UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI FARMACIA "GR. .T. POPA" IASI
FACULATEA DE MEDICINA GENERALA
CATEDRA DE BIOFIZICA MEDICALA
Efectele biologice ale microundelor
Student Alexandra Nițuleac
Grupa 4, Seria A
Anul I
In ultimii ani se constata o creștere fara precedent a numărului si diversitatii surselor de câmp electromagnetic folosite in scop industrial comercial sau medical. Printre aceste surse se număra emitatoarele radio telefoanele mobile, instalații RADAR.
Scopul lor este de a ne face viata mai ușoara: mobilele usureaza comunicarea intre oameni si măresc posibilitatea de alarmare a politiei, a pompierilor iar sistemele RADAR fac sa fie mai sigure traficul aerian, rutier si cel feroviar.
In același timp toate aceste tehnologii au adus si unele riscuri pentru sănătate, riscuri asociate cu utilizarea acestora. In aceasta lucrare am enunțat doar câteva dinte efectele pe care le au microundele asupra entitatilor biologice.
Microundele sunt unde electromagnetice unde frecventa nu este fixata exact dar se situează intr-o gama mergând de la aproximativ 300Mhz pana la 100GHz.
Proprietatile lor generale sunt caracteristice undelor electromagnetice fiind astfel descrise de ecuațiile lui Maxwell facilitând astfel intervenția mărimilor caracteristice undelor electromagnetice:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w Intensitatea si inducția câmpului electric :E si D
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w Intensitatea si inducția magnetic :H si B
Microundele sunt absorbite de apa, albumine, proteine, alimente in general si de un număr mare de diverse materiale. Absobtia lor duce la transformarea energiei electromagnetice in energie termica.
Spectrul frecventei este divizat in diferite benzi alocate in diverse utilizări cele mai utilizate in industrie fiind cele intre 434,915 si 2450MHz.
La aceste frecvente profunzimea penetratiei undei in materiale este de ordinul cm si încălzirea se face prin disiparea puterii in interiorul materialului
Efectul asupra unui material depinde mult de proprietatile fizice din interiorul sau: un material ce are înăuntrul sau mari pierderi dielectrice se va încălzi mai mult decât unul cu pierderi dielectrice mai mici.
Datorita acestor proprietati apa si in consecința produsele umede vor intra in prima categorie pentru ca sunt bune captatoare de energie.
Microundele intra in volumul materialului încălzit direct in interiorul sau unde energia electromagnetica se transforma in energie termica. Localizarea sursei de căldura nu e limitata doar la periferia materialului ci se afla in interiorul materialului.
Mecanismele de absorbție a energie de către un material depind de proprietatile fizice din mijlocul sau si implicit de efectul microundelor asupra sa.
Propagarea undei electromagnetice intr-un mediu e descrisa de ecuațiile lui Maxwell:
rotE = - B/ t divB=0
rotH = J + D/ t divD=0
E= intensitatea câmpului electric H= intensitatea câmpului magnetic
D= inducția câmpului electric B= inducția câmpului magnetic
J= factor de densitate a curentului local
E si H se afla in plane perpendiculare si se definesc ca orice alta unda oscilatorie
E= Emax*ejwt-(a-jb)*z unde a= factor de atenuare iar b= factor de elongare
H= Hmax*ejwt-(a-jb)*z
Numeroase corpuri prezintă dipoli electrici ce sunt orientați in direcția câmpului electric aplicat denumit fenomen de rotație dipolara
Materialul se caracterizează prin permitivitate dielectrica iar daca mediul este un dielectric perfect(fara sarcini libere si pierderi dielectrice prin frecare) atunci s=0 iar permitivitatea e Є real unde s=conductivitatea electrica
Frecarea se face intre molecule si determina ca mișcarea dipolilor sa nu urmeze variația câmpului de excitație si aceasta va duce la disipare termica in material Ûdielectricul are pierderi.
Unda este atenuata si de traversarea prin mediu ceea ce va determina pierderi energetice.
