ПРЕГЛЕД НА СТАНДАРТИТЕ ЗА БЕЗОПАСНОСТ ПРИ РАДИОЧЕСТОТНА / МИКРОВЪЛНОВА РАДИАЦИЯ

Прочетено: 139

Целият документ в оригинал можете да видите тук

____1994_rf_effects_usaf

RL-TR-94-53

Вътрешен доклад

Юни 1994

ПРЕГЛЕД НА СТАНДАРТИТЕ ЗА БЕЗОПАСНОСТ ПРИ РАДИОЧЕСТОТНА / МИКРОВЪЛНОВА РАДИАЦИЯ

Скот М. Болен

Превод от английски

Radiofrequency/Microwave Radiation Biological Effects and Safety

Standards: A Review

Scott M. Bolen

Одобрен за публично известяване; Неограничено разпространение

Лаборатория “Рим”

Командване на военновъздушните сили, материална част

Военновъздушна база Грифис, Ню Йорк, САЩ

РАЗСЕКРЕТЕНО

Преглед на стандартите за безопасност при радиочестотна / микровълнова радиация

Скот М. Болен

Юни 1988

АБСТРАКТ

Проучването на излагането на хора на радиочестотна / микровълнова (РЧ/МВ) радиация е обект на широко разследване и анализ. Неформално е известно че електромагнитната радиация има биологичен ефект върху човешката тъкан. Беше направен изследователски опит да се определят количествено ефектите на радиационното облъчване върху човешкото тяло и да се посочат безопасните нива на експозиция. Представен е преглед на съответните констатации, заедно с препоръчания стандарт за безопасност на Американския национален институт по стандартизация (ANSI) (C95.1-1982) и допустимата граница на ВВС на САЩ за радиационно облъчване RF/140 (стандарт AFOSH 161-9, 12 февруари 87). Преглед на изследванията, проведени в Съветския съюз и Източна Европа, също е включен в този доклад.

ВЪВЕДЕНИЕ

През 1956 г. Министерството на отбраната (DOD) насочи въоръжените сили да изследват биологичните ефекти от излагането на радиочестотна / микровълнова (РЧ/МВ) радиация. Отделите на армията, флота и военновъздушните сили възложиха тази три-службена програма под наблюдението на ВВС, за да се изпълни директивата за DOD [14], [15]. Римският (Ню Йорк) център за разработки на ВВС и Щабът за изследвания и разработки на ВВС в крайна сметка получиха отговорността за управлението на програмата. На 15-16 юли 1957 г. се проведе първата от четирите три-службени конференции, за да се обсъдят ефектите на РЧ/МВ радиация. Тези конференции бяха първите големи усилия, положени от научната общност за изследване на биологичните ефекти от излагането на РЧ/МВ радиация [14]. Оттогава изследователите откриха редица биологични ненормалности, които могат да възникнат в живите организми. Излагането на човешкото тяло на РЧ/МВ лъчение има много биологични последици. Ефектите варират от безобидни усещания за топлина до сериозни физиологични увреждания на окото [1], [2], [5], [6], [8], [15]. Има също така доказателства, че РЧ/МВ радиация може да причини рак [8].

Поглъщането на излъчваната от РЧ/МВ енергия причинява появата на биологични реакции в тъканите на човешкото тяло. За да се определят нивата на безопасна експозиция и да се разбере ефектът от РЧ/МВ радиация е необходимо да се познават абсорбционните характеристики на човешката тъкан. Националният институт за безопасност и здраве на труда (NIOSH) [8] съобщава за няколко физични свойства, които отчитат усвояването на енергията в биологични материали. Факторите, които управляват абсорбцията на енергия, включват: (1) силата на външното електромагнитно (EM) поле, 2) честотата на източника на РЧ/МВ, 3) степента на оводненост на тъканта и 4) физическите размери, геометрия и ориентация на абсорбиращото тяло по отношение на радиационното ЕМ поле [8]. Има известни разногласия между изследователите при определяне на конкретна мярка за дозата на РЧ/МВ радиация, получена от биологичните материали. Най-често приетата мярка е специфичната степен на абсорбция (SAR). SAR се определя като скоростта, с която излъчваната РЧ/МВ енергия се предава на тялото – обикновено в единици ват на килограм (W/Kg) [4]. Отлагането на енергия, определено като миливат на квадратен сантиметър (mW/cm²) върху облъчената повърхност, също е широко прието [9].

Въз основа на известните скорости на абсорбция и присъщите биологични ефекти на излъчваната енергия от РЧ/МВ, изследователите са разработили редица стандарти относно безопасните нива на експозиция. В някои случаи стандартите, препоръчвани от различни проверяващи органи, са в конфликт. Например стандарт 161-9 на ВВС на САЩ (USAF) (влязъл в сила на 12 февруари 1987 г.) позволява допустимо ниво на експозиция от 10 mW/cm² за лица, работещи в зони с ограничен достъп, и 5 mW/cm² за лица, работещи в неограничени райони [10]. Насоките на ANSI определят максимално безопасно ниво на експозиция от 5 mW/cm² върху цялата зона на тялото за всеки, който е в контакт с РЧ/МВ радиация [9]. Тези различия отразяват начина, по който всеки проверяващ орган е интерпретирал наличните данни за излъчване на РЧ/МВ радиация.

БИОЛОГИЧНИ ЕФЕКТИ

Известно е, че излагането на РЧ/МВ радиация има биологичен ефект върху животни и хора. Увреждането на основните органи, нарушаването на важни биологични процеси и потенциалният риск от рак представляват опасността от РЧ/МВ радиация за живите организми. Изглежда, че пулсиращата радиация (ПР) оказва най-голямо влияние върху биологичните материали [8].

Реакцията на биологичните материали при поглъщането на топлинната енергия е най-чувствителният ефект от излагането на РЧ/МВ радиация [7]. Енергията, излъчвана от източник на РЧ/МВ, се абсорбира от човешката тъкан предимно като топлина. В този случай излъчената енергия се разполага в молекулите на тъканта. Диполните молекули на водата и протеина се стимулират и вибрират, докато енергията се абсорбира в цялата облъчена тъканна област. Йонна проводимост ще се появи в същата зона, в която радиацията се абсорбира. Именно от тези два естествени процеса лъчевата енергия се преобразува в топлина [11]. Топлинният ефект на непрекъснатата вълна (НВ) и на ПР се счита за еднакъв [13].

Нетермалните реакции могат да бъдат по-малко забележими и често са по-трудни за обяснение от топлинните ефекти. Тези реакции са свързани с нарушенията в тъканта, които не са причинени от нагряване. Електромагнитните полета могат да взаимодействат с биоелектричните функции на облъчената човешка тъкан [8]. Изследванията, проведени в Съветския съюз и Източна Европа, показват, че човешкото тяло може да е по-чувствително към нетермалните ефекти на РЧ/МВ радиация [3].

Има много съобщени биологични ефекти върху хора и животни, които са изложени на РЧ/МВ радиация. Преглед на важните констатации следва:

Загряващ ефект върху кожата

Повечето РЧ/МВ радиация прониква само до външната повърхност на тялото. Това е особено вярно за РЧ/МВ честоти над 3 GHz, където вероятната дълбочина на проникване е около 1-10 mm [3]. При честоти над 10 GHz абсорбцията на енергия ще се осъществява най-вече на външната повърхност на кожата. Тъй като топлинните рецептори на тялото се съдържат предимно в този регион, възприемането на РЧ/МВ излъчване при тези честоти може да бъде подобно на това на инфрачервената (ИЧ) радиация [3], [6].

През 1937 г. Дж. Харди и Т. Опел публикуват изследователска статия за топлинните ефекти на ИЧ радиация. Откритията им са използвани от Ом Ганди и Абас Риази [6] да обяснят топлинния ефект на РЧ/МВ радиация върху човешкото тяло (справка за Харди и Опел може да бъде намерена в [6]). Фигура 1 показва резултатите, получени от доклада от 1937 г. Както са описани от Ганди и Риази, откритията, представени от Харди и Опел, показват, че усещанията за топлина започват да възникват, когато цялото тяло се облъчва при плътност на мощността на НВ около 0,67 mW/cm². Харди и Опел базират работата си на излагане на ИЧ радиация. От други публикувани доклади Ганди и Риази отбелязват, че съществува връзка между излъчващата честота на инцидентната РЧ/МВ енергия и прага на възприятие. Например, на открита зона на челото от 37 cm² се съобщава за възприемане на топлина при инцидентна плътност на мощността от 29,9 и 12,5 mW/cm² от източници, излъчващи съответно 3 и 10 GHz [6].

Други наблюдения, направени от Харди и Опел, показват, че когато се облъчват по-малки площи на тялото, се изискват по-големи плътности на мощността, за да се стимулират топлинните рецептори в кожата. Ганди и Риази успяха да потвърдят този резултат с доклади от скорошни статии. Те открили, че облъчването на открита телесна площ от 40,6 cm² до плътност на мощността около 21,7 mW/cm² води до същото термично възприятие, както при облъчването на по-малка телесна площ от 9,6 cm² до плътност на мощността от около 55,9 mW/cm². Харди и Опел съобщават, че топлинните усещания са възникнали в рамките на около 3 секунди след облъчване на телесната тъкан. По-новите открития показват време за реакция близо до 1 секунда [6].

