UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI FARMACIA "GR. .T. POPA" IASI
FACULATEA DE MEDICINA GENERALA
CATEDRA DE BIOFIZICA MEDICALA
Efectele biologice ale microundelor
Student Alexandra Niþuleac
Grupa 4, Seria A
Anul I
In ultimii ani se constata o creºtere fara precedent a numãrului si diversitatii surselor de câmp electromagnetic folosite in scop industrial comercial sau medical. Printre aceste surse se numãra emitatoarele radio telefoanele mobile, instalaþii RADAR.
Scopul lor este de a ne face viata mai uºoara: mobilele usureaza comunicarea intre oameni si mãresc posibilitatea de alarmare a politiei, a pompierilor iar sistemele RADAR fac sa fie mai sigure traficul aerian, rutier si cel feroviar.
In acelaºi timp toate aceste tehnologii au adus si unele riscuri pentru sãnãtate, riscuri asociate cu utilizarea acestora. In aceasta lucrare am enunþat doar câteva dinte efectele pe care le au microundele asupra entitatilor biologice.
Microundele sunt unde electromagnetice unde frecventa nu este fixata exact dar se situeazã intr-o gama mergând de la aproximativ 300Mhz pana la 100GHz.
Proprietatile lor generale sunt caracteristice undelor electromagnetice fiind astfel descrise de ecuaþiile lui Maxwell facilitând astfel intervenþia mãrimilor caracteristice undelor electromagnetice:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w Intensitatea si inducþia câmpului electric :E si D
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w Intensitatea si inducþia magnetic :H si B
Microundele sunt absorbite de apa, albumine, proteine, alimente in general si de un numãr mare de diverse materiale. Absobtia lor duce la transformarea energiei electromagnetice in energie termica.
Spectrul frecventei este divizat in diferite benzi alocate in diverse utilizãri 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 încãlzirea se face prin disiparea puterii in interiorul materialului
Efectul asupra unui material depinde mult de proprietatile fizice din interiorul sau: un material ce are înãuntrul sau mari pierderi dielectrice se va încãlzi mai mult decât unul cu pierderi dielectrice mai mici.
Datorita acestor proprietati apa si in consecinþa produsele umede vor intra in prima categorie pentru ca sunt bune captatoare de energie.
Microundele intra in volumul materialului încãlzit direct in interiorul sau unde energia electromagnetica se transforma in energie termica. Localizarea sursei de cãldura nu e limitata doar la periferia materialului ci se afla in interiorul materialului.
Mecanismele de absorbþie a energie de cãtre 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 ecuaþiile lui Maxwell:
rotE = - B/ t divB=0
rotH = J + D/ t divD=0
E= intensitatea câmpului electric H= intensitatea câmpului magnetic
D= inducþia câmpului electric B= inducþia 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 prezintã dipoli electrici ce sunt orientaþi in direcþia câmpului electric aplicat denumit fenomen de rotaþie dipolara
Materialul se caracterizeazã 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 miºcarea dipolilor sa nu urmeze variaþia câmpului de excitaþie 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 defineºte un nou factor= Dp ce reprezintã distanta de la suprafaþa pana la adâncimea la care puterea scade cu e-1 din valoarea de la suprafaþa
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 pãtrundere este in funcþie de lungimea de unda fapt ce rezulta din alegerea l de lucru si eficacitatea tratãrii materialului cu microunde
Încãlzirea in câmp de microunde va face deci sa intervinã mãrimile fizice caracteristice materialului ce sunt presupuse a fi constante
Dar aceste valori variazã pentru diferite materiale si in funcþie de diferiþi parametri
|
e |
|
e¥ | 22222s186w |
|
Log n(Hz) |
|
|
Fig1 Variaþia permitivitatii electrice in funcþie de frecventa |
 |
|
Fig2 Variaþia coeficientului de dispersie in funcþie de frecventa |
aliajelor si condiþiile de operare fac sa iasã in evidenta delicateþea in care trebuie produse eºantioane pentru a pãstra aceleaºi mãrimi fizice de la o experienþa 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 penetraþiei 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 conducþie ionica ce provine de la sarcinile libere prezente
deoarece structura unui dielectric nu este niciodatã 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 situaþi in câmp constant avem doar pierderi prin conducþie electrica dar daca intensitatea variazã in timp si mai exact periodic avem si pierderi prin histerezis dielectric care sunt proporþionale cu frecventa. Acest fenomen are la baza post-efectul electric denumit impropriu si vâscozitate electrica.
