3. A sugárzások biológiai hatásai
3.3. A nem ionizáló sugárzások egészségügyi hatásai
3.3.2. A nem ionizáló elektromágneses sugárzások egészségügyi hatásai
Említettük, hogy nagy tereknek, nagy intenzitásoknak minden frekvencián katasztrofális hatásai lehetnek az emberre. Ugyanakkor a vizsgálatok kimutatták, hogy az egészségügyi-leg káros hatásoknak mindenütt küszöbértékük van. Az egészségügyi hatásokkal kapcsola-tos vitáknak a tárgya legtöbbször az, hogy ezek a küszöbök hol vannak, és a mindennapi életben előforduló értékek mellett okoznak-e a nem ionizáló sugárzások akár sztochaszti-kusan fellépő károsodásokat.
Sztatikus terek, alacsony frekvenciák
A <3 kHz frekvenciájú elektromágneses terek mindenütt jelen vannak.
Ezekre a terekre válaszként az emberi testben indukált áramok jönnek létre. Az emberi testben kialakuló áramokat a 3.6. ábra mutatja be.
3.6. ábra: Az emberi testben alacsony frekvenciájú elektromos (bal oldali ábrarész) és mágneses tér (jobb oldali ábrarész) hatására létrejövő áramok
Tekintve, hogy az ember szervezetében természetes okok miatt, biokémiai folyamatok eredményeként 1 és 10 mA/m2 közé eső áramsűrűségek alakulnak ki, a sugárvédelmi határétékeknél azt követeljük meg, hogy az alsó határ közelébe eső értéknél nagyobbak a
külső behatásra se jöjjenek létre. A sztatikus terek és az alacsony frekvenciájú áramok ha-tárértékeit a lakosságra, és az ilyen hatásoknak foglalkozásuk miatt kitett egyedekre vonat-kozólag a 3.5. táblázat mutatja. A határértéken belül maradó sugárzásoknak a tapasztalat szerint nincsen rákkeltő hatásuk, és a besugárzások a már kifejlődés állapotában lévő rákos daganatok növekedését sem gyorsítják meg.
Terek jellege Lakosság (ipari frekvenci-ákra)
Foglalkoztatottak (ipari frekvenciákra)
Mágneses indukció 100 T 500 T
Elektromos térerő 5 kV/m 10 kV/m
Indukált áramerősség 2 mA/m2 10 mA/m2
3.6. táblázat: Alacsony frekvenciás terek, áramsűrűségek határértékei
Érdekes a 3.5. táblázat határértékeit összehasonlítani azokkal a terekkel, amelyek átla-gos lakossági környezetben mérhetőek. A megfigyelések szerint az épületeken belül általá-ban teljesül, hogy az elektromos berendezések, hálózatok miatt a testben az áramsűrűségek
~1 A/m2 nagyságrendbe esnek. – Az elektromos háztartási gépek rendeltetésszerű haszná-lat mellett 0,01–0,3 T tereket hoznak létre. A föld ahaszná-latti kábelek fölött a felszínen 10–40
T tereket lehet mérni. – A nagyfeszültségű vezetékek alatt, 2 m-re 5–30 T a tér. Minde-zek az értékek kicsik és messze vannak a 3.6. táblázatban szereplő határértékektől.
Nagyfrekvenciás terek 10 kHz és 300 GHz között
Ebbe a frekvenciatartományba számos, a modern ember életét megváltoztató berendezés frekvenciája tartozik. Így a rádió, a televízió, a mobiltelefon, a radar és a különböző mik-rohullámot alkalmazó berendezések által igényelt frekvencia mind ide esik. Nem vitás, hogy ebben a frekvenciatartományban a nagy terek egészségre károsak lehetnek. Ráadásul ide eső természetes sugárzást keveset ismerünk, az általunk kapott besugárzások szinte mind mesterséges forrásból származik. Azonban még ha ki is mutatnák az egészségkároso-dást, akkor is mérlegelés kérdése lenne, hogy lemondana-e a mai ember azokról az elő-nyökről, élvezetről, melyet a fenti berendezések jelentenek a mindennapi életben.
Ebben a tartományban releváns dozimetriai jellemzőkre (térerősségek, SAR stb.) is mind a lakosságra, mind azokra a foglalkoztatottakra, akik munkájuk miatt ilyen sugárzá-soknak vannak kitéve, határértékeket állapítottak meg, amelyek függenek a frekvenciától.
A nagyfrekvenciás terek és az emberi test kölcsönhatásának vizsgálatakor kiderült, hogy ezek a sugárzások a frekvencia függvényében többé-kevésbe behatolnak a testbe. A kísérletek szerint a
néhány MHz frekvenciájú sugárzások 10–30 cm-re,
a néhány GHz frekvenciájúak néhány cm-re,
>10 GHz-esek ~mm-re, vagy annál is kevésbé
hatolnak be szervezetbe. A kölcsönhatásban a fő jelenség a vízmolekula dipólus mo-mentumával való kölcsönhatás.