Ганди и Риази [6] също съобщават, че дълбочината на проникване на РЧ/МВ радиация оказва влияние върху прага на плътността на мощността, необходим за стимулиране на възприемането на топлина. За сравнение ИЧ лъчение няма да проникне във външната повърхност на тялото толкова дълбоко, колкото РЧ/МВ лъчение, излъчвано с честота 2,45 GHz. Клиничните наблюдения показват, че облъчването на вентралната повърхност на ръката чрез РЧ/МВ радиация с източник на 2,45 GHz ще предизвика усещане за топлина, когато плътността на инцидентната мощност е около 26,7 mW/cm². При инцидентно инфрачервено излъчване се наблюдава възприемане на топлина при плътност на мощността 1,7 mW/cm². Те прецениха, че при милиметрови дължини на вълната възприемането на топлина може да се прояви при ниво на плътност на мощността от около 8,7 mW/cm².

Излагането на по-високи нива на радиация може да причини сериозни биологични ефекти. Поради физическите размери и геометрията на човешкото тяло, излъчената енергия от РЧ/МВ неравномерно се отлага върху повърхността на цялото тяло. Някои участъци на кожата и външната повърхност на тялото ще абсорбират по-големи количества от излъчената енергия. Тези зони ще бъдат маркирани като “горещи точки” от високи температури [7], [11], [16]. Експерименти, проведени върху лабораторни животни, показват, че изгарянията на кожата обикновено се появяват в зоните на горещите точки. Проникването на РЧ/МВ радиация също води до изгаряния на кожата сравнително дълбоко [11]. При експерименти, спонсорирани от Три-сервизната комисия, беше съобщено, че изгарянето на РЧ/МВ радиация на ребрата на кучета е причинило тежко подкожно увреждане, което видимо не се е появило седмици след нанасянето на нараняването [20]. Изгарянията могат да причинят повишена съдова пропускливост. Това може да доведе до значителни загуби на телесни течности и електролити. Сериозните изгаряния могат да предизвикат загуба на течност за няколко дни. Кръвообращението може да бъде променено в засегнатата област и други биологични функции могат да бъдат засегнати косвено [12].

Хипертермия на цялото тяло

Топлинната енергия, погълната от цялото тяло, може да причини повишаване на телесната температура. Когато човешкото тяло бъде облъчено от източник на РЧ/МВ при интензивна плътност на мощността от 10 mW/cm², ще има повишаване на телесната температура с около 1° C. Общата топлинна енергия, погълната при тази плътност на мощността, е около 58 вата. Обикновено в покой човешката основна метаболитна скорост е около 80 вата и е около 290 вата в периоди на умерена активност. Излагането на човешкото тяло на ниско-мощна РЧ/МВ радиация не изглежда да представлява значителна топлинна опасност. Тези данни бяха отчетени от Министерството на здравеопазването, образованието и благосъстоянието на САЩ [3].

Нежелани биологични ефекти могат да възникнат, когато тялото е подложено на високи дози РЧ/МВ радиация [16]. В този случай големи количества топлинна енергия могат да бъдат абсорбирани от тялото. Драматичният приток на енергия може да претовари механизмите за терморегулация. Ако излишната топлина не може да бъде отстранена, основната температура на тялото ще се повиши до опасно ниво, което ще доведе до хипертермия [12], [16]. Биологичният отговор на натрупването на излишна топлина е разширяването на кръвоносните съдове на повърхността на кожата и изпаряването на водата чрез изпотяване. Това са основните механизми за разсейване на топлината. Хипертермията може да причини тежка дехидратация и загуба на електролити като натриев хлорид. Други вредни ефекти включват треска, топлинно изтощение и топлинна умора. Топлинният стрес е най-сериозната последица от хипертермията. Сърдечната недостатъчност и топлинният удар могат да бъдат резултат от топлинен стрес [12].

Забелязано е също, че хипертермията може да причини нараняване на кръвно-мозъчната бариера (КМБ) [19]. Тази бариера се отнася до няколкото биологични материала, които отделят основните елементи на централната нервна система от кръвта [18]. Високите церебрални температури над 43° C могат да увредят КМБ. Резултатът може да бъде нарушаване на непрекъснатостта или целостта на кръвоносните съдове и влошаване на притока на кръв и други телесни течности в мозъка [19].

Местна хипертермия

Неравномерното отлагане на излъчвана от РЧ/МВ енергия върху цялата повърхност на тялото води до нагряване на тялото неравномерно. Местните райони, където температурата се повишава над 41,6° C, могат да получат увреждане на тъканта [16]. В тези области е възможно да се отделят вредни токсини в резултат на високите температури. Загряването може да доведе до повишена пропускливост на клетъчните мембрани и кръвните капиляри. Увеличаването на пропускливостта на капилярите може да доведе до загуба на плазмени протеини. Денатурацията на протеините може да се случи и в клетките [11], [16]. Това може да доведе до промени във физическите свойства и биологичните функции на протеините [18]. Денатурацията на протеините също може да доведе до активиране на полипептидни и хистамино-подобни вещества [11], [16]. Хистамините могат да стимулират стомашната секреция, да ускорят сърдечната честота и да причинят разширяване на кръвоносните съдове, което води до по-ниско кръвно налягане [18]. Зоните на тялото, където кръвообращението е лошо или където термичната регулация е недостатъчна, са по-податливи на нараняване [11].

Канцерогенни ефекти

Канцерогенните ефекти от излагането на РЧ/МВ радиация не са добре известни. Трудно е да се установи връзка с рака по клиничен път. Проблемът, който изследователите имат при свързването на РЧ/МВ радиация с рака, е че самата болест е широко разпространена и може да бъде причинена от различни фактори на околната среда. Всъщност ракът е втората водеща причина за смърт в САЩ. Съществуват обаче публикувани доклади, които разкриват известна представа за канцерогенната природа на РЧ/МВ радиация. Нетермалните ефекти могат да дадат важни указания за разбирането на канцерогенните реакции в човешкото тяло [8], [32].

Патологични доклади

През 1962 г. С. Праусниц и C. Сускинд съобщават експериментални резултати, които показват нарастване на рака сред тестовите животни, изложени на РЧ/МВ радиация. В експеримента 100 мъжки швейцарски албиносни мишки бяха облъчени от 10 GHz РЧ/МВ източник при инцидентна плътност на мощността от около 100 mW/cm². Мишките бяха изложени в продължение на 4,5 минути на ден, 5 дни седмично за общо 59 седмици. Беше отбелязано, че облъчването е довело до повишаване на температурата на цялото тяло на мишките около 3.3° C. При изследването е установено, че 35% от мишките са развили рак на белите кръвни клетки. Заболяването се наблюдава като моноцитна или лимфна левкоза или като лимфна или миелоидна левкемия. Само 10% от подобна контролна група са развили рак [21].

Има няколко твърдения, че РЧ/МВ радиацията е предизвикала рак при хората [8], [15]. Техническият доклад на NIOSH [8] цитира обвинения, повдигнати в началото на 70-те години срещу Филко-Форд и Корпорацията Боинг, че професионалното излагане на РЧ/МВ радиация е причинило рак сред служителите. Съобщава се за един инцидент във всяка компания. Във „Филко-Форд“ се твърдеше, че излагането причинява рядка форма на рак на мозъка при един работник, което в крайна сметка води до смърт. Във всеки от случаите не е имало научно доказателство, че РЧ/МВ радиация е предизвикала рак у служителите на компанията. Имаше и доклад, че ЕМ полета предизвикват рак при индивид, който е работил в американското посолство в Москва. Отново няма научни доказателства, които да подкрепят твърдението [8].

Наскоро местният вестник Обзървър Диспач, публикуван в Ютика, Ню Йорк, съобщи, че току-що е завършено голямо проучване в Швеция. Проучването стигна до заключението, че децата, които живеят в близост до електропроводи, имат по-голям риск от развитие на левкемия, отколкото децата, които живеят по-далеч от електропроводите. Изследването включва 500 хиляди души и предоставя някои доказателства за свързване на ЕМ полета, предизвикани от нискочестотни електропроводи, с рака. Изследователите обаче предупредиха да не се правят твърди заключения в резултат на изследването [33].

Ефект върху хромозомите

Наблюдава се, че нарушенията в хромозомната активност могат да причинят поява на ракови отклонения от нормалното в човешкото тяло. През 1974 г. статия, публикувана от К. Чен, A. Самуел и Р. Хoпингарнер (справката се намира в [8]), съобщава, че хромозомните аномалии могат да бъдат свързани с хронична миелоидна левкемия. Сериозните генетични мутации също могат да бъдат резултат от такива отклонения, които могат да доведат до злокачествени заболявания в тъканта [8].