Ca urmare daca intensitatea E(t) variazã 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 încãlzire a dielectricului in câmp electric:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w la frecvente mari din domeniul microundelor ce se bazeazã 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 conducþie electrica. In cazul încãlzirii 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 urmãrit deoarece exista mulþi factori care se interconditioneaza reciproc.
In cazul încãlzirii cu energie transmisa de o sursa de cãldura spre suprafaþa materialului prin conducþie conversie sau radiere energia termica transmisa e preluata de suprafaþa materialului si apoi spre interior prin conducþie.
Dimpotrivã in cazul microundelor energia e transmisa direct in volum unde se transforma in energie termica prin interactia cu substanþa. Pe acest procedeu se bazeazã 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 aplicaþie moderna o reprezintã terapia prin rezonanta cu microunde care reprezintã 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 obþin 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 joncþiune gap intre celule |
Aceasta metoda actioneaza la nivel celular refãcând joncþiunile gap in transportul de metaboliþi 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 combãtuta de specialiºti datorita riscurilor pe care le implica
§ 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w datorita energiei mari pe care o au microunde acestea provoacã
efecte termice brutale la nivelul pielii ducând la rupturi ale þesutului lipidic subcutanat
§ 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w senzaþii de voma, dureri de cap, senzaþii de cãldura din
interiorul organismului, modificãri ale EKG, EEG, tensiunii arteriale, etc.
O alta aplicaþie de ultima ora o reprezintã terapia microunde-protoni care da posibilitatea influentarii albuminelor serice cu ajutorul combinãrii efectelor microundelor si protonilor. Aceste efecte pot si sincrone dar si combinate
Terapia cu protoni foloseºte accelerarea acestora sub un câmp electric de 12 pana la 250 MeV in funcþie de adâncimea tumorii. Spre exemplu la o accelerare la 75 Mev adâncimea de pãtrundere este de aproximativ 0,2 cm. Prin combinarea cu terapia prin microunde se pot obþine rezultate spectaculoase mai ales in cazul unor afecþiuni ale tiroidei când, experimental, s-a observat micsorari pana la dispariþie a celulelor canceroase. Este posibila de asemenea sa se introducã sau sa se scoatã din celule diferiþi ioni care in mod normali nu trec prin membrana cu ajutorul microundelor si bombardare cu protoni.
Din pãcate aceasta metoda este extrem de costisitoare necesitând aparate speciale care sa permitã o modulare foarte precisa a accelerãrii protonilor si masuri sporite de protecþie 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 utilizeazã microunde.
Unul dintre ce mai curioase fenomene a fost observat de cãtre tehnicienii RADAR in cel de-al doilea rãzboi mondial când au fost sesizate senzaþii auditive la subiecþii supuºi la impulsuri de joasa frecventa.
O serie de cercetãri au fost direcþionate intelegerii riscurilor ce decurg din expunerea omului la câmpuri de microunde la nivele atermice de densitate de putere.
Se considera ca o radiaþie electromagnetica este de un nivel scãzut de densitate de putere când provoacã o creºtere de temperatura indusa mai mica de 0.10C.Evident ca nu se poate trasa o limita de demarcaþie din punct de vedere al densitatii de putere dar in practica ca la 10mW/cm2 predomina efectele atermice. Pe mãsura ce creste densitatea cresc si efectele termice iar la peste 200mW/cm2 predomina efectele termice
Primele experienþe efectuate pe animale au fost in 1943 de cãtre Daily ofiþer in US Air Force dar el a observat doar efectele la nivel interstiþial si nu la nivel tisular sau celular. Cercetãrile ulterioare au demonstrat ca iradierile cu microunde produc cataracta si alte deteriorãri la nivelul þesutului ocular la iepuri sau degenerarea testiculelor la ºoareci.
In urma experienþelor efectuate de Olendorf in 1954 asupra SNC s-a observat ca se poate obþine coagularea necrozanta a sângelui in creier de iepure expus la radiaþii 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 încãlzire excesiva a straturi lipidice de la nivel subcutanat
datorita producerii de unde staþionare
o 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w adâncimea de pãtrundere electromagnetica in masa musculara
era redusa.
o 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w controlul distribuþiei de energie in þesuturile pacientului era
nesatisfãcãtoare datorita variaþiei de dielectrici din þesuturile umane
Din aceste motive din 1954 se utilizeazã in practica medicala frecventa de 915 Mhz.