3.7. ábra: Élő szervezetek S teljesítménysűrűségű elektromágneses terekkel történő besugárzásánál a frekvencia változtatása mellett mért legnagyobb fajlagos teljesítményabszorpcióinak (SAR)
értéke. A függőleges tengelyre a SAR/S értékeket mérték fel
A 3.7. ábra a jelenségkör összetett voltát mutatja. Itt azokat a legnagyobb fajlagos tel-jesítményabszorpció-besugárzási teljesítménysűrűség arányértékeket (SAR/S) mutatjuk be, amelyek a legnagyobbak a besugárzási frekvencia függvényében. A mérési adatokból lát-ható, hogy a legnagyobb elnyeléshez tartozó frekvencia és az élőlény mérete között korre-láció van. Így az átlagos ember, a 10 éves és az 1 éves gyermek legnagyobb értékei nem azonos besugárzási frekvenciánál lépnek fel, és értékeik sem azonosak. Az átlagos emberre az elnyelési érték 2% alatt van, más állatoknál ennél lényegesen nagyobb értéket is megfi-gyeltek.
A biológiai jelenségeket a termikus hatás, a sejtek közötti erőhatás és (nagyfrekvenci-án) a sejtmembránra való hatás hozza létre. A 30 kHz alatti frekvenciáknál a téreffektusok, az ennél nagyobb frekvenciáknál a hőhatás dominál.
Az emberi szervezetre történő termikus hatásokat a fajlagos teljesítményabszorpció ér-téke határozza meg. Ha a SAR-érték <2 W/kg értéktartományba esik, akkor nincsen hő-mérsékletváltozás, mert a test termoregulációs képessége a teljesítményfelvételt ki tudja egyenlíteni. A besugárzott testrész >1 oC hőmérsékletemelkedése következik be 2–8 W/kg fajlagos teljesítményabszorpció mellett, mert az ilyen teljesítményfelvételt az emberi test már nem tudja kompenzálni.
A fajlagos teljesítményabszorpcióra (SAR) vonatkozó határértékeket a 3.7. táblázat foglalja össze.
A besugárzás jellege SAR határérték, lakosságra SAR határérték foglalkozta-tottakra
Egész testre 0,08 W/kg 0,4 W/kg
Lokálisan: fej, törzs 2 W/kg 10 W/kg
Lokálisan: végtagok 4 W/kg 20 W/kg
Sugárzásintenzisokkal (S) kifejezett besugárzási
hatá-rok (100 MHz felett)
S határérték, lakosságra S határérték foglalkoztatot-takra
400 MHz-nél 900 MHz-nél 1800 MHz-nél
2 W/m2 4,5 W/m2 9 W/m2
10 W/m2 22,5 W/m2 22,5 W/m2 3.7. táblázat: A 10 kHz–300 GHz frekvenciatartományba eső besugárzások fajlagos
teljesítményabszorpcióira vonatkozó egészségügyi határértékek. A tartományban a sugárzásintenzitások is relevánsak és a határértékek frekvenciafüggőek
A 100 MHz feletti tartományban a SAR mellett a teljesítménysűrűség is releváns paramé-ter.
Nézzünk néhány példát a sugárzási teljesítménysűrűségekre!
TV- és rádióadó teljesítménysűrűségének az EU szabvány szerint kisebbnek kell lennie 2 W/m2-nél. Ez az átlagos adóktól 100–300 m-re már általában igaz.
Mobil cellaadók 400 MHz, 900 MHz, 1,8 GHz és 2,1 GHz frekvenciákon működ-nek. A mobiltelefonok aktív és passzív elemek, maga a telefon is sugároz az információát-adás fázisában.
a) Telefonkészülék 900 MHz-en 1 W, a többi frekvencián 2 W teljesítménnyel ad.
Fülhöz szorított készülék esetén ezek a teljesítmények magas SAR-értékeket adhatnak, ráadásul az agyban, amely közel van az ember füléhez.
b) A lakott területen alkalmazott (mikrocella) bázisállomások 100 W körüli teljesít-ménnyel sugároznak. Így néhányszor 10 méterre az adótól még az erősen fókuszált adók esetén is a 2 W/m2 határérték alá esik a teljesítménysűrűség.
A határértékeken belüli nagyfrekvenciás terek a megfigyelések szerint rákot bizonyosan nem okoznak. Felvetették, hogy esetleg a rák elburjánzását elősegíthetik. Erre azonban mindeddig semmiféle adat nem utal.
3.8. ábra: Mobiltelefon (mikro)cellaállomás sugárzási viszonyai. Az adók mindig erősen irányfókuszáltak. A határérték 2 W/m2. Az adók alatt mindig jó az árnyékolás és kicsi a
teljesítménysűrűség Az optikai tartomány
Az optikai tartomány frekvenciában 300 GHz-től a 3 PHz-ig, hullámhossz szerint 1 mm-től 100 nm-ig terjed. Ez magában foglalja az infravörös (infrared – IR), a látható és az ultra-ibolya (ultraviolet – UV) sugarakat.