През 1976 г. А. А. Капустин, М. И. Руднев, Г. И. Леонская и Г. И. Кнобецова (справката се намира в [17]) съобщиха за промени в хромозомите на клетките на костния мозък при лабораторни животни, които са били изложени на РЧ/МВ радиация. Те изложили лабораторно-отгледани албиносни плъхове на източник от 2500 MHz РЧ/МВ при нива на инцидентната плътност на мощността от 50 и 500 uW/cm². Облъчването продължило 7 часа на ден в продължение на 10 дни. При изследване на животните те наблюдават хромозомни аномалии, които се появяват във форми, описани като полиплоидия, анеуплоидия, хорматично отстраняване, ацентрични фрагменти и хроматични пропуски [17].

Техническият доклад на NIOSH [8] обобщава констатациите на няколко изследователи. Наблюдават се хромозомни и митотични аномалии в различни животински и човешки клетки за различно излагане на РЧ/МВ радиация. ПР и НВ излъчването с честота от 15 до 2950 MHz и плътността на мощността от 7 до 200 mW/cm² са причинили аномалии в хромозомите. Докладваните ефекти включват: линейно скъсяване на хромозомите, нередности в хромозомната обвивка, анормални мостове и лепкавост, транслокации, хромозомни разкъсвания и празнини, хроматидни разкъсвания, ацентрични хромозоми, дицентрични хромозоми, премахвания, фрагментация и пръстеновидни хромозоми [8].

Мутагенни ефекти

Съобщените данни показват, че биологичното взаимодействие с ЕМ полета може да причини образуването на мутагени в клетките. През 1974 г. трима съветски изследователи Даниленко, Мирутенко и Кудренко (справката е в [8]) публикуват резултати, показващи мутагенния ефект на РЧ/МВ радиация. Наблюдава се, че мутагените се образуват в клетки, които са облъчени от източници на пулсираща РЧ/МВ, работещи при 37 GHz и 1 mW/cm² мощност. Те стигнаха до заключението, че облъчването на тъканите от пулсиращи РЧ/МВ източници причинява клетъчните мембрани да станат по-пропускливи за разрушителните химични мутагени [8].

Резултатите, публикувани през 1963 г. от Г. Х. Мики (справката е в [8]), показват, че настъпват наследствени промени в зародишните клетки на дрозофила, които са били изложени на импулсно модулирано РЧ/МВ лъчение за носещи честоти между 5-40 MHz [8]. Доказателства за индуцирана от РЧ/МВ тератогенеза при животни също са докладвани от изследователите. Ефектът от излагането на НВ радиация е наблюдаван от Рю и МакМанауей през 1976 г. (справката е в [8]). Те откриха големи вродени аномалии в плодовете на гризачите, които бяха облъчени от 2450 MHz РЧ/МВ източник при интензивна мощност от 107,4 mW/g [8].

Лимфобластоидни трансформации

Лимфобластоидните трансформации се отнасят до промени във физическия характер на лимфобластите. Зрелите лимфобластни клетки (т.е. лимфоцити) участват в имунната система на тялото [18]. Лимфобластоидните трансформации, предизвикани от РЧ/МВ лъчение, изглежда са подобни на трансформации, присъстващи при нарушения, допринасящи за анормален растеж в лимфоидните тъкани и при някои видове левкемия. РЧ/МВ-радиационните трансформации, обаче, изглежда не са злокачествени и няма вероятност да се разпространят сред здравите клетки [8].

Стодлинк-Баранска съобщава (справката е в [8]), лимфобластоидни трансформации, които възникват, когато човешките лимфоцитни клетки са били изложени на 2950 MHz импулсен РЧ/МВ източник при нива на плътност на мощността от 7 и 20 mW/cm². През 1975 г. П. Черски също съобщава (справката е в [8]) наблюдението на лимфобластоидни трансформации след облъчване на пречистени суспензии на лимфоцити от човек от източник на РЧ/МВ, излъчващ при 2950 MHz с променливи нива на мощността. В допълнение, Черски съобщава за резки трансформации, възникващи при възрастни мишки и зайци, които са били облъчени от импулсен източник на РЧ/МВ, излъчващ при 2950 MHz и при ниски нива на плътност на мощността съответно 0,5 и 5 mW/cm² [8].

Онкогенни ефекти

Онкогенните ефекти са свързани с дисбалансите в регулаторните механизми на организма. Доклад от 1974 г., публикуван от Е. Климкова-Дойчова (справката е в [8]), твърди, че лицата, изложени на РЧ/МВ радиация, изпитват биохимични реакции. Докладът посочва промени в нивата на кръвната захар на гладно, понижена способност за отделяне на нормални метаболитни отпадъци и понижени серумни нива на пируват и лактат. Тези биохимични реакции сочат възможността за възникване на регулаторни неизправности в организма. Предполага се, че някои регулаторни дисбаланси могат да насърчат растежа на туморите. Наблюдава се промяна в хормоналните нива, които да причинят онкогенни ефекти в тъканите, които изискват хормоналните баланси да функционират правилно. Наличието на хормони в други тъканни области може да повлияе на развитието на съществуващите тумори в тези области [8].

Сърдечно-съдови ефекти

Повечето от сърдечно-съдовите ефекти на РЧ/МВ радиация са докладвани от изследователи в Съветския съюз и Източна Европа. Съветските изследователи твърдят, че излагането на ниски нива на РЧ/МВ радиация, които не са достатъчни да предизвикат хипертермия, може да причини отклонения в сърдечно-съдовата система на тялото [7].

Един експеримент, извършен върху зайци, показва, че са възможни няколко вида сърдечно-съдови дисфункции. РЧ/МВ източник, излъчващ 2375 MHz, е използван за облъчване на зайци за тестов период от 60 дни при различна интензивност на полето. За силата на полето, варираща от 3-6 V/M, изследователите отбелязват рязко увеличение на сърдечния пулс на животните. Този ефект се наблюдава да намалява с времето. Излагането на силови полета от 0,5-1,0 V/M причини сърдечния пулс да стане по-нисък от нормалната. Не се съобщава за зайци, които са били изложени на интензитет на ЕМ полета под 0,2 V/M [17]. Други ефекти, наблюдавани от съветските изследователи, са промените в ЕКГ и ниското кръвно налягане [7], [17].

Техническият доклад на NIOSH [8] се позовава на съветско проучване, публикувано през 1974 г. от М. Н. Садчикова, което предполага известна връзка между излъчването на РЧ/МВ радиация и потенциала за сърдечно-съдовите смущения при хората. Изследователите прегледали 100 пациенти, страдащи от лъчева болест. Установено е, че 71 от пациентите имат някакъв вид сърдечно-съдов проблем. Повечето от тези пациенти са били изложени на РЧ/МВ радиация за периоди от 5-15 години. По-малка група пациенти, изложени на по-кратки периоди от време, също са имали сърдечно-съдови нарушения. Проучването стигна до заключението, че съществува вероятна връзка между излагането на РЧ/МВ радиация и сърдечно-съдовите заболявания [8].

Проектът „Северна Карелия“

В отговор на по-ранните съветски доклади Световната здравна организация (СЗО) реши да проведе цялостно проучване за биологичните ефекти от излагането на РЧ/МВ радиация. През 1976 г. М. Зарет публикува резултатите от проучването (справката е в [8]). Разследването на СЗО се фокусира върху населението на Северна Карелия, отдалечен район на Финландия, който граничи със Съветския съюз. Този регион е избран поради близостта му до тогавашната съветска радарна станция за ранно предупреждение. Северна Карелия е географски разположена по пътя на междуконтиненталните балистични ракети, които биха дошли от Средния запад на САЩ. За да открият тези ракети, Съветите са конструирали редица разсейващи тропосферни радарни единици с висока мощност, в съседство с езерото Ладога. Експлоатацията на тези устройства излага жителите на Северна Карелия на големи дози земна и разсеяна радиация. Разследването на СЗО намери доказателства, свързващи излагането на РЧ/МВ радиация със сърдечно-съдовите заболявания и рака. Населението на Северна Карелия страда от необичайно голям брой инфаркти и случаи на рак. Освен това беше установено, че степента на страдания от тези заболявания е много по-висока сред жителите, живеещи най-близо до мястото на радара [8].

Хематологични ефекти

Има доказателства, че РЧ/МВ радиация може да повлияе на кръвта и кръвообразуващите системи на животни и хора. Експериментите, проведени в Съветския съюз, показват промени в нивата на кръвните клетки и промени в биологичната активност на хематологичните елементи. Други изследователи съобщават за подобни ефекти [7], [8], [17].

Резултатите от експеримент, докладван през 1979 г. от В. M. Щемиер, показват намаляване на биологичната активност на бутирил холинестеразата при плъхове, които са били изложени на импулсно РЧ/МВ лъчение (справката е в [17]). Експериментът подложи 15 плъхове на импулсен РЧ/МВ източник с 3000 MHz с инцидентна плътност на мощността от 10 mW/cm². Плъховете са облъчвани за 1 час на ден в продължение на няколко дни. След 42 дни се наблюдава загуба на биологична активност на ензима бутирил холинестераза, причинена от намаляване на концентрацията на ензима в кръвния поток на плъховете [17]. Холинестеразата е катализатор в хидролизата на ацетилхолин в холин и анион. Холинът е полезен ензим, който предотвратява отлагането на мазнини в черния дроб [18].