Astfel se definește un nou factor= Dp ce reprezintă distanta de la suprafața pana la adâncimea la care puterea scade cu e-1 din valoarea de la suprafața
a unde a=factor de atenuare
In cazul unui dielectric cu pierderi
Dp=l e¢ pe¢¢p unde l=lungimea de unda a undei in vid
e¢=coeficient de dispersie
e¢¢=constanta dielectrica de dispersie
Se constata deci ca adâncimea de pătrundere este in funcție de lungimea de unda fapt ce rezulta din alegerea l de lucru si eficacitatea tratării materialului cu microunde
Încălzirea in câmp de microunde va face deci sa intervină mărimile fizice caracteristice materialului ce sunt presupuse a fi constante
Dar aceste valori variază pentru diferite materiale si in funcție de diferiți parametri
|
e |
|
e¥ | 22222s186w |
|
Log n(Hz) |
|
Fig1 Variația permitivitatii electrice in
funcție de frecventa
|
Fig2 Variația coeficientului de dispersie in funcție de frecventa |
aliajelor si condițiile de operare fac sa iasă in evidenta delicatețea in care trebuie produse eșantioane pentru a păstra aceleași mărimi fizice de la o experiența la alta.
|
e¢¢pp |
|
Tc | 22222s186w |
T0C |
|
La temperaturi joase factorul e¢¢pp nu este afectat dar începând cu Tc critic acest factor creste semnificativ. Profunzimea penetrației in cazul apei spre exemplu este cu atât mai mare cu cat frecventa este mai mica
Avem 2 tipuri de pierderi:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w prin conducție ionica ce provine de la sarcinile libere prezente
deoarece structura unui dielectric nu este niciodată perfecta. Daca densitatea sarcinilor libere este foarte mare energia scade rapid pana devine nula când materialul e conductor
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w prin relaxare bipolara
Densitatea volumetrica de putere a microundelor se transforma in
densitate de putere termica.
P=1/2*sD*E*E*
In dielectricii situați in câmp constant avem doar pierderi prin conducție electrica dar daca intensitatea variază in timp si mai exact periodic avem si pierderi prin histerezis dielectric care sunt proporționale cu frecventa. Acest fenomen are la baza post-efectul electric denumit impropriu si vâscozitate electrica.
Ca urmare daca intensitatea E(t) variază periodic spre exemplu armonic atunci polaritatea P(t) a materialului va fi defazata in urma fata de E(t)
In tehnica exista 2 procedee principale de încălzire a dielectricului in câmp electric:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w la frecvente mari din domeniul microundelor ce se bazează pe proprietatile termice ale microundelor
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w la frecvente joase din domeniul radio
In primul caz predomina pierderile prin histerezis iar in cazul al doilea prin conducție electrica. In cazul încălzirii la frecvente înalte si foarte înalte un rol important îl au proprietatile dielectricului.
In literatura de specialitate cu referire la energia generata de microunde apar particularitati fenomenologice si calitative prin care acestea se diferentiaza de alte forme clasice de energie Astfel fenomenele fizice care se produc in procesul de conversie al energie in materiale sunt extrem de complexe si relativ dificil de urmărit deoarece exista mulți factori care se interconditioneaza reciproc.
In cazul încălzirii cu energie transmisa de o sursa de căldura spre suprafața materialului prin conducție conversie sau radiere energia termica transmisa e preluata de suprafața materialului si apoi spre interior prin conducție.
Dimpotrivă in cazul microundelor energia e transmisa direct in volum unde se transforma in energie termica prin interactia cu substanța. Pe acest procedeu se bazează cuptoarele cu microunde si alte aplicatoare termice in câmp de microunde.
O prima aplicatie este spectroscopia de rezonanta electronica de spin(RES)
RES utilizeaza un efectele pe care le are un camp magnetic asupra unui material introdus in liniile de camp ale sale.
