Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Radiofizikos katedros doc. dr. Algimantas Kežionis

1. Kas tai yra elektromagnetrinis laukas?(Elektromagnetinė spinduliuotė ir jos sąveika su biologiniais audiniais) Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Radiofizikos katedros doc. dr. Algimantas Kežionis Skaito šiuos kursus “Telekomunikacijų fizikos ir elektronikos” bakalauro ir magistrinių studijų studentams: Telekomunikacijų pagrindai (bakalauro studijos); Radijo sąsaja judriojo ryšio sistemose (magistrinės studijos). Mokslinio dirbo temą trumpai galima apibūdinti taip: “Mikrobangų sąveika su medžiagomis”

2. Elektromagnetinė spinduliuotė- kintamieji elektromagnetiniai laukai, kuriuos sukelia įvairūs gamtiniai ir dirbtiniai elektromagnetinių bangų šaltiniai. • Elektromagnetinė (EM) spinduliuotė charakterizuojama šiais dydžiais: • Elektrinio lauko stipriu (E) –V/m (voltai į metrą), • Magnetinio lauko stipriu (H)- A/m (amperai į metrą), • EM bangų galios srautas(energijos srauto tankis) (P) – W/m2 (vatai į kv. metrą). • E ir H kintamųjų laukų atveju visada egzistuoja kartu. • Jei EM bangos sklinda ore arba vakuume, šie trys dydžiai yra susiję taip:

3. - bangos ilgis c-bangos greitis (jei vakuume - šviesos greitis) f- dažnis Kliūtis Banga =c/f

4. S=4πR2 Visakryptė Antena Tiriamasis taškas R 1W šaltinis (siųstuvas) Sferos paviršiuje vakuume: P= 1 W/ 4πR2 P~1/ R2 Tai reiškia, kad jei pvz. 10m. atstume P=10 W/cm2, tai 100 m atstume P yra 100 kartų mažesnis, t.y. 0.1 W/cm2

5. Mobiliojo ryšio atveju, bangas sugeria augalai, oro drėgmė, dulkės, pastatai ir t.t. Tada: P~1/ R2,5 P~1/ R2 P~1/ R4-5 P~1/ R3

6. EM bangų spektras Spinduliuoja visi kūnai ir netgi vakuumas (!!!). Pastarasis intensyviausiai spinduliuoja keleto GHz dažniuose

8. Biologinių EM spinduliuotės šaltinių pavyzdžiai Žmogaus kūnas 100W infraraudonųjų spindulių generatorius, t.y apytikslai spinduliuoja 0,5 mW/cm2 Planktonas (bioliuminescensija)- matoma šviesa- spinduliuoja 0,1 mW/cm2 Elektrinis ungurys (500 V įtampa, 1 A srovė) 500 W, dešimtys Hz- išspinduliuoja 70 mW/cm2

9. Gamtinių EM spinduliuotės šaltinių pavyzdžiai

10. Pramoninių ir buitinių EM spinduliuotės šaltinių pavyzdžiai Elektros tinklas Elktros varikliai Automobilių variklių aukšos įtampos grandinės, elektronika Televizoriai (kineskopiniai televizoriai spinduliuoja netgi Rentgeno spindulius) Kompiuteriai – dažnis iki kelių GHz Mikrobangės krosnelės- galia apie 1 kW, spinduliuoja į išorę apie 5 mW/cm2 keleto cm atstume nuo korpuso, dažnis 2,4 GHz Radijo siųstuvai- galia nuo 10mikroW iki šimtų kW, dažnis nuo 10 kHz iki šimtų GHz

11. LTV siųstuvų galia Šaltinis: http://www.rrt.lt/index.php?103569332#

12. Mobiliojo ryšio sistemų siųstuvų galia

13. Keturių siųstuvų (max. 80 W) GSM bazinės stoties (25 m aukščio bokštas) galios srautas žemės paviršiuje Bazinė stotis Paprastai tik trečdalis antenų yra siuntimo antenos.

14. Spinduliuotės poveikis organizmams I Jonizuojanti EM spinduliuotė. Kvanto energijos pakanka cheminiams ryšiams suardyti Ne jonizuojanti EM spinduliuotė Mus domina čia

15. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Šiluminis ir ne šiluminis poveikis Laikoma, kad dalelės vidutinė kinetinė energija medžiagose yra WT=kT, k- Bolcmano konstanta 1,3810-23 J/K T- aplinkos temperatūra, žmogui 309 K E + Dalelės įgyta energija gauta iš elektrinio lauko yra WE= Edq, E- elektrinio lauko stipris, d- atstumas, kurį nubėga dalelė tarp susidurimų su kitomis dalelėmis, q- dalelės krūvis. Ed = U- potencilų skirtumas, kurį įveikia dalelė tarp susidurimų. Jei: WE<<WT- šiluminis poveikis WE~WT- nešiluminis poveikis Nešiluminio poveikio atveju: U=kT/q ~0,026V (vieno elektrono krūvio dalelei)

16. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Šiluminis poveikis • Esant dideliam šiluminiampoveikiui, kai EM laukas pakankamai dielis- žymiai padidėjus audinio temperatūrai, keičiasi jo fizikinė ar cheminė struktūra (pav., pakinta skysčio- dujų balansas, skysčių klampumas ar sudėtis audinyje , keičiasi cheminių reakcijų , vykstančių audiniuose, parametrai ir t.t.). • 1a. Lokalus šiluminis poveikis. Elektros srovė biologinėje struktūroje pasirenka kelią. Ji didžiausia - mažiausios elektrinės varžos aplinkoje (pav. nerviniame pluošte). Žemuose dažniuose atskirų biologinės struktūros komponentų elektrinės varžos labai skiriasi. Taigi galimas lokalus kaitimas ir atskirų struktūrinių dalių pažeidimas. • Mikrobangų diapazone biologinės struktūros komponenčių elektrinės varžos beveik vienodos. Todėl lokalinio kaitimo efektas nestebimas. Mikrobangų galios srautas didžiausias biologinės struktūros paviršiuje ir gana sparčiai mažėja jos viduje. Faktiškai daugiausiai kaitinami viršutiniai sluoksniai- oda ir poodinis sluoksnis. • Audinių kaitinimas vyksta pagrindinai per vandenį. Vanduo labai gerai sugeria mikrobangas

