Radiofrequenz(RF) Strahlung

(Umfasst RF von Rundfunkantennen, tragbare Funksysteme, Mikrowellenantennen, Satelliten und Radar)
Kelly Classic, Certified Medical Physicist

Elektromagnetische Strahlung besteht aus Wellen von elektrischer und magnetischer Energie zusammen bewegen (das heißt, Strahlen) durch den Raum mit der Geschwindigkeit des Lichts. Zusammengenommen werden alle Formen elektromagnetischer Energie als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet. Radiowellen und Mikrowellen, die von Sendeantennen emittiert werden, sind eine Form elektromagnetischer Energie., Häufig kann der Begriff elektromagnetisches Feld oder Hochfrequenzfeld (RF) verwendet werden, um das Vorhandensein von elektromagnetischer oder HF-Energie anzuzeigen.

Ein HF-Feld hat sowohl eine elektrische als auch eine magnetische Komponente (elektrisches Feld und Magnetfeld), und es ist oft zweckmäßig, die Intensität der HF-Umgebung an einem bestimmten Ort in Bezug auf Einheiten auszudrücken, die für jede Komponente spezifisch sind. Zum Beispiel wird die Einheit „Volt pro Meter“ (V/m) verwendet, um die Stärke des elektrischen Feldes zu messen, und die Einheit „Ampere pro Meter“ (A/m) wird verwendet, um die Stärke des Magnetfeldes auszudrücken.,

HF-Wellen können durch eine Wellenlänge und eine Frequenz charakterisiert werden. Die Wellenlänge ist die Entfernung, die von einem vollständigen Zyklus der elektromagnetischen Welle zurückgelegt wird, während die Frequenz die Anzahl der elektromagnetischen Wellen ist, die einen bestimmten Punkt in einer Sekunde passieren. Die Frequenz eines HF-Signals wird üblicherweise in Form einer Einheit namens Hertz (Hz) ausgedrückt. Ein Hz entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Ein megahertz (MHz) entspricht einer million Zyklen pro Sekunde. Verschiedene Formen elektromagnetischer Energie werden nach Wellenlängen und Frequenzen kategorisiert., Der HF-Teil des elektromagnetischen Spektrums ist im Allgemeinen als der Teil des Spektrums definiert, in dem elektromagnetische Wellen Frequenzen im Bereich von etwa 3 Kilohertz (3 kHz) bis 300 Gigahertz (300 GHz) aufweisen.
Wahrscheinlich ist die wichtigste Verwendung für HF-Energie in der Bereitstellung von Telekommunikationsdiensten. Radio-und Fernsehsendungen, Mobiltelefone, Funkkommunikation für Polizei und Feuerwehr, Amateurfunk, Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und Satellitenkommunikation sind nur einige der vielen Telekommunikationsanwendungen., Mikrowellenherde sind ein gutes Beispiel für eine Nichtkommunikationsnutzung von HF-Energie. Andere wichtige Nichtkommunikationsanwendungen von HF-Energie sind Radar und für industrielle Heizung und Abdichtung. Radar ist ein wertvolles Werkzeug, das in vielen Anwendungen eingesetzt wird, von der Verkehrsdurchsetzung über die Flugsicherung bis hin zu militärischen Anwendungen. Industrielle Heizungen und Versiegelungen erzeugen HF-Strahlung, die das zu verarbeitende Material schnell erwärmt, so wie ein Mikrowellenofen Lebensmittel kocht., Diese Geräte haben viele Anwendungen in der Industrie, einschließlich Formen von Kunststoffmaterialien, Kleben von Holzprodukten, Versiegeln von Gegenständen wie Schuhen und Taschen und Verarbeiten von Lebensmitteln.