Cercetãrile 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 pãcate, pe lângã aplicaþiile benefice ale microundelor in domeniul medical si cel comercial apar si cercetãri pentru realizarea unor arme neconvenþionale bazate pe distrugerea sau afectarea prin iradiere a organelor interne cum ar fi inima, creierul sau alte parþi ale Sistemului Nervos.
Alte cercetãri 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 rãspunsul unui subiect la anumite cerinþe.
Aceste arme pot fi foarte utile deoarece microundele trec prin craniu iar cum in prezent cam întreg globul e împânzit de relee de comunicaþie ce se bazeazã pe impulsuri de microunde e uºor de realizat un control al reacþie maselor. Unele zvonuri spun ca influenþarea in masa prin microunde a fost folosita si in timpul Revoluþiei din 1989 dar nu au fost confirmate. Ceea ce se cunoaºte pana la acest moment este ca poate fi influenþat cu ajutorul microundelor comportamentul uman. Experimentele hitleriste au arãtat ca expunerea la unde de frecvente joase duce la oboseala, tulburãri 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 influenþate. Un studiu american din anii '70 arata ca unele culte ce aºteptau venirea OZN-urilor foloseau microundele pentru a planta amintirea unei false rãpiri de cãtre 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 discuþii tratative si rezoluþii dar se pare ca in ultima perioada se înregistreazã o creºtere a numãrului de arme neconvenþionale mai ales in Orientul Apropiat.
Efectele microundelor asupra diferitelor parti din corpul uman
Efectele microundelor asupra sângelui:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w creºterea transportului de Na+ in momentul fazei de tranziþie
structurala de faza a membranei eritocitului. Acest fenomen are o temperatura critica de aprox.17-19.50C
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w scãderea legãrii de proteine la suprafaþa eritrocitului si e
limfocitelor ce are ca efecte scãderea capacitatii de apãrare împotriva agenþilor virali.
Microundele au efecte si asupra Sistemului Nervos cauzând oboseala scãdere a capacitatii de concentrare, epuizare fizica si psihica. Au efecte si asupra barierei hemato-encefalice ducând la creºterea permeabilitatii acestea pentru agenþi nocivi rezultând edeme cerebrale, presiune intracraniana crescuta si in extremis afectarea ireversibila a activitatii creierului
La nivelul ochiului duc la creºterea temperaturii intraoculare ce are ca efect creºterea presiunii intraoculare, cataracta sau lezarea capilarelor oculare.
Asupra aparatului auditiv se pare ca nu sunt efecte majore ci doar apariþia unor senzaþii auditive.
Alte efecte: scãderea hematopoiezei, a numãrului de hematii, de leucocite, încetinirea metabolismului, etc.
Iradierea unei entitati biologice cu microunde duce in cele din urma la modificarea stãrii naturale a acesteia. In rândul comunitatii stiintifice exista controverse considerabile cu privire la existenta efectelor atermice ale microundelor insa rezultatele experimentale sugereazã insa existenta unor efecte atermice ce produc modificãri 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 deºi, in medie, au aceleaºi densitati de putere.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w modificarea fiziologica in timp a structurii si compoziþie
membranelor.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n (MHz) |
|
Eritrocite tratate la ultrasunete |
|
Fig6 Variaþia constantei de permitivitate electrica si a permeabilitatii in funcþie 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 dezvoltãrii 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 asemãnãtor era folosit de mai multa vreme de cãtre politie echipajele de salvare si de taximetriºti. In prezent frecventele cu care se lucreazã se afla intre 800-950 MHz urmând ca in viitor sa se introducã 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 prezintã anumite particularitati ce impun luarea in considerare a posibilitatii ca mobilele sa influenþeze procesele biologice ce se desfasoara in mod normal in creierul uman.
Particularitati:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w prin modul sau de construcþie telefonul celular reprezintã o
sursa de emisie de câmp electromagnetic in imediata vecinãtate 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 Potenþialele de emisie sunt relativ ridicate de aproximativ 0,6W.
Datorita proximitatii capului(cativa cm) datorita reflexiilor ce apar la suprafaþa craniului si atenuãrile produse de masa cerebrala câmpurile elecromagnetice ce pãtrund in cutia craniana produc curenþi induºi de acelaºi 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 staþie de baza ce conþine un tranceiver de unde electromagnetice si un bogat echipament de calcul si comanda. Ansamblul celulelor la nivel teritorial sau chiar global formeazã reþeaua de comunicaþii.