Az optikai tartományt a hullámhosszak (λ) szerint szokásos további tartományokra osztani.
Az ultraibolya (UV-) sugarak hullámhossza 100 nm<λ<380 nm, ami 12,4 eV–3,4 eV tartománynak felel meg. A gyakorlati életben szokásos a tartomány további felosztása:
UV-A: 380–315 nm, UV-B: 315–280 nm, UV-C: 280–100 nm.
Megjegyezzük, hogy ~200 nm alatti hullámhosszúságú ultraibolya sugarakat már a vékony levegőréteg is elnyeli.
A látható fény hullámhossza 400 nm<λ<800 nm, frekvencia szerint 750–350 THz, energiakvantum szerint 3,4 eV–1,6 eV.
Az infravörös (IR-) sugarak hullámhossza 800 nm<λ<1 mm. A gyakorlati életben szokásos az IR-tartomány további felosztása:
IR-A: 800–1,4 m, IR-B: 1,4–3 m,
IR-C: 3 m–1000 m (1 mm).
A Földön észlelhető optikai sugárzások fő forrása a Nap. A 3.9. ábra a ~5900 K hő-mérséklettel sugárzó Nap sugárzási teljesítményének hullámhosszfüggését mutatja be.
3.9. ábra: A Nap optikai tartományba eső sugárzásának spektrális teljesítménysűrűsége a légkör határán (felső folytonos görbe) és a talajszinten (alsó folytonos görbe). Szaggatott vonallal az 5900
K hőmérsékletű feketetest-sugárzását mutatjuk. A Föld felszínére a légkör alkotóinak (ezeket az ábrán feltüntettük) szűrése után érkezik a Nap sugárzása
A Nap optikai sugárzása teljesítménysűrűségének maximuma a látható fény tartomá-nyába esik, szép példáját adva ezzel a látásra vonatkozó természetes kiválasztódásnak.
A Nap légkör határára érkező UV-sugárzásának csupán 6%-a éri el a Föld felszínét.
Ennek oka az, hogy a ~25 km magasságban lévő ózonréteg elnyeli a λ<320 nm sugárzást.
Így az ózonréteg hatása miatt a Földre csak az UV-A sugárzás érkezik. – A hosszabb hul-lámhosszú sugárzások közül a felső légrétegek sűrűségingadozási jelenségek miatt első-sorban az alacsonyabb hullámhosszú, kék fényt szórják ki (a szórás arányos 1/λ4-nel, ez adja az ég kék színét). A légkörben lévő aeroszolok és a vízgőztartalom is komolyan befo-lyásolják a felszínre érkező sugárzások spektrális eloszlását.
A Nap sugárzásához mint főforráshoz járulnak a mesterséges megvilágítások. Ezek egészségügyi hatásait természetesen a tényleges besugárzási viszonyok határozzák meg.
Az optikai sugárzásokra legérzékenyebb szervünk a szem. A látható tartományba eső sugárzás fotokémiai hatást hoz létre a retinán, erős sugárzás esetén károsodás jöhet létre, akár vakságot is okozhat. Az UV- és az IR-besugárzások károsak lehetnek a szemre. Az IR-A károsíthatja mind a szivárványhártyát, a szemlencsét és a recehártyát, még a hosszú-hullámú IR-C is káros lehet a szaruhártyára.
Az optikai tartomány három tartománya közül egészségügyi szempontból a legna-gyobb jelentősége általában az ultraibolya sugárzásnak van. Ezek a sugarak (mint láttuk) nem ionizálnak, de a molekulák vibrációs (10–2–10–3 eV) és forgásból származó energiáját
(10–4–10–6 eV) növelik. A hatás molekuláris szinten van, keresztkötéseket és száltöré-seket hozhat létre biológiailag aktív molekulákban (DNS, lipid, protein). Az UV-sugarak áthatoló képessége kicsi, és függ a fény hullámhosszától is, a molekulák elnyelési tulajdon-ságainak eltérése miatt. Ha a súlyfaktort az UV-C határán lévő 270 nm-nél 1-nek tekintjük, akkor az áthatolás 180 nm-nél 0,012 és 305 nm-nél (UV-A tartomány) 0,06. Ezért egés-zségügyi szempontból a bőr és a szem számít. Az UV-besugárzás bizonyítottan növeli a bőrrák felléptének valószínűségét.
Az optikai tartományba eső sugárzások mindegyike kiválthat termikus hatásokat. Az infravörös sugárzás felmelegítheti a bőrt, 44,5 oC felett fájdalmat vált ki.
Az optikai tartomány dóziskorlátait a bőrfelületre besugárzott energiasűrűséggel szok-ták megadni. Általános javaslat, hogy értéke ne haladja meg a 30 J/m2 értéket. Így 1 mW/m2 UV-B sugárzás jelenlétében kb. 8 órát napozhatunk várhatóan komolyabb károso-dás nélkül.