Die Menge, mit der gemessen wird, wie viel HF-Energie tatsächlich in einem Körper absorbiert wird, wird als spezifische Absorptionsrate (SAR) bezeichnet. Es wird normalerweise in Einheiten von Watt pro Kilogramm (W/kg) oder Milliwatt pro Gramm (mW/g) ausgedrückt., Im Falle einer Ganzkörperexposition kann ein stehender menschlicher Erwachsener HF-Energie mit einer maximalen Rate absorbieren, wenn die Frequenz der HF-Strahlung im Bereich von etwa 80 und 100 MHz liegt, was bedeutet, dass die Ganzkörper-SAR unter diesen Bedingungen maximal ist (Resonanz). Aufgrund dieses Resonanzphänomens sind HF-Sicherheitsstandards für diese Frequenzen im Allgemeinen am restriktivsten.

Biologische Effekte, die sich aus der Erwärmung des Gewebes durch HF-Energie ergeben, werden oft als „thermische“ Effekte bezeichnet., Es ist seit vielen Jahren bekannt, dass die Exposition gegenüber sehr hoher HF-Strahlung aufgrund der Fähigkeit der HF-Energie, biologisches Gewebe schnell zu erwärmen, schädlich sein kann. Dies ist das Prinzip, nach dem Mikrowellenherde Essen kochen. Gewebeschäden beim Menschen können während der Exposition gegenüber hohen HF-Werten auftreten, da der Körper die übermäßige Wärme, die erzeugt werden könnte, nicht bewältigen oder abführen kann. Zwei Bereiche des Körpers, die Augen und die Hoden, sind aufgrund des relativen Mangels an verfügbarem Blutfluss zur Ableitung der übermäßigen Wärmebelastung besonders anfällig für HF-Erwärmung., Bei relativ geringer Exposition gegenüber HF-Strahlung, dh Niveaus, die niedriger sind als diejenigen, die eine signifikante Erwärmung erzeugen würden, sind die Beweise für schädliche biologische Wirkungen mehrdeutig und unbewiesen. Solche Effekte wurden manchmal als „nichtthermale“ Effekte bezeichnet. Es wird allgemein vereinbart, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die Auswirkungen und ihre mögliche Relevanz für die menschliche Gesundheit zu bestimmen.,

Im Allgemeinen haben Studien jedoch gezeigt, dass die von der Öffentlichkeit routinemäßig angetroffenen Umweltniveaus an HF-Energie in der Regel weit unter dem Niveau liegen, das erforderlich ist, um eine signifikante Erwärmung und eine erhöhte Körpertemperatur zu erzeugen. Es kann jedoch Situationen geben, insbesondere Arbeitsumgebungen in der Nähe von Hochleistungs-HF-Quellen, in denen empfohlene Grenzwerte für die sichere Exposition von Menschen gegenüber HF-Energie überschritten werden könnten. In solchen Fällen können restriktive Maßnahmen oder Maßnahmen erforderlich sein, um die sichere Nutzung von HF-Energie zu gewährleisten.,

Einige Studien haben auch die Möglichkeit eines Zusammenhangs zwischen HF-und Mikrowellenexposition und Krebs untersucht. Die bisherigen Ergebnisse waren nicht schlüssig. Während einige experimentelle Daten einen möglichen Zusammenhang zwischen Exposition und Tumorbildung bei Tieren nahelegen, die unter bestimmten spezifischen Bedingungen exponiert sind, wurden die Ergebnisse nicht unabhängig repliziert. In der Tat haben andere Studien keinen Beweis für einen ursächlichen Zusammenhang mit Krebs oder verwandten Erkrankungen gefunden. In mehreren Labors wird weiter geforscht, um diese Frage zu lösen.,

1996 gründete die Weltgesundheitsorganisation (WHO) ein Programm namens International EMF Project, das die wissenschaftliche Literatur über biologische Auswirkungen elektromagnetischer Felder überprüfen, Wissenslücken über solche Effekte identifizieren, Forschungsbedarf empfehlen und auf die internationale Lösung von Gesundheitsproblemen bei der Verwendung von HF-Technologie hinarbeiten soll. Die WHO unterhält eine Website, die umfangreiche Informationen zu diesem Projekt sowie zu den biologischen Wirkungen und Forschungen der RF bereitstellt.,

