучения всего тела невелик; однако воздействие на руки может быть высоким.
Диэлектрический нагрев
Радиочастотная энергия от 3 до 50 МГц (преимущественно на частотах 13.56, 27.12 и 40.68 МГц) используется в промышленности для различных процессов нагрева. Области применения включают в себя герметизацию и тиснение пластика, сушку клея, обработку тканей и текстиля, деревообработку и производство таких разнообразных продуктов, как брезент, бассейны, вкладыши для водяных кроватей, обувь, папки для дорожных чеков и так далее.
Измерения, опубликованные в литературе (Hansson Mild, 1980; IEEE COMAR, 1990a, 1990b, 1991), показывают, что во многих случаях электрические и магнитные поля утечки вблизи этих радиочастотных устройств очень высоки. Часто операторами являются женщины детородного возраста (то есть от 18 до 40 лет). Поля утечки часто бывают обширными в некоторых профессиональных ситуациях, что приводит к облучению всего тела операторов. Для многих устройств уровни воздействия электрических и магнитных полей превышают все существующие рекомендации по радиочастотной безопасности.
Поскольку эти устройства могут привести к очень сильному поглощению радиочастотной энергии, представляет интерес контроль полей рассеяния, которые они излучают. Таким образом, периодический радиочастотный мониторинг становится необходимым для определения наличия проблемы облучения.
системы связи
Рабочие в области связи и радиолокации в большинстве ситуаций подвергаются воздействию поля только с низким уровнем напряженности. Однако облучение рабочих, которые должны подниматься на FM/телевышки, может быть интенсивным, и необходимы меры предосторожности. Воздействие также может быть значительным вблизи шкафов передатчиков со снятыми блокировками и открытыми дверцами.
Медицинское облучение
Одним из первых применений радиочастотной энергии была коротковолновая диатермия. Для этого обычно используются неэкранированные электроды, что может привести к высоким полям рассеяния.
В последнее время радиочастотные поля использовались в сочетании со статическими магнитными полями в магнитно-резонансная томография (МРТ). Поскольку используемая радиочастотная энергия невелика, а поле почти полностью находится внутри корпуса пациента, воздействие на операторов незначительно.
Биологические эффекты
Удельная скорость поглощения (SAR, измеряемая в ваттах на килограмм) широко используется в качестве дозиметрической величины, и пределы воздействия могут быть получены из SAR. SAR биологического тела зависит от таких параметров воздействия, как частота излучения, интенсивность, поляризация, конфигурация источника излучения и тела, поверхности отражения и размеры тела, форма и электрические свойства. Кроме того, пространственное распределение SAR внутри тела сильно неравномерно. Неравномерное выделение энергии приводит к неравномерному прогреву тела и может вызывать градиенты внутренней температуры. На частотах выше 10 ГГц энергия выделяется близко к поверхности тела. Максимальное значение SAR достигается при частоте около 70 МГц для стандартного субъекта и при частоте около 30 МГц, когда человек находится в контакте с РЧ-землей. Ожидается, что в экстремальных условиях температуры и влажности SAR всего тела от 1 до 4 Вт/кг на частоте 70 МГц вызовет повышение температуры тела примерно на 2 ºC у здоровых людей в течение одного часа.
Радиочастотный нагрев - это механизм взаимодействия, который широко изучался. Тепловые эффекты наблюдались при мощности менее 1 Вт/кг, но температурные пороги для этих эффектов обычно не определялись. При оценке биологических эффектов необходимо учитывать температурно-временной профиль.
Биологические эффекты также возникают там, где РЧ-нагрев не является ни адекватным, ни возможным механизмом. Эти эффекты часто связаны с модулированными радиочастотными полями и длинами волн миллиметрового диапазона. Были предложены различные гипотезы, но они еще не дали информации, полезной для определения пределов воздействия на человека. Необходимо понять фундаментальные механизмы взаимодействия, поскольку нецелесообразно исследовать каждое радиочастотное поле на предмет характерных для него биофизических и биологических взаимодействий.
Исследования на людях и животных показывают, что радиочастотные поля могут вызывать вредные биологические эффекты из-за чрезмерного нагрева внутренних тканей. Тепловые датчики тела расположены в коже и не сразу ощущают тепло глубоко внутри тела. Таким образом, рабочие могут поглощать значительное количество радиочастотной энергии, не осознавая сразу наличие полей утечки. Были сообщения о том, что персонал, подвергшийся воздействию РЧ-полей от радиолокационного оборудования, РЧ-нагревателей и герметиков, а также радио-телевизионных вышек, испытывал ощущение тепла через некоторое время после воздействия.
Существует мало доказательств того, что радиочастотное излучение может вызывать рак у людей. Тем не менее, исследование показало, что он может действовать как стимулятор рака у животных (Szmigielski et al., 1988). Эпидемиологические исследования персонала, подвергшегося воздействию радиочастотных полей, немногочисленны и, как правило, ограничены по объему (Silverman 1990; NCRP 1986; ВОЗ 1981). В бывшем Советском Союзе и странах Восточной Европы было проведено несколько обследований рабочих, подвергшихся профессиональному облучению (Roberts and Michaelson, 1985). Однако эти исследования не являются окончательными в отношении воздействия на здоровье.