In functie de modificarile produse asupra campului substantele se impart in:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w diamagnetice daca materialul respinde liniile de camp rezultand astfel
o inductie B in material mai mica decat intensitatea H initiala a campului
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w paramagnetice daca liniile de camp se concentreaza in substanta deci
inductia indusa e mai mare decat cea initiala
Daca B este cu mult mai mare decat H atunci fenomenul poarta nunele de feromagnetism. Raportul B/H=m (permeabilitate magnetica); in cazul materialelor diamagnetice m<1 iar pentru cele para- sau feromagnetice m>1 respectiv >>1.
Atat diamagnetismul cat si paramagentismul se explica prin momentele magnetice electronice (magnetic orbital si magnetic orbital). Daca se introduce un electron impar in camp magnetic momentul sau magnetic tinde sa se orienteze in raport cu cel exterior H. Intrucat numarul cuantic de spin al unui electron este s=½, vor exista deci 2 posibiltati de orientare
- 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w paralela cu campul mai saraca in energie
- 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w antiparalela, mai bogata in energie
Spre deosebire de modelele macroscopice, orientarea modelelor este cuantificata, astefel incat axa sa de rotatie nu se afla exact de-a lungul liniilor de forta ale campului magnetic extern, ci formeaza un unghi cu aceasta
=arcos
Orientare antiparalela Orientare
paralela
Trecerea dintr-o pozitie mai saraca in energie (orientare paralela) in una mai bogata energetic se face prin aborbtia unei cuante de radiatie electromagnetica daca energia acesteia corespunde cu diferenta de energie intre cele 2 nivele. Frecventa acestor cuante cu care se face precesia Larmor in campul magnetic respectiv (frecventa de rezonanta). Pentru un camp magnetic uzual (H=10 000 Oersted) frecventa este de ordinul 3*1010 Hz deci din domeniul microundelor.
Populararea celor 2 nivele este data de distributia Boltzman
Nantiparalel/Nparalel= eΔE/kT
k= constanta Boltzman iar ΔE= hn (diferenta de energie dintre nivele)
Pentru obtinerea tranzitiilor trebuie sa se realizeze potrivirea intre frecventa radiatilor electromagentice si intensitatea campului magnetic exterior H, Cum acesta din urma poate varia foarte usor majoritatea aparatelor RES folosesc un generator de microunde cu frecventa fixa - clistron reflex- si se variaza campul pana la obtinerea sau depasirea valorii critice cand apare rezonanta. Undele produse de generator sunt canalizate printr-o conducta catre cavitatea rezonanta unde se gaseste proba care, la randul lor, se gasesc intr-un camp magnetic constant si omogen produs de un electromagnet sau de un magnet permanent.
In momentul in care campul magnetic atinge valoarea critica daca in proba avem electroni necuplati acestia isi schimba orientarea din paralela in antiparalela absorbind astfel o parte din energia electromagnetica a clistronului si se inregistreaza o curba-semnal camp
Prin absorbtie rezulta un anumit spectru de absortie numit spectru RES ce da informatii despre numarul de centri paramagnetici avem in proba prin comparatia cu un spectru etalon.
Materialele biologice pot fi studiate prin metoda RES doar atunci cand contin radicali liberi cu electroni cu spin decompensat. Metda markerilor de spin este un din cele mai sensibile tehnici de investigatie, care permite obtinerea de informatii asupra conformatiei si dinamicii macromoleculare a biomoleculelor prin spectroscopia RES.
Un radical liber reprezinta o specie moleculara cu proprietati paramagnetice deoarece contine cel putin un electron cu spin decompensat, deci prezinta momente magnetice proprii. Ei au un rol fundamental in reactii de aditie, oxido-reducere, polimerizare, etc.
