Bokstavleg tala har vi i kjølvatnet av MTB KVIKK, fått ny fokusering på problemområdet helseskader av elektromagnetisk stråling. Som ei innleiing til ein fagleg debatt om emnet, følgjer her ein artikkel
Forurensning av vårt elektromagnetiske miljø?
(Av Førstelektor Leif Fausa, Sjøkrigsskolen)
Innledning.
Bakgrunn.
Strålingsintensitet.
Absorpsjon av elektromagnetisk stråling.
Innledning.
Vi har et naturlig elektromagnetisk miljø med stråling fra sola, fra verdensrommet, fra atmosfæren og termisk stråling fra de nære omgivelsene. I vår elektroniske hverdag har vi nå i tillegg et betydelig innslag av stråling fra andre kilder.

Elektromagnetismen gir oss et verktøy til å beregne feltstyrker og virkningen av disse på elektronisk utstyr. Å beregne virkningen på levende organismer er et helt annet problem. Vi kan f.eks. regne ut at en mobiltelefon kan gi feilfunksjon på medisinsk utstyr som står noen meter fra antennen. Det er da også forbudt å bruke mobiltelefoner på sykehus. Men det er lov å holde den samme antennen 2 cm fra hodet !

Forurensningen av vårt kjemiske miljø har lært oss ei lekse om sammenhengen mellom manglende kunnskap og fatale feilgrep. Er det mulig at vi må gjennom samme prosessen når det gjelder vårt elektromagnetiske miljø ?

Jeg håper at ekspertene på ikke-ioniserende elektromagnetisk stråling kan komme på banen og gi oss noen svar om hva de vet om virkningen på levende organismer.

Et annet spørsmål er om vi som fysikklærere har et ansvar her ovenfor våre elever. Hva skal vi fortelle dem ?

Bakgrunn.

De fleste av oss ferdes til daglig i et kunstig elektromagnetisk miljø som vi ikke tenker så mye over (det er helt «usynlig»). Alle strømførende ledninger , elektrisk og elektronisk utstyr omgir seg med elektromagnetiske felt med ulike frekvenser og styrker. Eksempler er høyspentlinjer, strømnettet hjemme og på arbeidsplassen, radiosendere og radarer, varmekabler i gulv og tak, komfyrer og datamaskiner, mikrobølgeovner og mobiltelefoner. De to siste eksemplene fortjener litt omtale. Mikrobølgeovnen har høy effekt (ca 500 W) og lager til dels meget kraftige felt med høy energitetthet, men strålingen er stort sett innestengd i en metallboks. Mobiltelefonen har lav effekt (størrelsesorden 1 watt), men denne strålingen kan ikke skjermes hvis vi ønsker å bruke telefonen. Vi vet veldig lite om hvordan det elektromagnetiske miljøet virker på oss, men vi håper og tror at virkningen er harmløs.

Som eksempel på en arbeidsplass med et tøft elektromagnetisk miljø kan vi trekke fram et marinefartøy, illustrert i fig.1. Over dekk er plassert en rekke senderantenner for navigasjon (radar), kommunikasjon (radio,radar), overvåking (radar) og målfølging (radar, laser). Strålingen fra slike antenner kan være så intens at personell ikke har adgang til antennenes nærområde under sending.

Fig.1. Stråling fra antenner på marinefartøy.

I den senere tid har både presse og kringkasting satt søkelyset på det elektromagnetiske miljøet vi befinner oss i, og stilt spørsmål om mulige skadevirkninger. Det mest aktuelle er Kvikk-saken i Sjøforsvaret, der mange barn av offiserer som har tjenestegjort på Kvikk er født med misdannelser. Kvikk hadde en kraftig radiosender ( 1 kilowatt) som var i bruk store deler av døgnet, og det er derfor blitt stilt spørsmål om en eventuell årsaks-sammenheng mellom elektromagnetisk stråling og misdannelser på barn. Den første rapporten konkluderer med at der ikke er noen sammenheng, men denne saken går videre.

Etter hvert har det også kommet en del rapporter om uheldige virkninger av bruk av mobiltelefoner.

Vi som sysler med fysikk liker å gjøre beregninger, slik at vi kan legge fram verdier. Beregninger av elektromagnetiske felt kan være meget vanskelig, men i noen situasjoner kan enkle modeller gi brukbare resultater. Stråling fra antenner kan beregnes ved et enkelt formelapparat. Nedenfor presenteres en modell for slike beregninger, samt litt om absorpsjon av stråling. Nivået er forsøkt tilpasset 2Fy/3Fy.

Strålingsintensitet.

1) Fjernområdet (avstand minst noen bølgelengder fra strålingskilden).

Intensiteten i strålingen kalles også effekt-tetthet, P ( fysikkbøkene bruker utstrålingstetthet U). Den er definert som effekt per flate (W/m²) når strålingen faller vinkelrett inn mot flaten. Dersom vi har en kilde (sender) som er en rundstråler (tilnærmet punktformet kilde), blir intensiteten

hvor P_send er kildens utstrålte effekt målt i watt.