Verschiedene Organisationen und Länder haben Expositionsstandards für HF-Energie entwickelt. Diese Standards empfehlen sichere Expositionsniveaus sowohl für die breite Öffentlichkeit als auch für Arbeitnehmer. In den Vereinigten Staaten hat die Federal Communications Commission (FCC) seit 1985 anerkannte Sicherheitsrichtlinien zur Bewertung der HF-Umweltexposition verabschiedet und verwendet., Bundesbehörden für Gesundheit und Sicherheit-wie die Environmental Protection Agency (EPA), die Food and Drug Administration (FDA), das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) und die Occupational Safety and Health Administration (OSHA)-waren ebenfalls an der Überwachung und Untersuchung von Fragen im Zusammenhang mit HF-Exposition beteiligt.,

Die FCC-Richtlinien für die menschliche Exposition gegenüber RF-Feldern abgeleitet wurden aus den Empfehlungen zweier Expertenorganisationen, dem National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) und des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Erfahrene Wissenschaftler und Ingenieure entwickelten sowohl die NCRP-Expositionskriterien als auch den IEEE-Standard nach umfangreichen Überprüfungen der wissenschaftlichen Literatur zu HF-biologischen Effekten. Die Expositionsrichtlinien basieren auf Schwellenwerten für bekannte Nebenwirkungen und beinhalten angemessene Sicherheitsspannen., Viele Länder in Europa und anderswo verwenden Expositionsrichtlinien, die von der Internationalen Kommission für nichtionisierenden Strahlenschutz (ICNIRP) entwickelt wurden. Die ICNIRP-Sicherheitsgrenzen sind im Allgemeinen mit wenigen Ausnahmen denen des NCRP und IEEE ähnlich.

Die NCRP -, IEEE-und ICNIRP-Expositionsrichtlinien geben den Schwellenwert an, bei dem schädliche biologische Wirkungen auftreten können, und die in beiden Dokumenten empfohlenen Werte für die maximal zulässige Exposition (MPE) für elektrische und magnetische Feldstärke und Leistungsdichte basieren auf diesem Schwellenwert., Der Schwellenwert ist ein SAR-Wert für den gesamten Körper von 4 Watt pro Kilogramm (4 W/kg). Die restriktivsten Grenzwerte für die Ganzkörperexposition liegen im Frequenzbereich von 30-300 MHz, wo die HF-Energie am effizientesten absorbiert wird, wenn der ganze Körper exponiert ist. Für Geräte, die nur einen Teil des Körpers freilegen, z. B. Mobiltelefone, werden unterschiedliche Expositionsgrenzen angegeben.,

Große HF-Sendeeinrichtungen unter der Gerichtsbarkeit der FCC-wie Radio – und Fernsehsender, Satelliten-Erdstationen, experimentelle Radiosender und bestimmte Mobilfunk -, PC-und Paging-Einrichtungen-müssen routinemäßig auf RF-Konformität geprüft werden, wenn bei der FCC ein Antrag auf Bau oder Änderung einer Sendeeinrichtung oder Erneuerung einer Lizenz gestellt wird., Die Nichteinhaltung der HF-Expositionsrichtlinien der FCC könnte zur Erstellung einer formellen Umweltprüfung, einer möglichen Umweltverträglichkeitsprüfung und schließlich zur Ablehnung eines Antrags führen.