Cei mai folositi sunt markerii ce contin radicali liberi cu grupari nitroxilice(NO+)
Aplicatii ale markerilor de spin
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w aplicatii in studiul biopolimerilor elucidandu-se folosind spectroscopia
RES mecanismele de activitate si denaturare a enzimelor, modificarile produse in configuratia centrilor activi ai enzimei de catre diferiti liganzi.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w studiul si controlul cantitativ al diferitelor substante chimice intalnite
in lichidele biologice.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w studiul membranelor model si al membranelor naturale obtinundu-se
rezultate in studiul difuziunii lipidelor in menmbrane al mecanismelor de flip-flop.
Metoda prezinta avantaje evidente daca se ia in vedere simplitatea modului de lucru si a pretului moderat al aparaturii. In plus, probele se studiat au volume foarte mici- 10-30 mL, necesitând cantitati minime de lichide biologice. Un avantaj in plus este faptul ca pot fi studiate si probele opace, spre deosebire de spectroscopia optica.
Limitele metodei sunt date de perturbarea sistemelor biologice de gruparea paramagnetica incorporata sub forma markerului de spin.
Noi posibilitati de cercetare sunt descrise de tehnica RES de saturare aplicabila in studiul mobilitatii proteinelor membranare, mobilitate care poate avea timpi de corelatie cuprinsi intre 10-7-10-3 s.
O aplicație moderna o reprezintă terapia prin rezonanta cu microunde care reprezintă o sinteza intre vechea intelepciune chinezeasca(acupunctura) si noile descoperiri in biofizica. Prin aplicarea unor impulsuri de frecventa înalta(52-78 GHz) in punctele de acupunctura se obțin rezultate remarcabile in chirurgie, ortopedie, probleme cardiovasculare, urologie, ginecologie.
Aceasta metoda este contraindicata in apendicita, la femeile gravide si cele la ciclu.
Fig
4 Model de joncțiune gap intre
celule
Aceasta metoda actioneaza la nivel celular refăcând joncțiunile gap in transportul de metaboliți mici si de mesageri secunzi intre celule non-excitabile si ioni mici(de Ca2++, Na+) la nivelul celulelor excitabile.
|
Fig 5 Schema a generatorului de microunde in MW POROG-3 utilizat in terapia prin rezonanta |
Aceasta metoda care a avut un succes enorm la început a fost apoi combătuta de specialiști datorita riscurilor pe care le implica
§ 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w datorita energiei mari pe care o au microunde acestea provoacă
efecte termice brutale la nivelul pielii ducând la rupturi ale țesutului lipidic subcutanat
§ 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w senzații de voma, dureri de cap, senzații de căldura din
interiorul organismului, modificări ale EKG, EEG, tensiunii arteriale, etc.
O alta aplicație de ultima ora o reprezintă terapia microunde-protoni care da posibilitatea influentarii albuminelor serice cu ajutorul combinării efectelor microundelor si protonilor. Aceste efecte pot si sincrone dar si combinate
Terapia cu protoni folosește accelerarea acestora sub un câmp electric de 12 pana la 250 MeV in funcție de adâncimea tumorii. Spre exemplu la o accelerare la 75 Mev adâncimea de pătrundere este de aproximativ 0,2 cm. Prin combinarea cu terapia prin microunde se pot obține rezultate spectaculoase mai ales in cazul unor afecțiuni ale tiroidei când, experimental, s-a observat micsorari pana la dispariție a celulelor canceroase. Este posibila de asemenea sa se introducă sau sa se scoată din celule diferiți ioni care in mod normali nu trec prin membrana cu ajutorul microundelor si bombardare cu protoni.
Din păcate aceasta metoda este extrem de costisitoare necesitând aparate speciale care sa permită o modulare foarte precisa a accelerării protonilor si masuri sporite de protecție a personalului specializat. Cu toate acestea aceasta metoda inca experimentala ar putea duce la distrugerea tumorilor fara a mai fi nesesara chemoterapia.
Acestea au fost observate inca de la introducerea la scara larga a aparatelor ce utilizează microunde.
Unul dintre ce mai curioase fenomene a fost observat de către tehnicienii RADAR in cel de-al doilea război mondial când au fost sesizate senzații auditive la subiecții supuși la impulsuri de joasa frecventa.