Оценка человека и эпидемиологические исследования операторов радиочастотного герметика в Европе (Kolmodin-Hedman et al. 1988; Bini et al. 1986) показывают, что могут возникнуть следующие конкретные проблемы:
- РЧ ожоги или ожоги от контакта с термически нагретыми поверхностями
- онемение (т.е. парестезии) рук и пальцев; нарушение или изменение тактильной чувствительности
- раздражение глаз (возможно, из-за паров винилсодержащего материала)
- значительный нагрев и дискомфорт ног операторов (возможно, из-за протекания тока через ноги на землю).
Мобильные телефоны
Использование персональных радиотелефонов быстро растет, что привело к увеличению числа базовых станций. Они часто размещаются в общественных местах. Однако воздействие этих станций на население невелико. Системы обычно работают на частотах около 900 МГц или 1.8 ГГц с использованием аналоговой или цифровой технологии. Телефонные трубки представляют собой небольшие маломощные радиопередатчики, которые во время использования держат в непосредственной близости от головы. Часть мощности, излучаемой антенной, поглощается головой. Численные расчеты и измерения в фантомных головах показывают, что значения SAR могут быть порядка нескольких Вт/кг (см. далее заявление ICNIRP, 1996). Общественное беспокойство по поводу опасности электромагнитных полей для здоровья возросло, и этому вопросу посвящено несколько исследовательских программ (McKinley et al., неопубликованный отчет). В настоящее время проводится несколько эпидемиологических исследований в отношении использования мобильных телефонов и рака мозга. До сих пор было опубликовано только одно исследование на животных (Repacholi et al. 1997) с трансгенными мышами, подвергавшимися воздействию 1 час в день в течение 18 месяцев сигнала, аналогичного тому, который используется в цифровой мобильной связи. К концу эксперимента у 43 из 101 животного, подвергшегося воздействию, были лимфомы, по сравнению с 22 из 100 в группе ложного воздействия. Увеличение было статистически значимым (p > 0.001). Эти результаты не могут быть легко интерпретированы в связи со здоровьем человека, и необходимы дальнейшие исследования по этому вопросу.
Стандарты и директивы
Несколько организаций и правительств выпустили стандарты и рекомендации по защите от чрезмерного воздействия радиочастотных полей. Обзор мировых стандартов безопасности был сделан Grandolfo and Hansson Mild (1989); обсуждение здесь относится только к рекомендациям, изданным IRPA (1988 г.) и стандарту IEEE C 95.1 1991 г.
Полное обоснование пределов воздействия РЧ представлено в IRPA (1988). Таким образом, в руководствах IRPA принято базовое предельное значение SAR, равное 4 Вт/кг, выше которого считается возрастающей вероятность неблагоприятных последствий для здоровья в результате поглощения радиочастотной энергии. Негативных последствий для здоровья при остром воздействии ниже этого уровня не наблюдалось. С учетом десятичного коэффициента безопасности, учитывающего возможные последствия длительного воздействия, 0.4 Вт/кг используется в качестве основного предела для получения пределов воздействия на рабочем месте. Дополнительный коэффициент безопасности, равный пяти, включен для получения ограничений для широкой публики.
Полученные пределы воздействия для напряженности электрического поля (E), напряженность магнитного поля (H) и плотность мощности, указанная в В/м, А/м и Вт/м2 соответственно, показаны на рис. 1. Квадраты E и H поля усредняются за шесть минут, и рекомендуется, чтобы мгновенное воздействие не превышало усредненные по времени значения более чем в 100 раз. Кроме того, ток между телом и землей не должен превышать 200 мА.
Рисунок 1. Пределы воздействия IRPA (1988) для напряженности электрического поля E, напряженности магнитного поля H и плотности мощности
Стандарт C 95.1, установленный IEEE в 1991 году, дает предельные значения для профессионального облучения (контролируемая среда): 0.4 Вт/кг для среднего SAR для всего тела человека и 8 Вт/кг для пикового SAR, доставляемого на любой один грамм. тканей в течение 6 минут и более. Соответствующие значения для воздействия на население (неконтролируемая среда) составляют 0.08 Вт/кг для SAR всего тела и 1.6 Вт/кг для пикового SAR. Ток между корпусом и землей не должен превышать 100 мА в контролируемой среде и 45 мА в неконтролируемой среде. (Для получения дополнительной информации см. IEEE 1991.) Полученные пределы показаны на рисунке 2.
Рисунок 2. Пределы воздействия IEEE (1991) для напряженности электрического поля E, напряженности магнитного поля H и плотности мощности
Дополнительную информацию о радиочастотных полях и микроволнах можно найти, например, в Elder et al. 1989 г., Грин 1992 г. и Полк и Постоу 1986 г.