В друг експеримент 20 мъжки плъхове бяха изложени на импулсен РЧ/МВ източник от 2376 MHz с инцидентна плътност на мощността от 24,4 mW/cm². Всеки плъх беше изложен в продължение на 4 часа на ден, 5 дни в седмица в продължение на 7 седмици. Периодично са взимани кръвни проби и са изследвани за аномалии. След многократно облъчване е установено, че броят на лимфоцитите и левкоцитите (белите кръвни клетки) в кръвния поток на плъховете е по-нисък от нормалния. Биологичната активност на алкалната фосфатаза в неутрофилнита левкоцити също бе повишена при облъчването на плъховете [17].

Резултатите от няколко други експеримента са обобщени в техническия доклад на NIOSH [8]. Установено е, че РЧ/МВ радиацията причинява: увеличаване на количеството на ексудат (маса от клетки и течност, изтичаща от кръвоносните съдове или орган, особено при възпаление) в костния мозък, преходното изчезване на мастните клетки от костния мозък, унищожаване и загуба на основни клетки от костен мозък, недоразвит костен мозък, намаляване на броя на червените кръвни клетки и дисбаланс в броя на лимфоцитите в кръвния поток [8].

Ефект върху централната нервна система

Има документирани доказателства, че излагането на РЧ/МВ лъчение може да причини смущение в централната нервна система (ЦНС) на живите организми [3], [8], [11], [17]. Съветските изследователи твърдят, че излагането на ниско ниво на радиация може да предизвика сериозни дисфункции на ЦНС. Експериментите, проведени в Съветския съюз и Източна Европа, са изложили живи субекти на нивата на радиация, които са близо или под препоръчаните безопасни нива, предписани от стандарта ANSI и стандарта AFOSH на ВВС [17].

Патологичен доклад

Съветски изследователи твърдят, че централната нервна система (ЦНС) е силно чувствителна към радиация РЧ/МВ [3], [8], [11], [17]. Техническият доклад на NIOSH [8] обобщава резултатите от патологично проучване, публикувано от А. А. Летавет и З. В. Гордън през 1960 г. Изследователите съобщават, че са открити няколко нарушения, свързани с ЦНС, сред 525 работници, изложени на РЧ/МВ радиация. Симптомите бяха изброени като: хипотония, по-бавна от нормалната сърдечна честота, увеличаване на съдържанието на хистамин в кръвта, повишаване на активността на щитовидната жлеза, нарушаване на ендокринно-хормоналния процес, промени в чувствителността към миризма, главоболие , раздразнителност и повишена умора. Други изследователи са признали подобни биологични отговори [8].

Експериментални резултати на Съветския съюз

В Съветския съюз и Източна Европа са проведени няколко експеримента, които демонстрират разнообразни биологични ефекти, които могат да възникнат при живите организми. Наблюденията на лабораторни животни, подложени на ЕМ полета с ниска мощност, показват промени в електрическата активност на мозъчната кора и нарушения в активността на невроните [17].

Л. К. Йерешова и Ю. Д. Думански (справката е в [17]) изложили зайци и бели мъжки плъхове на източник на НВ 2,50 GHz РЧ/МВ. Животните били облъчвани 8 часа на ден за период от 3 до 4 месеца при нива на плътност на мощността от 1, 5 и 10 uW/cm². Наблюдава се, че зайците, изложени на нивата на плътност на мощностите 5 и 10 uW/cm², претърпяват промени в електрическата активност на мозъчната кора и нарушения на условно-рефлекторния отговор. Те стигнали до извода, че излагането на РЧ/МВ радиация причинява смущения във висшите функциониращи центрове на ЦНС при лабораторните животни [17].

Експеримент, проведен от В. Р. Файтелберг-Бланк и Г. М. Перевалов, демонстрира биологичните ефекти на РЧ/МВ радиация върху активността на невроните (справката е в [17]). Те са подложили шиншилови зайци на 460 MHz РЧ/МВ източник при инцидентни плътности на мощността от 2 и 5 mW/cm². Облъчвани се само главите на зайците и излагането им продължавало 10 минути. Експозицията при ниво на плътност на мощността 2 mW/cm² предизвика невронната активност да се увеличи и предизвика реакция на активиране на електроенцефалограма (ЕЕГ). Наблюдава се, че невронната активност намалява при по-високо ниво на плътност на мощността. Тези резултати показват, че РЧ/МВ радиация може да причини неврофизиологични промени при животните. Тези биологични реакции могат да зависят от интензивността на излъчването [17].

Ефекти на поведението

Наблюдавано е излагане на РЧ/МВ радиация, което води до нарушаване на поведението на животните. Експериментите, проведени върху плъхове и нечовешки примати, показват, че обусловените отговори могат да бъдат променени в резултат на облъчването. Изследователите посочват, че поведението може да бъде най-чувствителният биологичен компонент на РЧ/МВ радиация [1], [7], [9], [29].

Д. Р. Джъстисин и Н. У. Кинг (справката е в [7]) съобщават експериментални резултати, които демонстрират дегенеративен ефект на поведение при лабораторни животни, изложени на РЧ/МВ радиация. Резултатите са публикувани през 1970 г. Те излагали плъхове на 2450 MHz-ва система с мултимодална резонансна кухина. Експозицията била периодична с време на облъчване, продължило 5 минути и повтарящо се всеки 5 минути. Този цикъл се поддържал в продължение на 60 минути. Експериментът тествал ефекта на облъчване на цялото тяло при скорости на абсорбция на енергията от 3.0, 6.2 и 9.2 W/kg. Наблюдавано било, че при SAR от 6,2 W/Kg поведенческите показатели на плъховете значително се влошили и активността обикновено се прекратявала в края на 60-минутния период на експозиция [7].

През 1977 г. Джеймс Лин, Артър Гай и Лин Колдуел [29] съобщават експериментални резултати, които показват промени в поведенческия отговор на плъхове, които са били изложени на РЧ/МВ радиация. Бели женски плъхове бяха обучени да изпълняват движение „издигане на главата“ в замяна на топче с храна. Общият брой на такива движения беше преброен по време на всяка сесия на експозиция, за да се определи количествено ефектът от облъчването. Животните бяха изложени на 918 MHz РЧ/МВ източник при нива на плътност на мощността от 10, 20 и 40 mW/cm². Клиничното наблюдение показа, че базовите отговори остават непроменени при облъчване с по-ниски нива на плътност на мощността от 10 и 20 mW/cm². При 40 mW/cm² обаче поведенческите реакции намаляват бързо след 5 минути непрекъсната експозиция. След около 15 минути излагане, поведенческата активност се прекратява. Определено е, че пиковата абсорбция на енергията при 40 mW/cm² е около 32 W/Kg, а средната абсорбция е 8,4 W/Kg по цялата повърхност на тялото [29].

Синергичен ефект на лекарства и РЧ/МВ радиация

През 1979 г. Дж. Р. Томас и др. съобщават, че психоактивните наркотици и РЧ/МВ радиация могат да имат синергетичен ефект върху живите организми (справки за Томас могат да бъдат намерени в [1]). Бяха проведени експерименти върху лабораторни животни. Мъжки албиносни плъхове били дрогирани с декстроамфетамин и облъчвани с импулсен 2450 MHz РЧ/МВ източник при 1 W/cm² интензитет на мощност за периоди от 30 минути. Установено е, че броят на клиничните отговори в минута, наблюдавани при плъхове, намалява по-бързо под въздействието на двата агента, отколкото в контролното състояние, при което било приложено само лекарството. Това показва, че ефектите на РЧ/МВ радиация могат да бъдат засилени от някои лекарства [1].

Възстановителен (аналептичен) ефект при животните

Съобщава се, че импулсното РЧ/МВ лъчение има аналептичен ефект при лабораторни животни. Експерименталните резултати, представени от Р. Д. Макафи през 1971 г., показват, че анестезираните животни могат да бъдат събудени чрез облъчване от импулсен 10 GHz РЧ/МВ източник. Счита се, че енергийният инцидент върху тестовите животни е с плътност на мощността между 20-40 mW/cm². Експерименти, проведени върху плъхове, показват, че тези животни са били възбудени от състояния на дълбок сън чрез облъчване. Наблюдава се, че кръвното налягане на плъха се понижава едновременно с реакцията на възбуда, и се появят ларингеални спазми, когато плъхът се събуди. Макафи съобщи, че спазмите на ларинкса ще пречат на дихателните пътища, причинявайки гърчове, задушаване и в крайна сметка смърт. Други експерименти, проведени върху зайци, котки и кучета, показаха, че тези животни също могат да бъдат събудени чрез облъчване. По-големите животни обаче не се само-задушават. Наблюдава се повишаване на кръвното налягане на кучетата и котките при събуждането им. Във всички случаи реакцията на възбуда бе стимулирана само когато главата на животното беше облъчена. Не се наблюдава повишаване на телесната температура на изпитваните животни в резултат на облъчването. Това показва, че аналептичният ефект на РЧ/МВ радиация може да има нетермален характер [20].