O serie de cercetări au fost direcționate intelegerii riscurilor ce decurg din expunerea omului la câmpuri de microunde la nivele atermice de densitate de putere.
Se considera ca o radiație electromagnetica este de un nivel scăzut de densitate de putere când provoacă o creștere de temperatura indusa mai mica de 0.10C.Evident ca nu se poate trasa o limita de demarcație din punct de vedere al densitatii de putere dar in practica ca la 10mW/cm2 predomina efectele atermice. Pe măsura ce creste densitatea cresc si efectele termice iar la peste 200mW/cm2 predomina efectele termice
Primele experiențe efectuate pe animale au fost in 1943 de către Daily ofițer in US Air Force dar el a observat doar efectele la nivel interstițial si nu la nivel tisular sau celular. Cercetările ulterioare au demonstrat ca iradierile cu microunde produc cataracta si alte deteriorări la nivelul țesutului ocular la iepuri sau degenerarea testiculelor la șoareci.
In urma experiențelor efectuate de Olendorf in 1954 asupra SNC s-a observat ca se poate obține coagularea necrozanta a sângelui in creier de iepure expus la radiații cu frecventa de 2.45 Ghz.
Acest experiment a dus la oprirea folosirii acestei frecvente in domeniul medical. Oprirea utilitarii acestei frecvente s-a datorat si altor inconveniente majore:
o 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w încălzire excesiva a straturi lipidice de la nivel subcutanat
datorita producerii de unde staționare
o 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w adâncimea de pătrundere electromagnetica in masa musculara
era redusa.
o 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w controlul distribuției de energie in țesuturile pacientului era
nesatisfăcătoare datorita variației de dielectrici din țesuturile umane
Din aceste motive din 1954 se utilizează in practica medicala frecventa de 915 Mhz.
Cercetările US Air Force au demonstrat ca o expunere suficient de îndelungata la un nivel de putere ridicat duce in cele din urma la prabusirea sistemului de reglare termica a organismului si la moartea organismului.
Din păcate, pe lângă aplicațiile benefice ale microundelor in domeniul medical si cel comercial apar si cercetări pentru realizarea unor arme neconvenționale bazate pe distrugerea sau afectarea prin iradiere a organelor interne cum ar fi inima, creierul sau alte parți ale Sistemului Nervos.
Alte cercetări malefice sunt cele pentru creare de arme pentru controlul de la distanta al mintii umane. S-a observat ca prin aplicarea de impulsuri de joasa frecventa s-a putut manipula răspunsul unui subiect la anumite cerințe.
Aceste arme pot fi foarte utile deoarece microundele trec prin craniu iar cum in prezent cam întreg globul e împânzit de relee de comunicație ce se bazează pe impulsuri de microunde e ușor de realizat un control al reacție maselor. Unele zvonuri spun ca influențarea in masa prin microunde a fost folosita si in timpul Revoluției din 1989 dar nu au fost confirmate. Ceea ce se cunoaște pana la acest moment este ca poate fi influențat cu ajutorul microundelor comportamentul uman. Experimentele hitleriste au arătat ca expunerea la unde de frecvente joase duce la oboseala, tulburări neurologice: subiectul este incapabil de a mai gândi coerent si in extremis poate duce la paraliziei
Microundele pot influenta transferul intre memoria de scurta durata si cea de lunga durata astfel ca procesele corticale pot fi astfel influențate. Un studiu american din anii '70 arata ca unele culte ce așteptau venirea OZN-urilor foloseau microundele pentru a planta amintirea unei false răpiri de către extraterestri.
MI5-ul englez se presupune ca avea un computer capabil de telekineza sintetica(fenomenul de telekineza produs prin modularea microundelor)
Acesta problema a fost obiectul multor discuții tratative si rezoluții dar se pare ca in ultima perioada se înregistrează o creștere a numărului de arme neconvenționale mai ales in Orientul Apropiat.
