Ochrana zdravia pred neionizujúcim žiarením

Transcript

1 Základy projektovania a OPaOS elektrických zariadení Ochrana zdravia pred neionizujúcim žiarením Mikuláš Šostronek, Zdeněk Kůs Katedra elektroniky, Akadémia ozbrojených síl gen. M.R. Štefánika sostroml@aoslm.sk Úvod Elektromagnetické polia datujeme od vzniku vesmíru. Sú časťou spektra od statických polí cez rádiofrekvenčné, infračervené a končiac röntgenovým, resp. kozmickým žiarením (tab. ). Tab. Frekvenčné spektrum a výskyt ionizujúceho a neionizujúceho žiarenia Výskyt Vlnová dĺžka Názov poľa Typ poľa Rádioaktívny rozpad, stopovanie pomocou rádioizotopov Diagnostika, terapia, stopovanie pomocou rádiotopov Slnko, umelé zdroje Všade Radar, ohrev, spoje, družice, prenos dát Televízia, mobilné telefóny, radar FM rozhlas, radar KV rozhlas, vysokofrekvenčný ohrev AM rozhlas špeciálne komunikácie, geofyzikálny prieskum Slaboprúdové zariadenia, TV a PC monitory Technické zariadenia, indukčný ohrev Transformátory, sieťový ohrev, spotrebiče Trolejbusy, metro, električky korpuskulárne α,β; kozmické žiarenieprotóny, mezóny žiarenie γ röntgenové žiarenie ultrafialové žiarenie viditeľné žiarenie infračervené (tepelné) žiarenie milimetrové vlny centimetrové vlny decimetrové vlny metrové vlny m až m vlny stredné a dlhé vlny veľmi dlhé vlny pole s frekvenciami vyššími než 30 khz nízkofrekvenčné pole ( Hz až 30 khz) elektrické a magnetické polia s frekvenciou energetickej siete (50 Hz) veľmi pomaly premenné polia Rýchle častice Elektromagnetické žiarenie Elektrické a magnetické pole Ionizujúce Neionizujúce 77

2 Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2006 Človek je vystavený elektromagnetickému žiareniu počas svojho celého vývoja. Spočiatku len prirodzeným zdrojom elektromagnetického žiarenia, ako sú: kozmické žiarenie, elektrostatické výboje v atmosfére, slnečný vietor a rôzne iné. S vedecko-technickým rozvojom ľudstva súvisí aj vznik umelých zdrojov elektromagnetického žiarenia. Sú to predovšetkým rozhlasové a televízne vysielače, v poslednej dobe však aj základňové stanice mobilných operátorov, detekčné zariadenia na letiskách, či bezpečnostné systémy v obchodoch. Tieto umelé zdroje žiarení sú však hlboko pod limitmi, ktoré stanovujú príslušné národné normy alebo smernice, ktoré stanovili organizácie, zaoberajúce sa ochranou pred neionizujúcim žiarením. Ionizujúce žiarenie Ak je vlnová dĺžka kratšia ako 0, mm, je kvantum energie dostatočne vysoké, aby vyvolalo porušenie väzieb a poškodenie štruktúry biologického materiálu. To je nazývané ionizujúcim elektromagnetickým žiarením. Tieto formy žiarenia, napr. röntgenové lúče teda porušujú v molekulách pevnosť chemických väzieb a môžu tak svojim priamym škodlivým vplyvom pôsobiť na genetický materiál a tak môžu byť príčinou rakoviny [5]. Neionizujúce žiarenie Neionizujúce žiarenie z energetického hľadiska nedokáže vyvolať ionizáciu biologických štruktúr. Napríklad mobilné telefóny pracujú na vlnovej dĺžke 30 cm a kvantum energie je menšie než jedna milióntina energie potrebnej pre ionizáciu. Priemyselné elektrické vedenia produkujú elektromagnetické žiarenie o vlnovej dĺžke 6000 km s kvantom energie tiež milión krát nižším. Vplyv elektromagnetického žiarenia na ľudský organizmus Pracovníci hygienických staníc a technici, zaoberajúci sa projektovaním a výstavbou vysielačov sa občas stretávajú s ľuďmi, ktorí tvrdia, že sú mimoriadne citliví na pôsobenie aj veľmi slabých magnetických alebo elektrických polí. Tí potom spojujú bolesti hlavy a očí, zvracania, závrate, nespavosť a chorôb detí s prítomnosťou rozhlasových, televíznych alebo iných vysielačov. Znalosť podmienok, kedy môže elektrické alebo magnetické žiarenie nepriaznivo pôsobiť na zdravie človeka a kedy a ako sa toto nepriaznivé žiarenie prejavuje, je preto veľmi potrebná pre bežnú prax lekára či hygienika [3]. Súčasné vedecké poznanie pozná niekoľko vplyvov elektromagnetického žiarenia na organizmus: ) ohrev organizmu vplyvom absorbovaného vysokofrekvenčného výkonu, 2) pôsobenie elektrických prúdov indukovaných v tele vplyvom elektrického a magnetického premenného poľa (napr. poškodzovanie DNA), 3) vplyv na genetiku (hypotetický)- retrospektívny výskum. Vedecké pokusy na dobrovoľníkoch, vystavených silnému elektromagnetickému žiareniu dokázali, že telesná teplota sa zvyšuje len v priebehu prvých 6 minút ožiarenia. Potom je aj pri dlhšej expozícii stabilizovaná. Telo nemá receptory elektromagnetického poľa, preto hrozí nebezpečenstvo vnútorného prehriatia organizmu, lebo nefunguje termoregulácia (nedochádza k aktivácii potných žliaz a tak nedochádza k ochladzovaniu organizmu). Pri mernom absorbovanom výkone 4 W na kilogram tkaniva dochádza k jeho ohrevu o C. Organizácie zaoberajúce sa ochranou pred neionizujúcim žiarením zhodne stanovili maximálny prípustný merný absorbovaný výkon elektromagnetického žiarenia na celé telo rovný 0,4 W/kg teda -násobne nižší. Pre obyvateľstvo je táto medzná hodnota 0,08 W/kg, teda 50-násobne nižší, než je hodnota, pri ktorej dôjde k ohrevu tela o C. V praktických situáciách je takmer vylúčené, aby sa obyvateľ stretol 78