Имунологичен ефект

Установено е, че излагането на РЧ/МВ лъчение води до физически промени в основните клетки на имунната система и до влошаване на имунологичните отговори [7], [17]. Резултатите от експериментите, публикувани от съветски и източноевропейски изследователи, показват, че облъчването може да причини нараняване и травма на вътрешните органи на тялото, които съставят имунната система. Дори излагането на ниски нива на РЧ/МВ лъчение може да наруши имунологичните функции [17].

Както беше обсъдено по-рано, лимфобластите могат да претърпят физически промени в резултат на облъчването. Лимфобластоидните мутагени са сходни по структура с левкемичните клетки [8]. Лимфобластите са предшествениците на левкоцитните клетки, които участват в имунната система [18].

През 1979 г. Н. П. Залюбовская и Р. И. Киселев (справката е в [17]) съобщават, че излагането на РЧ/МВ радиация причинява сериозни щети на имунната система на лабораторни животни. Те са изложили мишки на източник на РЧ/МВ, излъчващ 46.1 GHz с интензивност на инцидентната мощност 1 mW/cm² в продължение на 15 минути на ден в продължение на 20 дни; беше наблюдавано, че броят на левкоцитите в кръвния поток на мишките намалява в резултат на облъчването. Ефективните количества ензимни протеини в серума, които се комбинират с комплекса на антиген-антитялото и антибактериалните средства като лизозим, също бяха намалени. Залюбовская и Киселев отчитат намаляване на фагоцитната активност на неутрофилите и намалена устойчивост към инфекции, причинени от тетанови токсини. Имунитетът срещу коремен тиф и други тетанични токсини, предизвикан от ваксинация или от прилагането на антитоксини, се оказа неефективен. По-нататъшното изследване на мишките разкри нараняване и травма на вътрешните органи на тялото. Облъчването е причинило физически промени в тимуса, далака и лимфните възли. Лимфоидните органи претърпяха пълна загуба на маса [17].

Ефект върху окото

Клиничните изследвания показват, че излагането на РЧ/МВ лъчение причинява физиологично увреждане на окото, което може да доведе до загуба на зрението. Наблюдава се, че облъчването причинява образуването на катаракти в лещата на окото. Изглежда, че увреждането на тъканите е резултат от термична травма, предизвикана от загряващите свойства на РЧ/МВ радиация. Експериментите, проведени върху лабораторни животни, показаха тежко увреждане на очите в резултат на експозицията [30], [31].

Очна чувствителност

Излагането на окото под РЧ/МВ лъчение причинява физическа принуда, която може да доведе до увреждане на очната тъкан. Интензивността на инцидентната мощност и продължителността на облъчване са фактори, които определят степента на увреждането на тъканите. Лещата на окото изглежда най-податлива на РЧ/МВ енергия, излъчвана при честоти между 1-10 GHz. За този честотен диапазон беше наблюдавано, че влакната на лещата ще претърпят необратимо увреждане в по-голяма степен от другите очни елементи [30]. Лещовите влакна са дълги, подобни на нишки структури, които образуват веществото на лещата [18]. През 1979 г. Стивън Клиъри съобщава [30], че катарактите се образуват в лещата в резултат на промени в парацисталното състояние на протеините на лещата. Физическият, химическият или метаболитен стрес може да е причина за помътняване на лещата [30].

Експерименти върху зайци

Наблюдавано е тежко увреждане на тъканите при зайци, които са били изложени на RЧ/МВ радиация. Стивън Клеъри [30] съобщава, че интензивното излъчване на радиация може да причини “незабавно разкъсване, инжектиране, стесняване на зениците и предно размътване” в окото на зайците. Непрозрачността на лещите може да възникне, когато окото се облъчва от 2450 MHz RЧ/МВ източник при инцидентни нива на плътност на мощността от 100-300 mW/cm². При това ниво на експозиция се наблюдава катаракти, които се образуват 24-48 часа след облъчването [30]. През 1976 г., Крамер, Харис, Емери и Гай (справката е в [30]) съобщават за наблюдаване на образуването на катаракти в очите на зайци, които са били изложени на 2450 MHz RЧ/МВ радиация при инцидентна плътност на мощността от 180 mW/cm² с време на експозиция 140 минути [30].

Острото увреждане на очите и образуването на катаракти изглежда са резултат от локална хипертермия на окото. Наблюдава се обаче, че травмата, предизвикана от нагряване на очната тъкан, може да бъде уникална за експозиционните ефекти на РЧ/МВ радиация [30]. През 1975 г. Крамер, Харис, Емери и Гай (справката е в [30]) съобщават за подлагане на зайци на хипертермия, неиндуцирана от експозиция на РЧ/МВ радиация. Загряването води до повишаване на вътреочната температура на окото над нормата. Ретроленталната (зад лещата на окото) температура е била около 42° C. По време на тестовия период хипертермията е била поддържана приблизително 30 минути. Въпреки условията на нагряване, които са сходни с излагането на РЧ/МВ радиация, непрозрачност на лещата не е наблюдавана в очите на зайците [30]. Подобни резултати са докладвани и от други изследователи [30]. Тези резултати показват, че хипертермията сама по себе си може да не е достатъчна, за да предизвика образуването на катаракти. Може да е необходимо пряко излагане на РЧ/МВ радиация, за да предизвика непрозрачност в лещата [30].

Катаракти при хората

Известно е, че излагането на РЧ/МВ лъчение причинява катаракти в човешкото око. Документирани са няколко случая, в които се съобщава за предизвикани от РЧ/МВ катаракти при хората. Обикновено непрозрачността на лещите е резултат от нивата на експозиция, които са по-големи от определените в различните стандарти за безопасност. Въпреки това минималните нива на експозиция, достатъчни за причиняване на очно увреждане, не са сигурни [30].

През 1970 г. Зарет, Каплан и Кай (справката е в [30]) съобщават за голям брой катаракти, предизвикани у хора в резултат на професионална експозиция. Този доклад цитира 42 случая на хронично излагане на РЧ/МВ радиация. Те съобщиха, че работниците са понесли щети на капсулата на задната леща. В един случай периодите на експозиция са продължили около 50 часа на седмица в продължение на 4 години. През по-голямата част от 4-годишния период средното ниво на плътност на мощността беше приблизително 10 mW/cm². За един период от 6 месеца обаче нивата на плътност на мощността може да са достигнали 1 W/cm² [30].

През 1966 г. С. Клиъри и Б. Пастернак (справката е в [30]) публикуват резултатите от епидемиологично проучване на военни и промишлени микровълнови работници. Съобщава се, че в очните лещи на работниците са настъпили незначителни промени като възможен резултат от хронично излагане на РЧ/МВ радиация. Дефекти са открити в задния полюс на лещата. Клиъри и Пастернак отбелязаха, че броят на малките очни дефекти е свързан със специфичните професионални задължения на работниците. Най-голям брой дефекти е установен сред лица, работещи в научно-изследователската и развойна дейност. Резултатите от проучването се основават на сравнение на микровълновите работници с подобна контролна група. Изследователите стигнали до извода, че излагането на РЧ/МВ радиация е причинило лещата на окото да се състари по-бързо от нормалното [30].

Подобни случаи на окулярно увреждане, причинено от РЧ/МВ радиация, са докладвани от други изследователи. В един случай 22-годишен микровълнов техник е бил изложен 5 пъти за период от 1 месец на източник на лъчение от 3 GHz. Нивото на плътността на инцидентната мощност било около 300 mW/cm² и облъчването продължило приблизително 3 минути по време на всяко време на експозиция. Съобщава се, че техникът е развил двустранни катаракти в резултат на облъчването [30]. В друг случай М. Зарет (справката е в [30]) съобщава, че 50-годишна жена е развила катаракти след периодично излагане на микровълнова фурна от 2,45 GHz. Нивата на инцидентната плътност на мощността са били около 1 mW/cm² по време на работа на фурната и до 90 mW/cm² при отваряне на вратата на фурната [30].

Слухов ефект

Хората, изложени на импулсно РЧ/МВ излъчване, съобщават, че чуват звуци на пищене, щракане или бръмчене, излъчващи се от вътре или зад главата. Слуховият отговор е наблюдаван само за импулсно модулирано излъчване, излъчвано като група с импулсна квадратна вълна. Ширината на импулса и скоростта на повторение на импулса са фактори, които изглежда определят вида на възприемания звук [1], [31].

Джеймс Лин [31] съобщава, че слуховата сензация при хората се появява, когато главата се облъчва при средно ниво на плътност на мощността около 0,1 mW/cm² и пикова интензивност близо 300 mW/cm². Слухови реакции са наблюдавани за честотния диапазон от 200-3000 MHz и за широчината на импулсите от 1-100 us [32].

РЧ/МВ ОТЛАГАНЕ НА ЕНЕРГИЯ

Поглъщането на излъчваната енергия от РЧ/МВ предизвиква биологични реакции в живи организми. За да се разберат потенциалните ефекти на РЧ/МВ радиация, е важно да се определят количествено абсорбционните характеристики на биологичните материали. Изследователите са установили няколко основни фактора, които управляват абсорбцията на РЧ/МВ енергия от човешкото тяло. Експерименталните резултати показват, че дебелината на дрехите, физическите размери, степента на хидрирането и резонансната честота на човешкото тяло са важни параметри, които определят количеството енергия, погълната от тялото [1], [8], [9], [16], [22].