Efectele microundelor asupra diferitelor parti din corpul uman
Efectele microundelor asupra sângelui:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w creșterea transportului de Na+ in momentul fazei de tranziție
structurala de faza a membranei eritocitului. Acest fenomen are o temperatura critica de aprox.17-19.50C
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w scăderea legării de proteine la suprafața eritrocitului si e
limfocitelor ce are ca efecte scăderea capacitatii de apărare împotriva agenților virali.
Microundele au efecte si asupra Sistemului Nervos cauzând oboseala scădere a capacitatii de concentrare, epuizare fizica si psihica. Au efecte si asupra barierei hemato-encefalice ducând la creșterea permeabilitatii acestea pentru agenți nocivi rezultând edeme cerebrale, presiune intracraniana crescuta si in extremis afectarea ireversibila a activitatii creierului
La nivelul ochiului duc la creșterea temperaturii intraoculare ce are ca efect creșterea presiunii intraoculare, cataracta sau lezarea capilarelor oculare.
Asupra aparatului auditiv se pare ca nu sunt efecte majore ci doar apariția unor senzații auditive.
Alte efecte: scăderea hematopoiezei, a numărului de hematii, de leucocite, încetinirea metabolismului, etc.
Iradierea unei entitati biologice cu microunde duce in cele din urma la modificarea stării naturale a acesteia. In rândul comunitatii stiintifice exista controverse considerabile cu privire la existenta efectelor atermice ale microundelor insa rezultatele experimentale sugerează insa existenta unor efecte atermice ce produc modificări la nivel de membrane celulare.
Comportamentul membranelor s-a observat ca nu este liniar in timp si arbitrar din diverse motive
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w microundele modulate prin impulsuri produc efecte mai mari
decât cele induse prin câmp armonic deși, in medie, au aceleași densitati de putere.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w modificarea fiziologica in timp a structurii si compoziție
membranelor.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n (MHz) |
|
Eritrocite tratate la ultrasunete |
|
Fig6 Variația constantei de permitivitate electrica si a permeabilitatii in funcție de frecventa microundelor |
bulele albe-puncte instabile iar bulele negre puncte stabile
Telefonia celulara si efectele asupra organismului uman
Telefonia celulara apare ca urmare a dezvoltării stiintei contemporane si a nevoii tot mai acute de comunicare si de informare cat mai rapida. Ea este cunoscuta sub numele de GSM(General System Mobile). Un sistem asemănător era folosit de mai multa vreme de către politie echipajele de salvare si de taximetriști. In prezent frecventele cu care se lucrează se afla intre 800-950 MHz urmând ca in viitor sa se introducă si domeniile 1,8-2,2 GHz folosit in prezent doar de tehnologia CDMA introdusa de curând de serviciul Zapp! si in România.
Acest sistem de telefonie prezintă anumite particularitati ce impun luarea in considerare a posibilitatii ca mobilele sa influențeze procesele biologice ce se desfasoara in mod normal in creierul uman.
Particularitati:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w prin modul sau de construcție telefonul celular reprezintă o
sursa de emisie de câmp electromagnetic in imediata vecinătate a cutiei craniene.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w frecventa utilizata are lungimi de unda comparabile cu
dimensiunile cutiei craniene. Spre exemplu: la o frecventa de 420 MHz datorita permitivitatii relative a masei cerebrale er=50 avem o lungime de unda de aproximativ 4,2 cm comparabila cu raza unui craniu uman mediu.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w Potențialele de emisie sunt relativ ridicate de aproximativ 0,6W.
Datorita proximitatii capului(cativa cm) datorita reflexiilor ce apar la suprafața craniului si atenuările produse de masa cerebrala câmpurile elecromagnetice ce pătrund in cutia craniana produc curenți induși de același ordin cu cei biologici.
Din aceste motive am considerat acest capitol separat de celelalte
efecte biologice ale microundelor si pentru ca acest domeniu al telefoniei mobile este de mare actualitate.