3 Základy projektovania a OPaOS elektrických zariadení s tak vysokou expozíciou. Pokiaľ nejaký elektromagnetický zdroj žiarenia presahuje uvedené limity, je tak chránený zábranami, že neumožňuje prístup obyvateľov do ohrozenej zóny. Na rozdiel od vysokofrekvenčných polí, nízkofrekvenčné elektromagnetické polia vplývajú na človeka prostredníctvom indukovaných prúdov v tele človeka. V tabuľke 2 (prevzatá z komentára európskej normy ENV5066/95) sú uvedené pozorovateľné javy pri rôznych hustotách jednosmerného a nízkofrekvenčného prúdu v tele človeka. Tab. 2 Prejavy vplyvu elektrického prúdu indukovaného v tele človeka. [3] Prúdová hustota [A/m 2 Prejavy ] < 0,00 neboli zaznamenané žiadne prejavy 0,00 0,0 nepatrné biologické prejavy 0,0 0, Dobre zistené javy, vizuálne javy (magnetofosfény), možnosť ovplyvnenia nervovej sústavy, publikované správy o rýchlejšom hojení zlomenín 0, Zmeny v dráždivosti nervového systému, prah stimulácie, možné zdravotné riziká > Možné extrasystoly a ventrikulárne fibrilácie, nesporné zdravotné riziká Nízkofrekvenčné elektrické a magnetické polia, s ktorými sa môžu stretnúť obyvatelia sú však na tak nízkej úrovni, že prúdy, ktoré tieto polia indukujú sú v podstate o niekoľko rádov nižšie než je prahová hodnota. Ide spravidla o prúdy indukované v tele magnetickým poľom, ktoré vzniká v okolí každého vodiča, cez ktorý preteká elektrický prúd. Toto magnetické pole však rýchlo klesá so vzrastajúcou vzdialenosťou od vodiča. Ochrana zdravia pred nepriaznivými účinkami elektromagnetického žiarenia by nemala byť založená na subjektívnych pocitoch exponovanej osoby, ale na teoretických poznatkoch, výpočtoch a výsledkov merania. Elektromagnetické žiarenie alebo pole s intenzitou dostatočnou k tomu, aby bola vyvolaná reakcia v biologickom objekte nemusí vždy pôsobiť nepriaznivo. Často sa takéto polia používajú k liečbe, napr. k ohrievaniu tkaniva (rýchlejšie hojenie), úmyselné dráždenie nervov v tkanive, terapia malígnych nádorov. Medzinárodné inštitúcie pre ochranu zdravia pred neionizujúcim žiarením Masmediálne zdroje často ponúkajú podozrenia z nezdravého vplyvu elektromagnetického žiarenia ako hotové fakty. Sugescia potom spôsobí zdravotné problémy, ktoré však nemajú priamu súvislosť s elektromagnetickým žiarením. Preto je nutné riadiť sa informáciami oficiálnych medzinárodných inštitúcií, v danom prípade Svetovou zdravotníckou organizáciou (WHO). Experimentálne výsledky môžu byť pre hodnotenie zdravotného rizika akceptované len vtedy, pokiaľ obsahujú úplný popis experimentálnej techniky a dozimetrie a predkladané údaje sú v nich dôkladne analyzované a pokiaľ je možné ich pokladať za objektívne. Svetová zdravotnícka organizácia uznáva ako kompetentnú pre posudzovanie zdravotného rizika pri expozícii ľudí elektrickými a magnetickými poľami a neionizujúcemu žiareniu Medzinárodnú komisiu pre ochranu pred neionizujúcim žiarením (ICNIRP-International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) [4]. Rozdiely medzi limitmi vypracovanými európskou komisiou ICNIRP, európskou komisiou CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization), ktorá je autorom európskej 79

4 Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2006 normy ENV 5066/95 i americkou ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) je veľmi malý. V roku 998 vydala Komisia ICNIRP smernice, ku ktorým sa Svetová zdravotnícka organizácia vyjadrila, že ich dodržiavanie pokladá za dostatočnú ochranu zdravia. Pred stanovením hygienických limitov pre elektromagnetické žiarenie z intervalu frekvencií od 0 do 300 GHz vyhodnotila komisia ICNIRP vyše odborných publikácií a výskumných správ, týkajúcich sa vplyvu elektromagnetického žiarenia na biologické objekty, a veľký počet odmietla ako nedôkazné alebo chybné [2]. Členovia ICNIRP priebežne sledujú vedecké práce majúce vzťah k pôsobeniu elektromagnetických polí na biologické objekty a v prípade potreby sú schopní uvedené limity zmeniť. Základné limity stanovené Smernicou ICNIRP vychádzajú z experimentálne overených a kvantifikovaných krátkodobých účinkov elektromagnetických polí a žiarení. Rozhodujúcou dozimetrickou veličinou je pre nižšie frekvencie hustota elektrických prúdov indukovaných v tele, pre vyššie frekvencie je dozimetrickou veličinou merný výkon absorbovaný v tele alebo časti tela. WHO uviedla požiadavku, aby voľba nižších limitov, než sú stanovené komisiou ICNIRP neboli formulované ako vedecky zdôvodnené a neznevažovala tak dôkladne overené výsledky úsilia vedeckých inštitúcií a závery, ktoré k týmto výsledkom viedli. Štáty, ktoré zvolili nižšie hodnoty, než vedecky podložené, buď z princípu neuznávajú výsledky vedy (napr. Taliansko) alebo ustupujú neodôvodneným požiadavkám občanov dezinformovaných správami šírenými v televízii a ostatných informačných médiách, pričom sa často snažia toto ustupovanie odôvodniť vedeckými poznatkami. Značný vplyv má tiež preferovanie výsledkov národného výskumu aj vtedy, ak nie sú kvalitné, a tiež ustupovanie politikov dezinformovanej verejnosti. Vyhláška Ministerstva zdravotníctva č. 27/2004 Z. z., o ochrane zdravia pred neionizujúcim žiarením Hodnotí expozíciu elektromagnetického poľa z oblasti nízkych a vysokých frekvencií podľa parametrov vonkajšieho elektromagnetického poľa a prípustné hodnoty pre intenzitu elektrického a magnetického poľa a hustotu elektromagnetického poľa. Vyhláška sa zaoberá elektromagnetickým žiarením, ultrafialovým a infračerveným žiarením, laserovým žiarením. V ďalšom texte bude rozobraté len elektromagnetické žiarenie. Vyhláška ustanovuje frekvenčný rozsah elektromagnetického poľa: a) od 0 Hz do khz (nízkofrekvenčné elektromagnetické pole), b) nad khz do 300 GHz (vysokofrekvenčné elektromagnetické pole) Vyhláška prevzala referenčné limity zo smernice komisie ICNIRP (intenzitu elektrického poľa E, magnetickú indukciu B, hustotu žiarivého toku S), čo svedčí o záujme vytvoriť limity na základe súčasných vedeckých poznatkov. Navyše tabuľkovo uvádza hraničné (špičkové) hodnoty elektromagnetického poľa (E hran, B hran, S hran ). Ďalej sú vo vyhláške tabuľkovo spracované najvyššie prípustné hodnoty pre plošnú hustotu elektromagnetickej energie, kontaktný prúd a indukovaný prúd. Vyhláška rozdeľuje limity expozície osobitne pre zamestnancov a pre obyvateľstvo. Na obrázku sú graficky zobrazené limity pre intenzitu elektrického poľa []. 80

5 Základy projektovania a OPaOS elektrických zariadení Najvyššie prípustné hodnoty pri nepretržitej expozícii a špičkové hodnoty pre intenzitu elektrického poľa E E [V/m] Zamestnanci Obyvatelia Zamestnanci - špičkové hodnoty Obyvatelia - špičkové hodnoty 0 00 E+05 E+06 E+07 Frekvencia [Hz] Obr. Limity pri nepretržitej expozícii a špičkové hodnoty pre intenzitu elektrického poľa E+08 E+09 E+ E+ E Najvyššie prípustné hodnoty pri nepretržitej expozícii a špičkové hodnoty pre magnetickú indukciu B B [µt] 0, 0,0 Zamestnanci Obyvateľstvo Zamestnanci - špičkové hodnoty Obyvatelia - špičkové hodnoty 0 00 E+05 E+06 E+07 Frekvencia [Hz] Obr. 2 Limity pri nepretržitej expozícii a špičkové hodnoty pre magnetickú indukciu Na obrázku 2 sú graficky vyjadrené limity pre magnetickú indukciu B []. V závere vyhlášky sú spoločné ustanovenia, ktoré popisujú spôsob zisťovania neprekročenia najvyšších prípustných hodnôt: a) výpočtom, b) meraním na modeloch ľudského tela alebo jeho častí, c) porovnaním intenzity elektrického poľa E, magnetickej indukcie B, hustoty žiarivého toku S =[E H] a ostatných veličín pre posudzovanú situáciu výpočtom alebo meraním s referenčnými E+08 E+09 E+ E+ E+2 8

6 Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2006 úrovňami týchto veličín uvedených vo vyhláške. Referenčné hodnoty však môžu byť prekročené, ak sa spôsobom v prípade a) a b) preukázalo, že nie sú prekročené najvyššie prípustné hodnoty. V posudzovanom priestore sa nesmú nachádzať osoby, aby nedošlo k narušeniu elektromagnetického poľa. Najvyššie prístupné hodnoty sú udané v efektívnych hodnotách príslušných veličín. Ďalej vyhláška stanovuje požadovanú presnosť zistených hodnôt a pokyny pre výšku prípustného prekročenia najvyšších prístupných hodnôt. V závere je uvedené, že ani pri dodržaní stanovených najvyšších prípustných hodnôt nemožno vylúčiť ovplyvnenie niektorých elektronických zariadení implantovaných do tela, napr. kardiostimulátorov, protéz obsahujúcich feromagnetické materiály a pod. Záver Vyhláška č. 27/2004 Ministerstva zdravotníctva SR o ochrane zdravia pred neionizujúcim žiarením je súlade s najnovšími poznatkami, ako aj medzinárodnými normami a ustanovuje nové požiadavky z hľadiska ochrany zdravia, napr. najvyššie prípustné hodnoty pre ožiarenie viacerými zdrojmi. Meranie vyžarovania zdrojov elektromagnetického žiarenia napr. základňových staníc mobilných operátorov vykonáva Úrad verejného zdravotníctva SR. Zavedením tejto vyhlášky do praxe boli zrušené: vyhláška MZ SR č. 23/993 Z. z. o ochrane zdravia pred nepriaznivými účinkami elektromagnetického poľa, vyhláška Slovenského úradu bezpečnosti práce č. 26/982 Zb. (ktorou sa ustanovujú požiadavky na zaistenie bezpečnosti pri práci s lasermi) a úprava MZ SSR zo č. Z-7 99/98-B/3-06 o hygienických zásadách pre prácu s lasermi. Bibliografické odkazy [] Vyhláška MZ SR č. 27/2004 Z. z., o ochrane zdravia pred neionizujúcim žiarením. [2] Informace NRL č. 3/2002: Směrování k jednotným hygienickým limitům pro neionizující záření. Hygienická stanice Praha Národní referenční laboratoř pro neionizující pole a záření. web.telecom.cz/hygpraha/nrl3.htm [3] Informace NRL č. 3/999: Kdy a jak se projevují nepříznivé účinky elektrického záření a elektrických a magnetických polí. Hygienická stanice Praha Národní referenční laboratoř pro neionizující pole a záření. web.telecom.cz/hygpraha/nrl3.htm [4] Informace NRL č. /999: Rada Evropy schválila směrnice ICNIRP pro elektromagnetická pole. Hygienická stanice Praha Národní referenční laboratoř pro neionizující pole a záření. web.telecom.cz/hygpraha/nrl.htm [5] Elektromagnetické polia. Informačná príručka. Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) 999. ISBN: [6] Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz). In: Health Physics Vol. 74, No: 4, pp