Rundfunkantennen
Radio – und Fernsehsender übertragen ihre Signale über elektromagnetische HF-Wellen. Sendestationen senden je nach Kanal mit verschiedenen HF-Frequenzen, die von etwa 550 kHz für AM-Radio bis zu etwa 800 MHz für einige UHF-Fernsehsender reichen. Frequenzen für UKW-Radio und UKW-Fernsehen liegen zwischen diesen beiden Extremen., Die Betriebsleistung kann für einige Radiosender nur wenige hundert Watt oder für bestimmte Fernsehsender bis zu Millionen Watt betragen. Einige dieser Signale können in der lokalen Umgebung eine bedeutende Quelle für HF-Energie sein, und die FCC verlangt, dass Rundfunkstationen Nachweise für die Einhaltung der FCC-HF-Richtlinien vorlegen.,
Die Menge an HF-Energie, der die Öffentlichkeit oder Arbeitnehmer als Folge von Rundfunkantennen ausgesetzt sein könnte, hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Art der Station, Konstruktionsmerkmale der verwendeten Antenne, an die Antenne übertragene Leistung, Höhe der Antenne und Abstand von der Antenne. Da Energie bei einigen Frequenzen vom menschlichen Körper leichter absorbiert wird als Energie bei anderen Frequenzen, ist die Frequenz des übertragenen Signals sowie seine Intensität wichtig.,

Der öffentliche Zugang zu Rundfunkantennen ist normalerweise eingeschränkt, sodass Personen keinen hochrangigen Feldern ausgesetzt werden können, die in der Nähe von Antennen vorhanden sein könnten. Messungen der FCC, der EPA und anderer haben gezeigt, dass die HF-Strahlungswerte in bewohnten Gebieten in der Nähe von Rundfunkeinrichtungen in der Regel deutlich unter den in den aktuellen Standards und Richtlinien empfohlenen Expositionswerten liegen. Antennenwartungskräfte müssen gelegentlich Antennenstrukturen für Zwecke wie Lackieren, Reparaturen oder den Austausch von Leuchtfeuern besteigen., Sowohl die EPA als auch die OSHA haben berichtet, dass es in diesen Fällen möglich ist, dass ein Arbeitnehmer hohen HF-Energieniveaus ausgesetzt ist, wenn an einem aktiven Turm oder in Bereichen gearbeitet wird, die unmittelbar eine Strahlungsantenne umgeben. Daher müssen Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass das Wartungspersonal keinen unsicheren HF-Feldern ausgesetzt ist.

Tragbare Funksysteme
„Land-mobile“ Kommunikation umfassen eine Vielzahl von Kommunikationssystemen, die die Verwendung von tragbaren und mobilen HF-Sendequellen erfordern. Diese Systeme arbeiten in engen Frequenzbändern zwischen etwa 30 und 1.000 MHz., Funksysteme, die von Polizei und Feuerwehr, Funkrufdiensten und Geschäftsradio verwendet werden, sind einige Beispiele für diese Kommunikationssysteme. Es gibt im Wesentlichen drei Arten von HF-Sendern, die mit landmobilen Systemen verbunden sind: Basisstationssender, fahrzeugmontierte Sender und Handsender. Die Antennen, die für diese verschiedenen Sender verwendet werden, sind für ihren spezifischen Zweck angepasst., Beispielsweise muss eine Basisstationsantenne ihr Signal auf eine relativ große Fläche ausstrahlen, und daher muss ihr Sender im Allgemeinen höhere Leistungspegel verwenden als ein fahrzeugmontierter oder Handfunksender. Obwohl diese Basisstationsantennen normalerweise mit höheren Leistungsniveaus arbeiten als andere Arten von Landmobilantennen, sind sie normalerweise für die Öffentlichkeit unzugänglich, da sie in erheblichen Höhen über dem Boden montiert werden müssen, um eine ausreichende Signalabdeckung zu gewährleisten. Außerdem übertragen viele dieser Antennen nur intermittierend., Aus diesen Gründen waren solche Basisstationsantennen im Allgemeinen hinsichtlich einer möglichen gefährlichen Exposition der Öffentlichkeit gegenüber HF-Strahlung nicht besorgniserregend. Studien an Standorten auf dem Dach haben gezeigt, dass Hochleistungs-Paging-Antennen das Potenzial für die Exposition gegenüber Arbeitnehmern oder anderen Personen mit Zugang zu solchen Standorten, beispielsweise Wartungspersonal, erhöhen können. Die Sendeleistung für fahrzeugmontierte Landmobilantennen ist im Allgemeinen geringer als bei Basisstationsantennen, jedoch höher als bei Handheld-Einheiten.,