Er avstanden til kilden mer enn noen bølgelengder, kan planbølgemodellen brukes.

Fig.2. Elektromagnetisk planbølge.

Sammenhengen mellom det elektriske feltet E og intensiteten P for en planbølge er:

E er effektivverdien av det elektriske feltet
for sinusbølge.
Kombinerer vi de to ligningene, får vi

Talleksempel: E-feltet 2.0 m fra en mobiltelefon med en utstrålt effekt på 1.0 W er 2.7 V/m. Magnetfeltet beregnes ut fra formlene
     der

For å få mer nøyaktige beregninger må vi ta hensyn til at strålingsintensiteten ikke er lik i alle retninger ut fra kilden. Dette har stor betydning for antenner som stråler som ei lommelykt (radar-antenne), men betyr lite for antenner som ser ut som en pisk. 

2) Nærområdet (avstand fra kilden opp til ca en bølgelengde).

Vi ser av formelen for E at i fjernområdet er avstandsavhengigheten 1/r. Dette gjelder ikke nærområdet der avstandshengigheten kan være både 1/r² og 1/r³ . Kort fortalt betyr dette at helt inne ved antennen er en energitetthet som er mye større enn det en kan lese ut av verdien for utstrålt effekt. Dette kan kort forklares slik: I en elektromagnetisk bølge er E og H induserte felt. Bølgen fortsetter ut i rommet selv om kilden slåes av, og E og H «skapes» gjensidig etter induksjonsprinsippet. Nær antennen har vi i tillegg det som kan kalles kildefelter. Strømmen i antennen danner et magnetfelt, og ladningsfordelingen langs antennen (spenningen) danner et elektrisk ladningsfelt (Coulombfelt). Disse kildefeltene har kort rekkevidde (1/r² og 1/r³), og finnes bare like ved antennen. Energien de representerer pendler mellom antennen og rommet rundt antennen (sammenlign oppladning og utladning av en kondensator; reaktive energier). Kildefeltene induserer de feltene som er den egentlige strålingen, dvs den elektromagnetiske bølgen som brer seg ut i rommet.

For beregninger i nærfeltet, se f.eks: Edward Jordan/Keith Balmain: Electromagnetic Waves and Radiating Systems.

Absorpsjon av elektromagnetisk stråling.

 Referanse: Statens Strålevern.

Ved frekvenser over 100 kHz er mange biologiske effekter termiske (dvs oppvarming ) og skyldes energiabsorpsjon i vev.

Dosimetrisk størrelse: SAR (Spesifikk absorpsjonsrate)

SAR gir hastigheten energien avsettes per kg masse. Enhet: W/kg 

Samenhengen mellom SAR og elektrisk feltstyrke er:

Her er:
E_i : Elektrisk feltstyrke inne i vevet
s: Vevets ledningsevne
r: Vevets tetthet
Vi forutsetter at vevets spesifikke varmekapasitet c er kjent:

Setter vi Q = SAR t får vi

Her er:

DT: temperaturøkning i vevet
t: eksponeringstiden  

For å komme i gang med slike beregninger må det først gjøres antagelser om verdien på de parametrene som er innført. Målinger viser at absorpsjonen er frekvensavhengig. Det kan gies en tommelfingerregel som fungerer bra: Strålingen absorberes best når bølgelengden er av samme størrelsesorden som lengden av den gjenstanden som absorberes strålingen, men det er ingen skarp resonnans. En voksen mann absorberer best (helkroppsabsorpsjon) stråling med en frekvens rundt 70 MHz (forutsatt at det elektriske feltet ligger i mannes lengderetning), mens en mus absorberer best rundt 2450 MHz.

Friske personer kan tole en helkropps temperaturøkning på 1 ^oC som svarer til en SAR verdi i området 1-4 W/kg. Dyreforsøk viser adferdsendring ved SAR verdier over 4 W/kg.

IRPA (International Radiation Protection Association) har anbefalinger for eksponering for radiofrekvente felt. De gir følgende grenseverdier:

For yrkeseksponerte:

SAR, helkropp                      < 0.4 W/kg

SAR, ekstremiteter             < 2 W/0.1kg

SAR, resten av kroppen       < 1 W/0.1kg

For befolkningen generelt:

SAR, helkropp                     < 0.08 W/kg

Alle verdien er midlet over en vilkårlig 6 minutters periode.

Unntak er utstyr som sender med effekt < 7 W. 

Det naturlig spørsmålet er da hvor sterk stråling som gir disse SAR-verdiene. Det er utarbeidet grenseverdier som er frekvensavhengige, men tommelfingerregelen er at intensiteten er av størrelsesorden 100 W/m², som tilsvarer en elektrisk feltstyrke på ca 200 V/m.

Det må presiseres at disse grenseverdiene er basert på en korttidseffekt på vev (oppvarming), og sier ingenting om eventuelle skadelige langtidseffekter av svakere felt. Her har forskerne arbeid i lang tid framover.