Când se face apel de la un telefon mobil semnalul ajunge la staþia de baza a celulei in care se afla persoana care apeleazã. Staþia rãspunde apelului alocând un canal pentru convorbire. Prin sistemul de calcul din dotare staþia retransmite semnalul cãtre telefonul apelat. Daca acesta nu se afla in arealul celulei semnalul este transmis unei alte staþii din vecinãtate si tot aºa pana când ajunge la staþia in care se afla telefonul mobil apelat. Exista de asemenea si posibilitatea conectãrii la sistemul clasic de telefonie prin fir.
Dimensiunea "geografica" a unei celule depinde de densitatea de canale de comunicaþii. In cazul unei zone urbane arealul poate fi foarte mic ( câteva fracþiuni 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 radiaþii al persoanelor ce folosesc mobilele deoarece cu cat este mai depãrtat de telefonul celular de staþie cu atât este mai mare puterea necesara comunicãrii 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 creascã peste limitele standard admise.
Fiecare celula are un numãr variabil de canale de comunicaþie, folosirea lor optima este dictata de limitarea interferentelor. Ca urmare, celularele sunt astfel concepute încât puterea lor de emisie sa scadã pana la unu nivel la care inca se mai poate comunica cu staþia de baza. Acest nivel este definit de cãtre fiecare sistem GSM, nivelul maxim fiind fixat la 0,6W care reduce intr-adevãr interferentele si riscurile de expunere la microunde dar necesita mai multe celule pentru acoperirea aceluiaºi areal geografic.
Existenta obiectelor si apariþia efectului Doppler ce împiedica deplasarea lineara a undei dinspre celular spre baza duce la mãrirea puterii de emisie dar niciodatã aceasta putere nu va creste peste 0.6W.
Nivelul expunerii variazã in funcþie de individ, de numãrul si durata convorbirilor, de localizarea topografica a telefonului in raport cu staþia de densitatea traficului de comunicaþii si alþi diverºi factori. In prezent se are in vedere introducerea modularii digitale si a frecventelor de 1,8-2,2 GHz ce vor duce la scãderea nivelelor medii de putere de emisie.
Expunerea variazã si de preferinþele individuale in ceea ce priveºte 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.
Staþiile de baza sunt instalate de regula in locuri înalte(piloni, clãdiri înalte, dealuri) iar radiaþia este îndreptata cãtre linia orizontului. Densitatea de putere scade cu pãtratul distantei de la antena astfel încât la nivelul solului densitatile de putere sunt relativ mici. In interiorul clãdirilor densitatile de putere pot fi de 10 pana la 100 de ori mai mici decât in exterior in funcþie de materialele de construcþie. Se considera ca pentru lemn si beton avem un factor de atenuare f=10.
Problema calculãrii configuraþiei de câmp magnetic indus in interiorul unui craniu de cãtre un mobil trebuie sa ia in considerare o serie de elemente:
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w relaþia intre dimensiunile craniului(cap de copil-cap de adult) si
frecventa.
· 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w 22222s186w particularitatile geometrice ale craniului si dielecricii
componenþi (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 absorbþie este rata specifica de absorbþie (SAR) pe unitatea de þesut. Aceasta poate fi dedusa prin folosirea de modele de cap uman.
S-a observat ca SAR a þesuturilor interne este mai ridicata la copil decât la adult
 |
||||
|
||||
| 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 | ||||
 |
||||
|
||||
In urma acestor studii s-a observat ca maximele de absorbþie apar in cazul unor modele de craniu cu diametrul mic<10 cm ceea ce poate fi un factor de atenþionare cu privire la folosirea telefoanelor mobile de cãtre copii dar si efectele pe care le au microundelor asupra animalelor cu un craniu mai mic decât cel uman.
|
Fig 10 Absorbþia electromagnetica in modelul sferic al unui cap de copil |
Modele de celulare prezintã 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 Absorbþia puterii in funcþie de profunzime pentru antenele mono si bipolara |
Un rol important îl are si construcþia telefonului .Cele mai mari emisii de radiaþii se înregistreazã la telefoanele ce au antena situata in afara carcasei telefonice si montata in lateral. Cele mai bune randamente dau antenele ce sunt înãuntrul carcasei aºa numitele "telefoane cu antena incorporata". Aceasta denumire este improprie aceste telefoane având de fapt antena amplasata "in spate" iar corpul celularului atenueazã 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 poziþia 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 scãzut.
Întrebarea la care nu s-a rãspuns este daca efectele atermice au sau nu potenþial patogen si daca da daca este sau nu ireversibil. Cercetãrile vor oferi fara îndoiala rãspuns 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
|