Tragbare Handfunkgeräte wie Walkie-Talkies sind Geräte mit geringer Leistung, die zum Senden und Empfangen von Nachrichten über relativ kurze Entfernungen verwendet werden. Aufgrund der geringen Leistung, der Unterbrechung dieser Übertragungen und der Tatsache, dass diese Funkgeräte vom Kopf ferngehalten werden, sollten sie den Benutzern keine HF-Energie aussetzen, die über sichere Grenzen hinausgeht. Daher erfordert die FCC keine routinemäßige Dokumentation der Einhaltung der Sicherheitsgrenzen für Push-to-Talk-Funkgeräte.,

Mikrowellenantennen
Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenantennen übertragen und empfangen Mikrowellensignale über relativ kurze Entfernungen (von einigen Zehntelmeilen bis zu 30 Meilen oder mehr). Diese Antennen haben normalerweise eine rechteckige oder kreisförmige Form und sind normalerweise auf einem Stützturm, auf Dächern, an Gebäudeseiten oder auf ähnlichen Strukturen angebracht, die klare und ungehinderte Sichtlinien zwischen beiden Enden eines Übertragungswegs oder einer Verbindung bieten., Diese Antennen haben eine Vielzahl von Anwendungen, wie die Übertragung von Sprach-und Datennachrichten und dienen als Verbindungen zwischen Broadcast-oder Kabel-TV-Studios und Sendeantennen. Die HF-Signale von diesen Antennen wandern in einem gerichteten Strahl von einer Sendeantenne zu einer Empfangsantenne, und die Streuung der Mikrowellenenergie außerhalb des relativ schmalen Strahls ist minimal oder unbedeutend. Darüber hinaus übertragen diese Antennen mit sehr niedrigen Leistungspegeln, normalerweise in der Größenordnung von einigen Watt oder weniger., Messungen haben gezeigt, dass bodennahe Leistungsdichten aufgrund von Mikrowellen-Richtantennen normalerweise tausendmal oder mehr unter den empfohlenen Sicherheitsgrenzen liegen. Darüber hinaus sind Mikrowellenturmstandorte als zusätzliche Sicherheitsmarge für die breite Öffentlichkeit normalerweise unzugänglich. Signifikante Expositionen von diesen Antennen konnten nur in dem unwahrscheinlichen Fall auftreten, dass eine Person für einen bestimmten Zeitraum direkt vor und sehr nahe an einer Antenne stehen sollte.,

Satellitensysteme
Bodengestützte Antennen, die für die Satelliten-Erde-Kommunikation verwendet werden, sind typischerweise Parabolantennen mit einem Durchmesser von teilweise 10 bis 30 Metern, die zum Senden (Uplinks) oder Empfangen (Downlinks) von Mikrowellensignalen zu oder von Satelliten im Orbit um die Erde verwendet werden. Die Satelliten empfangen die zu ihnen gebündelten Signale und übertragen die Signale wiederum an eine erdgebundene Empfangsstation zurück. Diese Signale ermöglichen die Bereitstellung einer Vielzahl von Kommunikationsdiensten, einschließlich Ferntelefondiensten., Einige Satelliten-Erdstationsantennen werden nur zum Empfangen von HF-Signalen verwendet (dh genau wie eine Fernsehantenne auf dem Dach, die in einer Residenz verwendet wird), und da sie nicht übertragen, ist die HF-Exposition kein Problem. Aufgrund der größeren Distanzen sind die zur Übertragung dieser Signale verwendeten Leistungspegel relativ groß, wenn sie beispielsweise mit denen verglichen werden, die von den oben diskutierten Mikrowellenpunkt-zu-Punkt-Antennen verwendet werden. Wie bei Mikrowellenantennen sind die Strahlen, die zur Übertragung von Erde-Satelliten-Signalen verwendet werden, jedoch konzentriert und hochdirektional, ähnlich dem Strahl einer Taschenlampe., Darüber hinaus würde der öffentliche Zugang normalerweise an Bahnhofsstandorten eingeschränkt, an denen sich die Expositionswerte sicheren Grenzwerten nähern oder diese überschreiten könnten.