17. Dažnis Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Šiluminis poveikis Šiluminis poveikis Galima būtų brėžti taip, tačiau patikrinti sunku, kadangi žemuose dažniuose (maždaug iki kHz) vyrauja nešiluminis poveikis

18. Šaltinis: Šiluminis RD EM spinduliuotės poveikis

19. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Nešiluminis poveikis Reikalingi laukai E=0,026 V : 5x10-10 m=5x107 V/m Elektrocheminis poveikis- tekant srovei, elektrinio lauko stipris elektrolite (ir biologiniame audinyje) pasiskirsto labai nevienodai. Nors turime ir nelabai didelį vidutinį elektrinį lauką, lokaliosios (mikroskopiniu vieno cheminio ryšio atstumu) įtampos vertės gali pasiekti U ~ kT/e~ 0,026 V, kai pradeda vykti pašalinės elektrocheminės reakcijos. Taigi, keičiasi audinio cheminė struktūra. Trukdžiai nerviniams impulsams- nervinių impulsų priėmimo sistemos, kaip ir žmogaus sukurtos elektrinių signalų priėmimo sistemos, priima bendrą signalą nervinis impulsas+ trukdys. Taigi, esant pakankamai dideliam ir pakankamai panašiam į nervinį impulsą trukžiui, priimančios sistemos gali reaguoti klaidingai, pvz., raumenys susitraukia nuo pašalinės elektros srovės, vyksta širdies ritmo pasikeitimai ir t.t.

20. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Šiluminis Elektrocheminis Trukdžiai nerviniams impulsams Poveikis Dažnis Šimtai Hz Šimtai kHz Mikrobangos Apie srovių karą (Thomas Edison ir Nikola Tesla)

21. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Nešiluminis poveikis. Mitinis mobiliųjų telefonų ir bazinių stočių poveikis I. Klaidingai teigiama, kad GSM radijo signale yra dažniai 1/0,004615=217 Hz, kurie gali sukelti elektrocheminį poveikį arba trukdyti nerviniams impulsams. GSM atveju radijo signalas taip gali atrodyti: 4,615 mS laikas Radijo signale tokių dažnių tikrai nėra!!!! Kodėl girdimi trukdžiai iš garsiakalbių, kai netoliese veikia telefono siųstuvas? • Todėl, kad silicio elektronikos elementai yra labai netiesiniai mikrobangų diapazone • Kai radijo signalas pakliūna į netisinę aplinką: • Vyksta vadinamoji amplitudės detekcija (atsiranda naujas žemųjų dažnių signalas) • Atsiranda naujas dvigubo dažnio signalas. Biologiniuose audiniuose netiesiniai efektai, kai dažnis didesnis už 1 MHz nėra stebėti.

22. Spinduliuotės poveikis organizmams II. Nejonizuojanti spinduliuotė. Nešiluminis poveikis. Mitinis mobiliųjų telefonų ir bazinių stočių poveikis II. Bitės

24. Labai daug klaidų lentelėje:

26. Nors autoriai randa dėsningumus, tačiau reikėtų daryti tokią išvadą: Per 45 min. į avilį grįžta vidutiniškai 57,1 % bičių.

27. Tarptautinę programą COST Action 281 “Potential Health Implications from Mobile Communication Systems“ (Galima judriojo ryšio sistemų įtaka sveikatai). • Vyko 2001-2006m.; • Koordinacinis pobūdis; • Nefinansavo pačių mokslinių tyrimų; • Biudžetas buvo skirtas informacijos apsikeitimui ir rezultatų, gautų vykdant įvairius mokslinius projektus, platinimui - konferencijoms, seminarams organizuoti; • Įvyko 26 mokslinės konferencijos judriojo ryšio poveikio sveikatai tema; • Dalyvavo didžiulis kiekis įvairių sričių mokslininkų- medikų, biologų, fizikų chemikų ir kt. • Šioje programoje dalyvavo ir VU Radiofizikos katedros mokslininkai prof. V. Ivaška ir doc. V. Kalesinskas; • 2006m. išleista šios programos galutinė ataskaita; • Galutinės išvados fragmentas skamba maždaug taip: • „...naujos technologijos ir sparčiai besivystančios telekomunikacijos kelia vis didesnį viesuomenės susidomėjimą EM lauko spinduliuotės poveikiu sveikatai. Šia tema pastaraisiais metais yra atlikti įvairūs tyrimai. Dauguma rezultatų nerodo radijo dažnių laukų žalingo poveikio sveikatai. Tyrimai, kurie rodo nedidelį poveikį yra laikytini preliminariais rezultatais, kadangi vis dar nėra pakartoti...“

28. Odos kaitimas, kalbant mobiliuoju telefonu. Eksperimentinis ir teorinis EM spinduliuotės ir kitų poveikių tyrimas.

29. Odos kaitimas kalbant mobiliuoju telefonu. Eksperimentinis ir teorinis EM spinduliuotės ir kitų poveikių tyrimas.

30. Odos kaitimas kalbant mobiliuoju telefonu. Eksperimenis ir teorinis EM spinduliuotės ir kitų poveikių tyrimas.

31. Ačiū už dėmesį