А. Специфична степен на абсорбция (SAR)

Специфичната степен на абсорбция (SAR) е мярка за дозата РЧ/МВ енергия, погълната от биологични материали. Тя има за цел да даде количествено разбиране на усвояването на енергията. SAR се определя като количеството енергия, което се предава на тялото като функция на телесната маса [4]. SAR обикновено се изразяват във ватове инцидентна мощност на килограм облъчена телесна маса (W/Kg) [4], [9].

Дълбочина на проникване на енергията

Известно е, че излъчената енергия от РЧ/МВ ще бъде погълната от тъканите на човешкото тяло. Дълбочината на проникване на енергия в тъканта зависи преди всичко от дължината на вълната на инцидентното лъчение и съдържанието на вода в тъканта [3], [6].

Енергията, излъчвана в лентата на милиметровата вълна, няма вероятност да проникне в повече от около 1 или 2 mm в тъканта [6]. По същество, РЧ/МВ енергия, излъчена на дължина на вълната под 3 сантиметра, ще бъде улавяна във външната повърхност на кожата. РЧ/МВ дължини на вълните от 3 до 10 сантиметра ще проникнат на дълбочина от около 1 до 10 мм. Най-голямата дълбочина на проникване в тялото ще възникне при дължини на вълната между 25 до 200 сантиметра. При тези дължини на вълната излъчваната РЧ/МВ енергия може директно да засегне вътрешните органи на тялото и да причини сериозни увреждания. Съобщава се, че човешкото тяло е „прозрачно“ за излъчваната РЧ/МВ енергия, излъчвана при дължини на вълната над 200 сантиметра. Също така, при честоти над 300 MHz беше наблюдавано, че дълбочината на проникване на енергия се колебае бързо с промените в честотата. По принцип дълбочината на проникване на енергия в тялото ще намалее с увеличаването на честотата на инцидентното излъчване. При 10 GHz абсорбцията на РЧ/МВ енергия ще бъде подобна на ИЧ лъчение [3]. Тези цифри бяха публикувани от Министерството на здравеопазването, образованието и благосъстоянието на САЩ [3].

Съдържанието на вода в човешката тъкан също ще повлияе на дълбочината на проникване на енергията в тялото. Ганди и Риази [6] съобщават че излъчването на милиметрова вълна прониква на по-малко от 2 mm в тялото поради „релаксацията на Дебие на водните молекули“ в тъканта [6]. Ефектът на Дебие е наблюдаван от холандски физик на име Петер Дебие [23]. Той открива, че ЕМ вълните се абсорбират от диелектрик поради молекулни диполи, присъстващи в диелектричния материал [24]. Водните молекули са по същество диполи, изградени от атоми на водород и кислород. Биологичните материали като кожата са диелектрици, които се състоят предимно от вода. Следователно, тези диелектрици са богати на молекулни диполи и са в състояние бързо да абсорбират радиацията от милиметровата вълна. Не се очаква високочестотните радиационни емисии да проникнат дълбоко в човешкото тяло [6].

Ефект на геометрията

Ориентацията на човешкото тяло по отношение на инцидентното ЕМ поле ще определи количеството РЧ/МВ енергия, която се абсорбира от тъканта. Експерименталните резултати, публикувани от Ом Ганди през 1980 г., показват, че условието за максимално поглъщане възниква, когато електрическото поле е успоредно на основната ос на тялото и посоката на разпространение на полето е от ръка до ръка. Фигура 2 показва количеството абсорбирана енергия спрямо честотата на излъчване за различни ЕМ полеви ориентации [22].

Ефект от честотата на резонанса

Изследователите съобщават, че човешкото тяло ще абсорбира най-голямо количество РЧ/МВ енергия от източници, излъчващи с резонансната честота на цялото тяло [1], [9], [22], [25], [27]. Стандартът ANSI [9] съобщава, че човешкото тяло ще абсорбира 7 пъти повече енергия от радиация, излъчвана с резонансна честота, отколкото с честота 2450 MHz [9]. Експериментите, проведени върху направени човешки модели, са използвани за определяне на резонансната честота на човешкото тяло [22]. Изследователите също са наблюдавали частични резонанси. Използват се компютърни симулационни техники за оценка на резонансната честота на човешката глава [26].

Резонансната честота при свободно пространство за цялото тяло е между 61,8-77 MHz за стандартен модел на човек [9], [22], [25]. Стандартният модел изобразява средностатистическия мъж, висок 175 см [9]. Експерименталните резултати имат тенденция да се различават донякъде от числовите изчисления. Стандартът ANSI [9] отчита честотата на резонанса на цялото тяло да бъде 70 MHZ [9]. По подобен начин експерименталните резултати, представени от Хагман, Ганди и Дърни [25], показват, че резонансната честота е между 68-71 MHz. Изчисленията, направени предварително от тези изследвания, поставят резонанса на цялото тяло на 77 MHz [25]. През 1980 г. Ом Ганди съобщава, че максималното поглъщане на енергия ще се получава при честоти, при които дължината на вълната на свободното пространство (λ) на инцидентното лъчение е около 2.50-2.77 пъти по-голяма от основната дължина (L) на тялото (т.е. λ> 2.50 L-2.77L). Тази формула поставя стойността на резонансната честота между 61,8-68,5 MHz за стандартния модел на човека. Когато човешкото тяло е в контакт с електрическо заземяване, резонансната честота на цялото тяло спада до около 47 MHz [22]. Фигура 3 показва SAR спрямо честотата на инцидентното ЕМ поле при условията на свободно пространство и на заземяване [22].

Числените изчисления, представени от Хагман, Ганди, Д’Андреа и Чатерджи [26], показват, че честотата на резонанса на свободното пространство на човешката глава е около 375 MHz [26]. В отделен доклад Ганди определи, че резонансът на главата ще възникне, когато дължината на вълната на свободното пространство на инцидентното лъчение е около 4 пъти по-голяма от диаметъра на главата [22]. Условието за максимално усвояване на енергия възниква, когато посоката на разпространение на ЕМ полето е успоредна на дългата ос на тялото. Тази ориентация се различава от състоянието, определено за абсорбцията на РЧ/МВ енергия от цялото тяло. Фигури 4 и 5 показват абсорбцията на енергия спрямо честотата за различни ЕМ полеви ориентации [26].

Е. Ефект на облеклото

Дрехите могат да действат като съпротивително-съответстващ трансформатор за РЧ/МВ излъчване. През 1986 г. Ганди и Риази [6] съобщават, че свързващата ефективност на облеклото може да достигне 90-95 процента при инцидентно излъчване в лентата на милиметровата вълнова ивица. Те определиха, че дебелината на облеклото и честотата на инцидентното лъчение са важни фактори в състоянието на свързаността. Фигура 6 показва връзката между дебелината на облеклото и ефективността на свързаността като функция от честотата. Авторите отбелязват, че мокрите или влажните дрехи всъщност могат да намалят количеството на абсорбираната от тялото енергия поради отпускането на водните молекули на Дебие [6].

СТАНДАРТИ ЗА ИЗЛАГАНЕ НА РЧ/МВ РАДИАЦИЯ

Излагането на живи организми на РЧ/МВ радиация може да има потенциално опасен биологичен ефект. За да се гарантира обществената безопасност и да се защити работното място срещу ненужното излъчване на РЧ/МВ радиация, Съединените щати и няколко други държави приеха защитни мерки. Максималните безопасни нива на експозиция, признати от отделните проверяващи органи, обикновено варират в резултат на различните интерпретации на наличните данни за експозиция на РЧ/МВ. Съществува голямо разграничение между допустимите нива на експозиция, наблюдавани в САЩ и Съветския съюз. Страните от Източния блок са поставили по-строги стандарти от нациите на Запада [3], [8], [11], [22].

А. Стандарт ANSI C95.1-1982

В отговор на необходимостта от национално ръководство за защита от радиация при РЧ/МВ източници, Американската асоциация по стандартизация възложи на Министерството на ВМС и Института на инженерите по електричество и електроника (IEEE) да си сътрудничат при формулирането на приемлив стандарт за безопасни нива на излъчване. През 1960 г. е създаден проектът за стандарти при радиационни опасности, който координира усилията на изследователите. Оттогава работата напредва и през 1982 г. е създадено съвременно ръководство за защита от радиация на РЧ/МВ енергия. Американският институт за национални стандарти (ANSI) определи това ръководство като C95.1-1982 [9]. В момента предстои публикуване на ново ръководство на ANSI през май 1993 г. Новото ръководство е озаглавено “ANSI/IEEE C95.1-1992”. Това ръководство ще замести C95.1-1982, когато бъде публикувано.

