גלים ושדות אלקטרו מגנטיים מנגנוני השפעה על גוף האדם

מבוא

חשיפה לקרינה אלקטרו-מגנטית היא עניין מטריד, בהיבט בריאותי, בעיקר מכיוון שאין ביכולתנו להעריך את רמת ההשפעה שלו על הגוף לאורך זמן. אנו מנסים לבנות תמונת מצב נכונה ואמיתית למול הסיכון, אך זו משימה לא פשוטה מכיוון שקיים המון מידע, לעיתים סותר, לעיתים מגמתי, ולעיתים פשוט לא נכון.

במאמר זה נדון בקרינה בלתי מייננת ואנסה לשפוך קצת אור על סוגי האיומים, ומנגנוני ההשפעה שלהם  על גוף האדם.

---

סוגי קרינה

קרינה מייננת

ביכולתה ליינן (לקרוע אלקטרונים ממעטפת האטום) מולקולות בגופנו, ולשנות את המבנה האטומי של תאים. דוגמאות לקרינה מייננת הן קרינת X-Ray, וקרינה רדיו-אקטיבית.

Figure 1

אטום מוקרן בקרינה אלקטרו-מגנטית, הגורמת לאלקטרון במעטפתו, לצאת ממסלולו

קרינה בלתי מייננת

חלשה מכדי לשנות את המבנה האטומי של תאים. דוגמאות לקרינה בלתי מייננת הן קרינת רדיו, קרינת אור, קרינת רשת החשמל ועוד.  

---

סיווג הקרינה 

גל אלקטרו-מגנטי

מקורו במערכות שידור כגון סלולר, תחנות רדיו, מכ"מים ועוד'. הגל האלקטרו-מגנטי מכיל שני רכיבים שדה: מגנטי, וחשמלי, שניהם מאונכים האחד לשני, ושניהם מאונכים לכיוון תנועת הגל. הסידור הזה מתרחש החל ממרחק מסוים מהאנטנה (ראה שדה רחוק). במרחק קרוב לאנטנה השדות החשמלי והמגנטי מסודרים בצורה יותר כאוטית(ראה שדה קרוב).

Figure 2

אנטנת דיפול חצי אורך גל, אורך חצי מטר

Figure 2

עקום הקרינה של הגל האלקטרו-מגנטי

Figure 2

התפשטות השדות החשמלי והמגנטי המרכיבים את הגל

שדה חשמלי  

נובע משינוי מתח בין זוג מוליכים. כיוון קווי השדה הוא מפוטנציאל מתח הגבוה ,לנמוך. קרינת גבוה של שדה חשמלי ניתן למצוא אותו בתחנות כוח, בהם קיימים מתחים אדירים במוצא הגנרטור.

Figure 3

שדה חשמלי בין שני לוחות מוליכים בעלי פוטנציאל מתח שונה

שדה מגנטי 

סביב תיל נושא זרם יווצרו טבעות של שדה מגנטי.  עוצמת השדה המגנטי פוחתת ככל שהמרחק למוליך נושא הזרם, גדל.

Figure 4

לולאות שדה מגנטי סביב מוליך נושא זרם

---

תדרים

תדירות היא פרמטר מאד חשוב באיפיון הקרינה, והשפעתה על גוף האדם. תדירות מאפיינת גם שדה חשמלי/מגנטי, וגם גל אלקטרו-מגנטי. המשמעות של תדירות היא כמה פעמים בשנייה מופיע הגל או השדה. התדירות מופיעה ביחידות של Hz. בקצה השמאלי של הספקטרום נמצאים התדרים הנמוכים , והנמוך מבינהם הוא תדר רשת החשמל 50Hz, ככל שעולים בספקטרום (ימינה) התדרים עולים, מגיעים לתדרי הרדיו, ומשם לאור הנראה, ולאחר מכן קרינה מייננת . נראה מספר דוגמאות:

• שדה מגנטי הקורן מקו מתח נמוך 220V – הוא בתדר 50Hz

• גל אלקטרו- מגנטי   הקורן מתא סלולרי – התאים עובדים במספר תחומי תדר 900MHz, 1800MHz, 2100MHz ועוד

• גל אלקטרו-מגנטי הקורן מראוטר ביתי- 2.4GHz

Figure 5

ספקטרום תדרים של סיגנל אלקטרומגנטי

---

השפעת קרינה על גוף האדם

ברמה הפיזיקלית קיימים מספר מנגנונים ידועים המשפיעים על הגוף. המנגנונים מתוארים ע"י ארגון הבריאות העולמי ICNIRP, במסמך Guidelines for limiting exposure"  2020".  נסקור אותם

האפקטים מתחלקים לשניים:

אפקטים טרמיים

האפקטים הטרמיים בגוף הם תוצר של קרינה אלקטרו-מגנטית בתדרי הרדיו. לדוגמא שימוש בטלפון סלולרי הצמוד לאוזן, מחמם את הרקמות הקרובות לטלפון באותו אופן שמיקרוגל שמחמם את האוכל בתוכו וכו'.