Radarsysteme
Radarsysteme erkennen das Vorhandensein, die Richtung oder die Reichweite von Flugzeugen, Schiffen oder anderen sich bewegenden Objekten. Dies wird durch Senden von Impulsen hochfrequenter elektromagnetischer Felder (EMF) erreicht. Radarsysteme arbeiten normalerweise mit Hochfrequenzen zwischen 300 Megahertz (MHz) und 15 Gigahertz (GHz). Vor etwa 60 Jahren erfunden, wurden Radarsysteme für Navigation, Luftfahrt, nationale Verteidigung und Wettervorhersage weit verbreitet., Menschen, die in der Nähe von Radar leben oder routinemäßig arbeiten, haben Bedenken hinsichtlich langfristiger nachteiliger Auswirkungen dieser Systeme auf die Gesundheit geäußert, einschließlich Krebs, Fortpflanzungsstörungen, Katarakten und nachteiligen Auswirkungen auf Kinder. Es ist wichtig, zwischen wahrgenommenen und realen Gefahren zu unterscheiden, die Radar darstellt, und die Gründe für bestehende internationale Standards und Schutzmaßnahmen zu verstehen, die heute angewendet werden.

Die Leistung, die Radarsysteme ausstrahlen, variiert von wenigen Milliwatt (polizeiliches Verkehrsüberwachungsradar) bis zu vielen Kilowatt (große Weltraumverfolgungsradare)., Eine Reihe von Faktoren verringert jedoch die Exposition des Menschen gegenüber HF, die von Radarsystemen erzeugt wird, erheblich, häufig um den Faktor mindestens 100:

• Radarsysteme senden elektromagnetische Wellen in Impulsen und nicht kontinuierlich. Dies macht die durchschnittliche emittierte Leistung viel niedriger als die Spitzenpulsleistung.
• Radare sind gerichtet und die von ihnen erzeugte HF-Energie ist in Strahlen enthalten, die sehr schmal sind und dem Strahl eines Scheinwerfers ähneln. HF-Pegel abseits des Hauptstrahls fallen schnell ab. In den meisten Fällen sind diese Werte tausendmal niedriger als im Fernlicht.,
• Viele Radargeräte haben Antennen, die sich kontinuierlich drehen oder ihre Höhe durch eine Knickbewegung variieren und so die Richtung des Strahls ständig ändern.
• Bereiche, in denen eine gefährliche Exposition des Menschen auftreten kann, sind für unbefugtes Personal normalerweise nicht zugänglich.

Zusätzlich zu den in diesem Dokument enthaltenen Informationen gibt es weitere Informationsquellen zu HF-Energie und gesundheitlichen Auswirkungen. Einige Staaten unterhalten nichtionisierende Strahlungsprogramme oder zumindest einige Fachkenntnisse auf diesem Gebiet, normalerweise in einem Ministerium für öffentliche Gesundheit oder Umweltkontrolle., In der folgenden Tabelle sind einige repräsentative Internet-Websites aufgeführt, die Informationen zu diesem Thema bereitstellen. Die Health Physics Society billigt oder überprüft die Richtigkeit der auf diesen Websites bereitgestellten Informationen weder. Sie werden nur zur Information bereitgestellt.

• Bioelectromagnetics Society
• US Department of Defense
• European BioElectromagnetics Association
• Federal Communications Commission
• der US-amerikanischen Food and Drug Administration
• ICNIRP (Europa)
• IEEE
• Mikrowelle News
• J., Moulder, Medical College of Wisconsin
• National Council on Radiation Protection & Maße
• UK Health Protection Agency Radiation Protection Division
• US OSHA
• Wireless-Industrie (CTIA)
• Health Canada RF-Seite
• World Health Organization (WHO)