Препоръки

Стандартът ANSI C95.1-1982 определя максималните препоръчителни нива на излагане на РЧ/МВ радиация в честотния диапазон от 300 KHz до 100 GHz. Обикновено стандартът определя експозиция не повече от 5 mW/cm² за честоти между 1500 MHz и 100 000 MHz. Читателят трябва да се консултира с актуалната публикация на ANSI за подробна препоръка. В допълнение, стандартът ограничава SAR за цялото тяло до 0,4 W/Kg и индицира, че пространственият пик на SAR не трябва да надвишава 8,0 W/Kg за всеки един грам тъкан. Както за НВ-полета, така и за импулсните ЕМ полета времето за експозиция не трябва да надвишава 6 минути при препоръчаните нива. Тези максимално безопасни нива не са предназначени да се прилагат за медицинското лечение на пациенти, където облъчването понякога е полезно в борбата с болести като рак. Стандартът се отнася за широката общественост и за хората, които работят в електромагнитна среда. Има две изключения от препоръката: 1) при честоти между 100 KHz и 1 GHz максималните нива на експозиция могат да бъдат надвишени, докато заявените стойности на SAR не са нарушени, и 2) при честоти между 300 KHz и 1 GHz нивата на експозиция могат да бъдат надвишени, ако изходната мощност на излъчващото устройство е по-малка от 7W [9].

Философия

Обяснение на препоръчителните максимални нива на експозиция е дадено като част от ръководството за защита. Стандартът ANSI е предназначен да осигури най-добрата възможна защита на човешкия живот срещу излагане на РЧ/МВ радиация. Биологичният ефект върху човешкото тяло за всички РЧ/МВ честоти и схеми за модулация не е известен, следователно, изследователите се стремяха да интерпретират наличните данни по начин, който би позволил изграждането на най-доброто възможно ръководство за защита от РЧ/МВ радиация. Изследователите подчертаха проучванията, които отчитат вредни или потенциално сериозни биологични ефекти. За разлика от миналите стандарти, изследователите се съгласиха, че съвременният наръчник за защита също би трабвало да отчита нетермалните ефекти на РЧ/МВ радиация [9].

Безопасните нива на експозиция, изразени в ръководството на ANSI, бяха определени за експозиции на далечни полета. Моделът на равнинната вълна, използван за определяне на максималните нива на експозиция, може да не е точен, за да опише условията в близкото поле. Въпреки това, нивата на плътност на мощността, изразени в ръководството за защита, не се считат за достатъчно големи, за да предизвикат ЕМ полета с достатъчна интензивност на енергията, която може да надвиши препоръчаните стойности на SAR [9].

При избора на мярка за дозата на РЧ/МВ радиация беше установено, че SAR не обхваща всички важни фактори, необходими за определяне на безопасните нива на експозиция. Модулационната честота и пиковата мощност на инцидентното EM поле също трябва да бъдат взети предвид. Някои от изследователите предупредиха, че трябва да се внимава с лица, които са подложени на импулсни ЕМ полета или на полета, които са модулирани близо до резонансната честота на цялото тяло [9].

При оценката на биологичните ефекти е установено, че поведението е най-чувствителният биологичен компонент към РЧ/МВ облъчване. Наблюдава се, че поведенческите ефекти са обратими при излагане на носещи честоти между 600 MHz и 2450 MHz, когато SAR на цялото тяло са били ограничени до между 4 и 8 W/kg. За такива SAR, плътността на мощността се изчислява или измерва в границите от 10 mW/cm² до 50 mW/cm². Смята се, че поведенческите ефекти са сред най-сериозните последици от излагането на РЧ/МВ радиация [9].

Беше установено, че за да се осигури приемлива граница на безопасност, средният SAR за цялото тяло не трябва да надвишава 0,4 W/kg. Повечето от изследователите заключиха, че това е необходим и разумен стандарт. Изключенията, посочени в препоръките, бяха оправдани въз основа на общата скорост на абсорбиране на енергия от човешкото тяло. Стандартът съобщава, че малките радиоприемници могат да излъчват ЕМ полета, които надвишават предписаните нива на плътност на мощността. Не се очаква обаче такива устройства да компрометират предписаните максимални нива на SAR. Като цяло спазването на ръководството на ANSI за защита от РЧ/МВ е най-добрата защита срещу вредните биологични ефекти [9].

PEL на ВВС (Стандарт 161-9 на AFOSH, 12 февруари 1987 г.)

Още от ранните разследвания на Три-службената Комисия, ВВС на САЩ признаха необходимостта от установяване на стандарт за защита от РЧ/МВ. Допустимото ниво на експозиция (PEL) на USAF е уточнено в стандарта AFOSH 161-9, влязъл в сила на 12 февруари 1987 г. Този стандарт предвижда максимално безопасни нива на излъчване на РЧ/МВ радиация в честотен диапазон от 10 KHz до 300 GHz. PEL са показани на фигури 7 и 8 [10].

Като цяло насоките за защита на ВВС са съгласни със стандарта ANSI, с изключение на това, че се прави разграничение между излагане на хора в ограничени и неограничени райони. В стандарта на ВВС не е дадено обяснение за тази политика. PEL за ограничените зони показва само малка промяна от препоръката на ANSI. За честотния диапазон от 1500-300 000 MHz PEL на ВВС е даден като 10 mW/cm². PEL, представен от ВВС, е предназначен да предпази персонала от увреждане чрез ограничаване на SAR на цялото тяло до 0,4 W/Кg. Периодите на експозиция при максимално безопасни нива трябва да бъдат ограничени до 6 минути. Препоръчва се също така при излагане в близката зона на РЧ/МВ източници, излъчващи при по-малко от 30 MHz, да се направи отделна оценка за определяне на безопасните нива на облъчване от радиацията [10].

Канада и Западна Европа

Загрижеността относно безопасните нива на излъчване на РЧ/МВ радиация предизвика противоречия и остър дебат в много страни по света. Стандартът ANSI понастоящем е признат от повечето страни от Свободния свят, включително Канада, Обединеното кралство, Швеция, Франция и Западна Германия [8], [22].

Стандарти на Съветския съюз и Източна Европа

Стандартите за излагане на РЧ/МВ радиации, предписани в Съветския съюз и Източна Европа, са по-консервативни от стандартите, приети от страните на Запад [31, [8], [11]. В Съветския съюз допустимите нива на експозиция за облъчване на цялото тяло се определят за различни времеви интервали. Излъчването на РЧ/МВ радиация не може да надвишава 0,01 mW/cm² за 3 часа на ден, 0,1 mW/cm² за 2 часа на ден и 1,0 mW/cm² за 15-20 минути, при условие че се носят предпазни очила [3]. Чехословакия препоръчва максимално ниво на експозиция от 0,025 mW/cm² за среден работен ден [8].

Изследователи в Съветския съюз и Източна Европа са поставили голям акцент върху нетермалните ефекти на биологичното излагане на РЧ/МВ радиация. Те твърдят, че електромагнитните взаимодействия с биоелектричните и биохимичните функции на тялото представляват по-сериозен риск за здравето от ефектите от топлинното нагряване. Наблюдавани са нетермални сривове при нива на плътност на мощността, които са много по-ниски, отколкото са необходими за предизвикване на топлинните ефекти. Съветските изследователи приписват промените в централната нервна система и сърдечно-съдовата система на нетермичния ефект на ниско ниво на излъчване на РЧ/МВ радиация [3], [8].

Американският департамент по здравеопазване, образование и благосъстояние [3] съобщава, че различните стандарти, изложени от Изтока и Запада, могат да бъдат причислени към философски различия в основните изследвания. Съветските изследователи възнамеряваха да проучат ефекта на РЧ/МВ радиация върху условно-рефлекторния отговор на живите организми, докато техните колеги на Запад не разглеждат този ефект като подходяща крайна точка за изследване [3]. Напоследък обаче изследователите на Запад се стремят да отчитат нетермалните ефекти в съвременните допустими стандарти за излагане на РЧ/МВ радиация [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Известно е, че излагането на РЧ/МВ лъчение има биологичен ефект върху живите организми. Изследванията, проведени през последните 30 години, дават основа за разбиране на ефекта от облъчването на биологичните материали. Експерименталните доказателства показват, че излагането на радиация с ниска интензивност може да окаже дълбоко влияние върху биологичните процеси. Нетермалните ефекти на излъчване на РЧ/МВ радиация се превръщат във важни мерки за биологичното взаимодействие с ЕМ полета. Съвременните РЧ/МВ ръководства за защита от радиация се стремят да отчитат ефектите от излагане на ниско ниво на радиация. Придържането към стандарта ANSI [9] следва да осигурява защита срещу вредни топлинни ефекти и да спомага за минимизиране на взаимодействието на ЕМ полета с биологичните процеси в човешкото тяло [9].

По същество усвояването на РЧ/МВ енергия причинява стрес и травми на биологичните системи. Най-голямото количество енергия ще бъде погълнато, когато инцидентното лъчение се излъчва при резонансната честота на биологичния материал [9], [22]. В тази връзка, РЧ/МВ радиация, излъчвана с нерезонансни честоти, трябва да се абсорбира в най-голяма степен, когато излъчващият режим е импулсен сигнал. Генерирането на такива сигнали създава преходни реакции, които ще съответстват на резонансните честоти на биологичните материали. Нерезонансното импулсно РЧ/МВ излъчване може да бъде по-вредно за живите организми, отколкото НВ радиация, излъчвана при нерезонансни честоти.