Principiul telefoniei celulare
Fiecare zona geografica este impartita in mai multe areale numite "celule". Fiecare celula este dotata cu o stație de baza ce conține un tranceiver de unde electromagnetice si un bogat echipament de calcul si comanda. Ansamblul celulelor la nivel teritorial sau chiar global formează rețeaua de comunicații.
Când se face apel de la un telefon mobil semnalul ajunge la stația de baza a celulei in care se afla persoana care apelează. Stația răspunde apelului alocând un canal pentru convorbire. Prin sistemul de calcul din dotare stația retransmite semnalul către telefonul apelat. Daca acesta nu se afla in arealul celulei semnalul este transmis unei alte stații din vecinătate si tot așa pana când ajunge la stația in care se afla telefonul mobil apelat. Exista de asemenea si posibilitatea conectării la sistemul clasic de telefonie prin fir.
Dimensiunea "geografica" a unei celule depinde de densitatea de canale de comunicații. In cazul unei zone urbane arealul poate fi foarte mic ( câteva fracțiuni de km2) iar in cazul unei zone rurale poate ajunge pana la câteva sute de km2. Acest fapt este foarte important din punct de vedere al expunerii la radiații al persoanelor ce folosesc mobilele deoarece cu cat este mai depărtat de telefonul celular de stație cu atât este mai mare puterea necesara comunicării deci persoanele se afla intr-o celula extinsa teritorial sunt mai expuse iradierii decât cele aflata intr-o celula mai mica, iar daca persoana se afla la marginea unei celule extinsa teritorial exista pericolul ca nivelele de putere sa crească peste limitele standard admise.
Fiecare celula are un număr variabil de canale de comunicație, folosirea lor optima este dictata de limitarea interferentelor. Ca urmare, celularele sunt astfel concepute încât puterea lor de emisie sa scadă pana la unu nivel la care inca se mai poate comunica cu stația de baza. Acest nivel este definit de către fiecare sistem GSM, nivelul maxim fiind fixat la 0,6W care reduce intr-adevăr interferentele si riscurile de expunere la microunde dar necesita mai multe celule pentru acoperirea aceluiași areal geografic.
Existenta obiectelor si apariția efectului Doppler ce împiedica deplasarea lineara a undei dinspre celular spre baza duce la mărirea puterii de emisie dar niciodată aceasta putere nu va creste peste 0.6W.
Nivelul expunerii variază in funcție de individ, de numărul si durata convorbirilor, de localizarea topografica a telefonului in raport cu stația de densitatea traficului de comunicații si alți diverși factori. In prezent se are in vedere introducerea modularii digitale si a frecventelor de 1,8-2,2 GHz ce vor duce la scăderea nivelelor medii de putere de emisie.
Expunerea variază si de preferințele individuale in ceea ce privește folosirea celularului. Obisnuinta de-al purta exclusiv pe dreapta sau pe stânga va afecta mai mult acea parte. Unele accesorii cum ar fi ochelarii cu rame metalice, implanturi metalice, unele bijuterii pot accentua efectele undelor emise de telefon dar acest fapt nu a fost investigat pana in prezent.
Stațiile de baza sunt instalate de regula in locuri înalte(piloni, clădiri înalte, dealuri) iar radiația este îndreptata către linia orizontului. Densitatea de putere scade cu pătratul distantei de la antena astfel încât la nivelul solului densitatile de putere sunt relativ mici. In interiorul clădirilor densitatile de putere pot fi de 10 pana la 100 de ori mai mici decât in exterior in funcție de materialele de construcție. Se considera ca pentru lemn si beton avem un factor de atenuare f=10.
Problema calculării configurației de câmp magnetic indus in interiorul unui craniu de către un mobil trebuie sa ia in considerare o serie de elemente:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w relația intre dimensiunile craniului(cap de copil-cap de adult) si
frecventa.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w particularitatile geometrice ale craniului si dielecricii
componenți (piele, os, materie cerebrala).
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w geometria antenei de emisie a celularului: dipol, monopol,
bucla, etc.
Parametrul fundamental pentru a cuantifica puterea de absorbție este rata specifica de absorbție (SAR) pe unitatea de țesut. Aceasta poate fi dedusa prin folosirea de modele de cap uman.
S-a observat ca SAR a țesuturilor interne este mai ridicata la copil decât la adult
Dp
22222s186w
22222s186w
8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8
Fig
9 Absorbția de putere a microundelor intr-un model de cap uman(sfera
omogena)
22222s186w
In urma acestor studii s-a observat ca maximele de absorbție apar in cazul unor modele de craniu cu diametrul mic<10 cm ceea ce poate fi un factor de atenționare cu privire la folosirea telefoanelor mobile de către copii dar si efectele pe care le au microundelor asupra animalelor cu un craniu mai mic decât cel uman.
|
Fig 10 Absorbția electromagnetica in modelul sferic al unui cap de copil |
Modele de celulare prezintă diferite forme de antene: cu bucla, bipolare, unipolare, plate, etc. Antenele monopolare sunt cele mai utilizate deoarece au anumite caracteristici convenabile si pentru simplitatea lor de construire.
antena bipolara
|
Fig 11 Absorbția puterii in funcție de profunzime pentru antenele mono si bipolara |
Un rol important îl are si construcția telefonului .Cele mai mari emisii de radiații se înregistrează la telefoanele ce au antena situata in afara carcasei telefonice si montata in lateral. Cele mai bune randamente dau antenele ce sunt înăuntrul carcasei așa numitele "telefoane cu antena incorporata". Aceasta denumire este improprie aceste telefoane având de fapt antena amplasata "in spate" iar corpul celularului atenuează si el o mica parte din puterea undei electromagnetice.
|
Antenei |
Pmana/Ptot |
hantenei |
SARcap/Ptot |
SARmana/Ptot |
SARmediu/Ptot |
|
|
Telefonul rotit cu 600 fata de poziția verticala |
||||||
|
Monopolara |
|
|
|
|
|
|
|
Plata montata lateral |
|
|
|
|
|
|
|
Plata montata in spate |
|
|
|
|
|
|
|
Monopolara |
|
|
|
|
|
|
|
Plata montata lateral |
|
|
|
|
|
|
|
Plata montata in spate |
|
|
|
|
|
|
Datele acumulate pana in momentul de fata arata ca acest subiect este pe departe de a fi epuizat. Este indubitabil faptul ca expunerea unei entitati biologice la un câmp de microunde are anumite efecte care pot fi termice, rapide si brutale si au un nivel de putere ridicat sau atermice care au efecte lente si insidioase de un nivel de putere scăzut.
Întrebarea la care nu s-a răspuns este daca efectele atermice au sau nu potențial patogen si daca da daca este sau nu ireversibil. Cercetările vor oferi fara îndoiala răspuns si la aceste probleme.
Bibliografie
1. Mihail Zamfirescu, Ioan Rusu- Efectele biologice ale radiatiilor electromagnetice
2. Marius Silaghi-Tehnologii cu microunde
3. Mihail Isac, Constantin Filipescu, Rodica Marin Isac- Biofizica de la Bing-Bang la Ecosisteme
(volumul I, pag. 110-125)
4. George Rulea- Tehnica microundelor
5. Florin Breabu -Bazele ingineriei microundelor
5. George Lojowsky-Microunde(note de curs)
Herbert Wiedemann. - Particle Accelerator Physics. Basic Principles and Linear Beam
Dynamics .
8. NEXUS Magazine, Volume 2, #25 (April-Mai '95)
www.sfms.org/whatsnew.htm
10. www.nexusmagazine.com/index.html
11. www.bugsweeps.com/index.html
12. www.microwavenews.com/1998toc.html
13. www.equilibra.uk.com/news.html
14. www.iasc-bg.org.yu/e-edu.htm#5
14.https://www.softlineweb.com/softlineweb/b..StasGw_a=11hn2a.19.doc.w&tocfrom=1.html
|