Figure 6

תיאור של ספיגת אנרגיה ברקמות אנושיות, כתוצאה משידור של מכשיר סלולרי

התאים הביולוגיים הם בעלי מטען חשמלי, ומסודרים בצורה אקראית. בהינתן קרינה אלקטרו-מגנטית , רכיב השדה החשמלי מסדר את כל המולקולות בכיוון השדה החשמלי, ומסובב אותן כל מחזור של גל. הסיבסוב הזה גורם לחיכוך למול התאים השכנים, ולחימום הרקמות כפועל יוצא.

Figure 7

סיבסוב דיפולים חשמליים כתוצאה מקרינת שדה חשמלי, מה שגורם לחיכוך, וחימום רקמות

למול התרחיש שתואר, רגולציה של מכשירים סלולריים מחייבת אותם לעמוד בבדיקת SAR (Specific absorption rate) המודדת את כמות האנרגיה הנספגת לגוף כאשר הוא נחשף לקרינה בתדרי רדיו (RF), ונמדדת בוואט לקילוגרם (W/kg). המדד מייצג את החום שנוצר ברקמות בעקבות ספיגת האנרגיה. ומטרתן לוודא כי טמפרטורת הרקמות בקרבת המכשיר לא עולות מעל סף מוגדר מראש ובפרק זמן מוגדר.

מהסיבות הללו מומלץ להגביל את השימוש בטלפון סלולרי צמוד לאוזן, ולהשתמש ב-Speaker או בדיבורית אל-חוטית בעלת קרינה נמוכה יותר.

אפקטים לא טרמיים

שדות אלקטרו-מגנטים בעיקר בתדרים נמוכים מ- 10MHz, חודרים מעטפת העור והגוף, נכנסים פנימה ומשרים זרמים ומתחים בגוף. זרמים ומתחים בעוצמות גבוהות יכולים לגרום לעירור תופעות ביולוגיות.

השפעת שדה חשמלי

באיור 8 נראים זרמים מושרים בגוף האדם, כאשר הוא עומד על רצפה מוליכה, ומופעל עליו שדה חשמלי אנכי. בסימולציה מוצג חתך אנכי של הגוף (קצת לפני הצוואר). ניתן לראות כי ריכוזי הזרם הגבוהים נמצאים בברכיים , וכן בצוואר (לא נראה בסימולציה בגלל מיקום החתך). הריכוזים הגבוהים של הזרמים נמצאים במקומות הצרים בגוף.

Figure 8

זרמים מושרים בגוף אדם עומד על משטח מוליך, כתוצאה משדה חשמלי מוקרן

השפעת השדה המגנטי 

שדה מגנטי משתנה בתדרי ה- RF (לא מדובר על שדה מגנטי בתדר של רשת החשמל), נמצא כרכיב של גל אלקטרו-מגנטי, או כמקור של מערכת שידור המשדרת שדות מגנטיים חזקים .

התופעות המוכרות הן:

השראת מתחים וזרמים בגוף, כתוצאה מכך ייתכן כי טמפרטורת התאים תעלה. באיור 9 , שדה מגנטי המוקרן על גוף האדם, בעזרת לולאת זרם (באדום), וכתוצאה מכך ניתן לראות באיור 10 לולאות זרם המושרות בגוף. לולאות הזרם נקראות בשפה המקצועית Eddy Currents, ותפקידם לייצר שדה מגנטי שמתנגד לזה המופעל חיצונית לגוף.

Figure 9

לולאה נושאת זרם, מייצרת שדה מגנטי בניצב לגוף האדם

Figure 10

לולאות זרם מושרה בגוף האדם, כתוצאה משדה מגנטי ניצב לו

כוח לורנץ – כוח המופעל על נושאי מטען בגוף, כתוצאה מהשדה המגנטי, וגורם לשינוי מסלולם הטבעי של נושאי המטען

---

לסיכום

הובאו המנגנונים העיקריים לצימוד אנרגיה בין קרינה אלקטרו-מגנטית לבין גוף האדם. השפעת הזרמים/מתחים/אנרגיה המושרה בגוף הוא עניין ביולוגי, ומהווה אתגר מחקרי נפרד.