ПРЕПРАТКИ

[1] O. Gandhi, “Biological Effects and Medical Applications of RF Electromagnetic Fields”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-30, pp. 1831-1847, 1982.

[2] W. R. Adey, “Frequency and Power Windowing in Tissue Interactions with Weak Electromagnetic Fields”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 119-125, 1980.

[3] The Industrial Environment – Its Evaluation & Control, U.S Department of Health, Education & Welfare, pp. 371-372, 1973.

[4] M. Stuchly, A. Kraszewski, and S. Stuchly, “Exposure of Human Models in the Near and Far Field – A Comparison”, IEEE Transactions Biomedical Engineering, vol. MTT-32, pp. 609-616, 1985.

[5] Shin-Tsu, W. G. Lotz, and S. M. Michaelson, “Advances in Microwave-Induced Neuroendocrine Effects: The Concept of Stress”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 73-77, 1980.

[6] O. Gandhi and A. Riazi, “Absorption of Millimeter Waves by Human Beings and its Biological Implications”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-34, pp. 228-235, 1986.

[7] S. M. Michaelson, “Microwave Biological Effects: An Overview”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 40-49, 1980.

[8] M. J. Dwyer and D. B. Leeper, ‘Carcinogenic Properties of Non-ionizing Radiation; Volume H – Microwave and Radiofrequency Radiation”, National Institute for Occupational Safety Technical Report, published by The U. S. Department of Health, Education & Welfare, NIOSH Contract Number 210-76-0145, Cincinnati, March 1978.

[9] Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields, 300 KHz to 100 GHz, ANSI C95 1-1982.

[10] Occupational Health; Exposure to Radiofrequency Radiation, AFOSH Standard 161-9 enacted 12 February 1987.

[11] C. C. Johnson and A. W. Guy, “Nonionizing EM Wave Effects in Biological Materials and Systems”, Proceedings IEEE, vol. 60, pp. 692, 1972.

[12] Wen-Jei Yang, “Heat and Its Effects on the Body”, Mechanical Engineering, vol. 108, pp. 82-85, 1986.

[13] Discussion with Capt Richard Speer, USAF, Brooks AFB, April 1988.

[14] “The Tri-Service Program – A Tribute to George M. Knauf USAF (MC)”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-19, pp. 131-146, 1971.

[15] J. C. Sharp, “Some Perspectives on Research into the Biological Response to Non-ionizing Electromagnetic Radiation”, Radio Science, vol. 14, no. 1, pp. 5-10, 1979.

[16] R. J. Spiegel, “The Thermal Response of a Human in the Near-Zone of a Resonant Thin-Wire Antenna”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-30, pp. 177-185, 1982.

[17] D. I. McRee, “Soviet and Eastern European Research on Biological Effects of Microwave Radiation”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 84-91, 1980.

[18] Dorland’s Illustrated Medical Dictionary, Twenty-sixth edition, published by W. B. Saunders Company, Philadelphia, 1981.

[19] W. M. Williams, Shin-Tsu Lu, M. Del Cerro, W. Hoss, and S. Michaelson, “Effects of 2450-MHz Microwave Energy on the Blood-Brain Barrier: An Overview and Critique of Past and Present Research”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-32, pp. 808-817, 1984.

[20] R. D. McAfee, “Analeptic Effect of Microwave Irradiation on Experimental Animals”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-19, pp. 251-252, 1971.

[21] “Effects of Chronic Microwave Irradiation on Mice”, IRE Transactions Biomedical Engineering, pp. 104-108, 1962.

[22] O. P. Gandhi, “State of Knowledge for Electromagnetic Absorbed Dose in Man and Animals”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 24-32, 1980.

[23] McGraw-Hill Dictionary of Physics and Mathematics, ed. by Daniel N. Lapedes, published by McGraw-Hill Book Co., New York, 1978.

[24] Hockh’s Chemical Dictionary. Fourth Edition, ed. by Julius Grant, published by McGraw-HiU Book Co., New York.

[25] M. J. Hagmann, O. P. Gandhi, and C. H. Durney, “Numerical Calculation of Electromagnetic Energy Deposition for a Realistic Model of Man”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-27, pp. 804-809, 1979.

[26] M. J. Hagmann, O. P. Gandhi, J. A. D’Andrea, and I. Chatterjee, “Head Resonance: Numerical Solutions and Experimental Results”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, pp. 809-813, 1979.

[27] M. E. O’Connor, “Mammalian Teratogenesis and Radio-Frequency Fields”, Proceedings IEEE, vol. 68, pp. 56-60, 1980.

[28] J. C. Lin, A. W. Guy, and L. R. Caldwell, “Thermographic and Behavioral Studies of Rats in the Near Field of 918 MHz Radiations”, IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, pp. 833-836, 1977.

[29] S. F. Cleary, “Microwave Cataractogenesis”, Proceeding IEEE, vol. 68, pp. 49-55, 1980.

[30] R. L. McCally, R. A. Farrell, C. B. Bargeron, H. A. Kues, and B. F. Hochheimer, “Noniozing Radiation Damage in the Eye’, Johns Hopkins APL Technologies Digest, vol. 7, pp. 73-91, 1986.

[31] J. C. Lin, “The Microwave Auditory Phenomenon”, Proceedings IEEE, vol 68, No. 1, pp. 67-73, Jan 1980.

[32] Glenn Coin, “Electricity and Cancer: Coincidence or Reality?”, The Observer Dispatch, pp 5B, Jan 24, 1993.

[33] Glenn Coin, “An Invisible Intruder”, The Observer Dispatch, pp 1B & 5B, Jan 24, 1993.

МИСИЯ

НА

ЛАБОРАТОРИЯ “РИМ”

Мисия. Мисията на Римската лаборатория е да усъвършенства науката и технологиите на командването, контрола, комуникациите и разузнаването и да ги прехвърли в системи, за да отговори на нуждите на клиентите. За да постигне това, Римската лаборатория:

Провежда интензивни програми за изследвания, разработки и тестове по всички приложими технологии;
Трансферира технологии към настоящи и бъдещи системи за подобряване на оперативната способност, готовност и поддръжка;
Предоставя пълна гама техническа поддръжка на продуктовите центрове на материалното командване на ВВС и други организации на ВВС;
Насърчава трансфера на технологии към частния сектор;
Поддържа водеща технологична експертиза в областта на наблюдението, комуникациите, командването и контрола, разузнаването, науката за надеждността, електромагнитните технологии, фотониката, обработката на сигнали и изчислителната наука.

Областите на техническата компетентност включват: наблюдение, комуникации, управление и управление, разузнаване, обработка на сигнали, компютърни науки и технологии, електромагнитни технологии, фотоника и надеждност.

RL-TR-94-53

Вътрешен доклад

Юни 1994

ПРЕГЛЕД НА СТАНДАРТИТЕ ЗА БЕЗОПАСНОСТ ПРИ РАДИОЧЕСТОТНА / МИКРОВЪЛНОВА РАДИАЦИЯ

Скот М. Болен

Превод от английски

Radiofrequency/Microwave Radiation Biological Effects and Safety

Standards: A Review

Scott M. Bolen

Одобрен за публично известяване; Неограничено разпространение

Лаборатория “Рим”

Командване на военновъздушните сили, материална част

Военновъздушна база Грифис, Ню Йорк, САЩ

РАЗСЕКРЕТЕНО

Преглед на стандартите за безопасност при радиочестотна / микровълнова радиация

Скот М. Болен

Юни 1988

АБСТРАКТ

ВЪВЕДЕНИЕ

БИОЛОГИЧНИ ЕФЕКТИ

Загряващ ефект върху кожата

Хипертермия на цялото тяло

Местна хипертермия

Канцерогенни ефекти

Патологични доклади

Ефект върху хромозомите

Мутагенни ефекти

Лимфобластоидни трансформации

Онкогенни ефекти

Сърдечно-съдови ефекти

Проектът „Северна Карелия“

Хематологични ефекти

Ефект върху централната нервна система

Патологичен доклад

Експериментални резултати на Съветския съюз

Ефекти на поведението

Синергичен ефект на лекарства и РЧ/МВ радиация

Възстановителен (аналептичен) ефект при животните

Имунологичен ефект

Ефект върху окото

Очна чувствителност

Експерименти върху зайци

Катаракти при хората

Слухов ефект

РЧ/МВ ОТЛАГАНЕ НА ЕНЕРГИЯ

А. Специфична степен на абсорбция (SAR)

Дълбочина на проникване на енергията

Ефект на геометрията

Ефект от честотата на резонанса

Е. Ефект на облеклото

СТАНДАРТИ ЗА ИЗЛАГАНЕ НА РЧ/МВ РАДИАЦИЯ

А. Стандарт ANSI C95.1-1982

Препоръки

Философия

PEL на ВВС (Стандарт 161-9 на AFOSH, 12 февруари 1987 г.)

Канада и Западна Европа

Стандарти на Съветския съюз и Източна Европа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРЕПРАТКИ