ΣΧΟΛΗ: Σ.Τ.Ε.Φ. ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΑΠΟ 600MHz ΕΩΣ 4GHz

ΣΧΟΛΗ: Σ.Τ.Ε.Φ. ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΑΠΟ 600MHz ΕΩΣ 4GHz Επιβλέπων καθηγητής: Λυκούργος Μαγκαφάς Ονοματεπώνυμο: ΕΥΑΓΓΕΛΟΥ ΜΙΧΑΛΗΣ Α.Ε.Μ.: 4228 ΚΑΒΑΛΑ - 2009 1

Αφιερώνεται στη φίλη μου Ιω άννα μου γ ια την αγάπη και την στήριξη που μου προσέφερε και μου προσφέρει. Ευχαριστώ ιδιαιτέρως τον καθηγητή μου κ. Λυκούργο Μ αγκαφά, ο οποίος με εμπιστεύτηκε αναθέτοντάς μου την παρούσα πτυχιακή εργασία. 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ. 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ. 13 1.1 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ. 14 1.2 ΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. 14 1.3 ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2. ΜΗ - ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. 27 2.1 ΠΗΓΕΣ ΜΗ - ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. 28 2.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΗ - ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. 30 2.3 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. 33 2.4 ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ 34 ΜΗ - ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. 2.5 ΈΚΘΕΣΗ ΣΕ ΠΕΔΙΑ ΡΑΔΙΟΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ ΠΟΥ 36 ΕΚΠΕΜΠΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΑ ΚΙΝΗΤΑ ΤΗΛΕΦΩΝΑ. 2.6 ΟΙ ΠΟΛΙΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΤΑ ΟΡΙΑ ΕΚΘΕΣΗΣ ΣΤΟ 39 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. 2.7 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΑΡΟΜΟΙΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ. 40 3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ. Η ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ CSA. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ AGILENT CSA SPECTRUM ANALYZER N1996A. Η ΟΘΟΝΗ ΤΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ AGILENT CSA ANALYZER N1996A. ΕΠΙΠΡΟΣΘΕΤΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΤΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ. Η ΑΝΤΕΝΑ HYPER LOG 4060. 45 47 51 52 53 55 56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΧΑΜΗΛΟ ΣΥΧΝΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ. ΕΠΙΠΕΔΑ ΕΚΘΕΣΗΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ. ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΚΑΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΚΛΗΣΗΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΦΩΝΩΝ. ΜΕΤΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΑ ΤΟΥ Υ/Σ 132/66/11KV. 58 60 62 65 69 70 4

4.6 ΜΕΤΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΣΕ Υ/Σ 71 ΔΙΑΝΟΜΗΣ 11000/240V. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 5 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ 72 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. 5.1 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΤΑΙΡΙΑΣ COSMOTE ΣΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ 72 ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ. 5.2 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΤΑΙΡΙΑΣ Q ΣΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ. 74 5.3 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΤΑΙΡΙΑΣ WIND ΣΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ 76 ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. 79 6.1 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΛΗΨΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΠΟ ΤΑ 79 ΚΙΝΗΤΑ ΤΗΛΕΦΩΝΑ. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. 80 5

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ, ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΙ ΠΙΝΑΚΩΝ. Οι κεραίες κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την κατευθυντικότητά τους. 13 Ο Hans Christian Oersted ανακαλύπτει τυχαία τον ηλεκτρομαγνητισμό. 15 Μήκη κύματος. 16 Διαμήκη κύματα στο νερό. 16 Ο James Clerk Maxwell. 16 Πυλώνες μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και σταθμός παραγωγής ηλεκτρισμού. 17 Μέσω της τεχνολογίας Bluetooth ο χρήστης έχει την ευκαιρία να μοιράζεται και να αξιοποιεί ήχους, εικόνες, βίντεο και μουσική χωρίς καλώδια. 18 Δέσμη ακτίνων γάμα στο διάστημα. 19 Η συσκευή παραγωγής τεχνητών ακτίνων Χ. 20 Ο εκτοπισμός ηλεκτρονίου από τις κατώτερες στοιβάδες αναγκάζει ένα άλλο ηλεκτρόνιο να αναπληρώσει τη θέση αυτή με αποτέλεσμα την παραγωγή φωτονίων μεγάλης ενέργειας. 20 Ιονισμός ουδέτερου ατόμου από ακτίνες Χ. Προσεγγιστικά μήκη κύματος, συχνότητες και ενέργειες των διάφορων περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. 21 22

Σχήμα 1.13 Η ποσότητα κοσμικής ακτινοβολίας που βρίσκεται στο 23 περιβάλλον σε σχέση με το υψόμετρο. Εικόνα 1.14 Από το πυρηνικό ατύχημα στο Τσερνομπίλ της Ουκρανίας η 24 ραδιενέργεια και η θερμότητα σκότωσαν ή επηρέασαν αρνητικά την υγεία εκατοντάδων ανθρώπων στην Ευρώπη. Εικόνα 1.15 Μέτρηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε περιοχή σταθμού 25 βάσης τηλεπικοινωνιών. Εικόνα 2.1 Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. 27 Εικόνα 2.2 Το ορατό φως: η θέση του στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και τα 28 χρώματά του. Εικόνα 2.3 Σταθμός διαβίβασης μικροκυμάτων στην Αυστραλία. Τα 29 μικροκύματα μεταφέρουν πάρα πολλές πληροφορίες. Μικρά κάτοπτρα εστιάζουν τα κύματα αυτά συγκεντρώνοντας τα σε δέσμες, με την βοήθεια των οποίων συνδέονται τηλέφωνα, τηλεοράσεις και ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Εικόνα 2.4 Ακτίνες λέιζερ και μικροσυσκευές παραγωγής ακτίνων λέιζερ. 30 Τα λέιζερ εκπέμπουν UV, ορατές και IR ακτινοβολίες γι αυτό πρώτιστα κινδυνεύουν τα μάτια και το δέρμα. Εικόνα 2.5 Το ραδιοτηλεσκόπιο των 64 μέτρων στο Αστεροσκοπείο 31 Παρκς, στην Αυστραλία. Τα ραδιοτηλεσκόπια χρησιμοποιούνται στη ραδιοαστρονομία και στην παρακολούθηση τεχνητών δορυφόρων. Τα ραδιοτηλεσκόπια διαφέρουν από τα συνηθισμένα τηλεσκόπια στο γεγονός ότι ανιχνεύουν ραδιοκύματα και όχι φως. 7

Εικόνα 2.6 Ο ρωσικός διαστημικός σταθμός ΜΙΡ που κάποτε αποτελούσε 32 τον πιο λαμπρό δορυφόρο (αριστερά). Ραντάρ παρακολούθησης διαστήματος (δεξιά). Εικόνα 2.7 Εικόνα 2.8 Το SOFIA, ένα ειδικά διαμορφωμένο ΒOEING 747 το οποίο με 33 τη χρήση ενός τηλεσκοπίου θα πραγματοποιεί παρατηρήσεις στο υπέρυθρο. Η εικόνα του ουρανού στο υπέρυθρο όπως έχει παρατηρηθεί 33 από τον δορυφόρο IRAS. Οι μπλε πηγές είναι αστέρια χαμηλής θερμοκρασίας. Οι κίτρινο-πράσινες πηγές είναι γαλαξίες οι οποίοι είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι στον ουρανό. Τέλος οι κόκκινες περιοχές είναι νέφη αερίου και σκόνης. Εικόνα 2.9 Το ισχύον σύστημα κινητής τηλεφωνίας στηρίζεται στην 36 ύπαρξη κεραιών-σταθμών βάσης εγκατεστημένων με μορφή κυψέλης. O! κεραίες βάσης επικοινωνούν μεταξύ τους δημιουργώντας δίκτυο επικοινωνίας, ενώ παράλληλα μπορούν και διαχειρίζονται τις κλήσεις που λαμβάνουν από τα κινητά τηλέφωνα Εικόνα 2.10 Κεραίες από τις οποίες αποτελείται ένας σταθμός βάσης 37 τηλεπικοινωνιών. Εικόνα 2.11 Κατά τη διάρκεια εξερχόμενης κλήσης τα ραδιοκύματα 38 εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις. Πίνακας 2.12 Τα όρια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας όπως έχουν ψηφιστεί 40 από χώρες σε όλο τον κόσμο. Πίνακας 2.13 Ενδεικτικές μετρήσεις και αντίστοιχες κανονικοποιημένες τιμές 41 πυκνότητας ισχύος (S), έντασης ηλεκτρικού πεδίου (Ε) και έντασης μαγνητικού πεδίου (Η) σε διάφορες περιοχές της ανατολικής Κρήτης. 8

Γραφική παράσταση Α. 43 Γραφική παράσταση Β. 44 Συσκευή εντοπισμού πηγών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μέτρησης της ισχύς της ακτινοβολίας καθώς και ανάλυσης του ραδιοφάσματος. Η συγκεκριμένη συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και από μη εξειδικευμένους χρήστες. 45 Γραμμική αναπαράσταση ραδιοφάσματος. 46 Agilent CSA Spectrum Analyzer. 47 Η παραδοσιακή αρχιτεκτονική ενός αναλυτή φάσματος. Στο σχήμα διακρίνεται η σύνδεση με την αντένα και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Περιλαμβάνει επίσης, πηνία, πυκνωτές και αντιστάσεις. 49 Η σύγχρονη αρχιτεκτονική αναλυτή φάσματος που αξιοποιεί την τεχνολογία SDR. 50 Η εσωτερική αρχιτεκτονική του αναλυτή φάσματος CSA 51 Συσκευή ανάλυση φάσματος Agilest CSA Spectrum Analyzer N1996A. 52 Η οθόνη του αναλυτή φάσματος Agilest CSA Spectrum Analyzer N1996A. 54 Παράδειγμα σύγκρισης δύο σημάτων στην ίδια οθόνη. 55 Μέτρηση σήματος χαμηλής συχνότητας με τη χρήση απόσβεσης 0 db. 56

Εικόνες 3.10α - 3.10β Η αντένα Hyper log 4060 είναι επικαλυμμένη με χρυσό και έχει 57 τριγωνικό σχήμα. Για την άνετη χρησιμοποίησή της στηρίζεται σε τριπόδι. Σχήμα 4.1 Γεωμετρικοί τόποι στρεφόμενων ανυσμάτων μαγνητικής 59 επαγωγής γραμμής 400 KV διπλού κυκλώματος με φορτίο 1000 Α ανά κύκλωμα και φάση. Σχήμα 4.2 Άνθρωπος σε ομογενές ηλεκτρι κό πεδίο. 60 Σχήμα 4.3 Άνθρωπος σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. 61 Σχήμα 4.4α - 4.4β Εντάσεις πεδίων διαφόρων πηγών ως συνάρτηση της 63 απόστασης x από τον άξονα των πηγών. Γ ια εναέριες γραμμές και σιδηροδρόμους τα πεδία αναφέρονται σε ύψος 1 από το έδαφος και σε απόσταση x από τον άξονα της εναέριας γραμμήςm. Πίνακας 4.5 Μαγνητική επαγωγή στο περιβάλλον οικιακών συσκευών και 64 εργαλείων. Πίνακας 4.6 Η λογαριθμική μονάδα Decibel εκφράζει την ποσότητα 67 μαγνητισμού ενός φυσικού μεγέθους (ένταση ή ενέργεια). Πίνακας 4.7 Αντιστοιχία dbm σε Watt. 68 Πίνακας 4.8 Μετρήσεις που λήφθηκαν από κινητά τηλέφωνα διαφόρων 70 εταιριών. Πίνακας 4.9 Μέτρηση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων περιμετρικά του 70 Υ/Σ 132/66/11 kv. 10

Πίνακας 4.10 Μέτρηση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων σε Υ/Σ διανομής 71 11000/240v. Εικόνα 5.1 Η μέτρηση 1.785GHz που λήφθηκε από κινητό τηλέφωνο της 73 εταιρίας COSMOTE. Εικόνα 5.2 Η μέτρηση 900MHz που λήφθηκε από κινητό τηλέφωνο 75 της εταιρίας Q. Εικόνα 5.3 Η μέτρηση 885MHz που λήφθηκε από κινητό τηλέφωνο της 77 εταιρίας WIND. 11

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Με ποιο τρόπο εκπέμπει μια ραδιοφωνική συχνότητα; Από πού παίρνει «σήμα» ένα κινητό τηλέφωνο; Τι είναι οι υπεριώδεις ακτίνες, οι υπέρυθρες ακτίνες, οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γ; Αναμφισβήτητα τα παραπάνω είναι φαινόμενα διαφορετικής υπόστασης τα οποία έχουν διαφορετικά αποτελέσματα και εφαρμογές. Όλα όμως έχουν ένα κοινό:αποτελούν μέσα διάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Κατά κύριο λόγο, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εντοπίζεται εκεί όπου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Έγινε ευρέως γνωστή μετά τις τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων δεκαετιών, όταν ο άνθρωπος εκμεταλλεύτηκε την ακτινοβολία αυτή στην κινητή τηλεφωνία και στην δορυφορική επικοινωνία. Από τότε πολλά ερωτήματα σχετικά κυρίως με την ανθρώπινη υγεία απασχολούν την κοινή γνώμη: Γιατί τα κινητά τηλέφωνα, οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες και τα ηλεκτρονικά συστήματα θεωρούνται επιβλαβή; Πόση ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εκπέμπει μια κεραία κινητής τηλεφωνίας; Τι είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία; Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία οφείλεται στη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ορισμένης συχνότητας, έντασης και μήκους. Παραδείγματα μετάδοσης υπό μορφή κυμάτων αποτελούν επίσης ο ήχος, το φως, η θερμότητα, τα οποία δε διαδίδονται παρά μόνο με αυτή τη μορφή. Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ταξιδεύει στο περιβάλλον και επηρεάζει τους ανθρώπινους ιστούς. Αφού η μέτρηση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας καθορίζεται με τη μέτρηση των χαρακτηριστικών της, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διακρίνονται σε κύματα με μεγάλο και μικρό μήκος, σε κύματα υψηλής και χαμηλής συχνότητας και μικρής ή μεγάλης έντασης. Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει και αναλύει μετρήσεις χαμηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που πάρθηκαν κατά τη διάρκεια κλήσης κινητών τηλεφώνων και από υποσταθμό μετασχηματισμού υψηλής τάσης και υποσταθμό διανομής στην πόλη της Πάφου στην Κύπρο καθώς και σε διάφορες περιοχές στην πόλη της Καβάλας. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του Agilent CSA Spectrum Analyzer. 12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πλειοψηφία των φυσικών φαινομένων ερμηνεύεται με βάση τη σχέση και τις δυνάμεις που υπάρχουν μεταξύ των δομικών στοιχείων του ατόμου. Τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συνδέονται με δυνάμεις βαρύτητας, ηλεκτρομαγνητικές και πυρηνικές. Ανάλογα με τη μορφή της δύναμης που προκαλεί ένα φαινόμενο, ορίζεται και ο ειδικός τομέας της φυσικής που μελετάται. Όσο αφορά τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, αυτές πρωταρχικά εφαρμόστηκαν στην κατασκευή της πυξίδας με βελόνα ενώ σήμερα θεωρούνται βασικές στην ερμηνεία της δομής του σύμπαντος. Ωστόσο, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία απασχολεί όλο και περισσότερο την κοινή γνώμη αλλά και την επιστημονική κοινότητα λόγω των σοβαρών συνεπειών που μπορεί να έχει στον ανθρώπινο οργανισμό. Ως αποτέλεσμα, πολλοί είναι αυτοί που αποφεύγουν να κατοικήσουν σε περιοχές όπου υπάρχουν εγκατεστημένες πηγές τέτοιας ακτινοβολίας ή καταφεύγουν σε απεργίες και διαδηλώσεις μετά την εγκατάσταση κεραιών στη γειτονιά τους (Βλ. Εικόνα 1.1). εμπρός Απο αριστερά οτα δεξιά. Κατευθυντική, Ημι-κατευθυντική, Παγκατευθυντική Εικόνα 1.1: Οι κεραίες κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την κατευθυντικότητά τους. Σε όλους τους τύπους η κεραία εκπέμπει ή και λαμβάνει ραδιοκύματα με βάση το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Είναι όμως πρακτικά αδύνατο να μειωθεί η χρήση του κινητού τηλεφώνου καθώς και των υπηρεσιών Bluetooth που παρέχει, του διαδικτύου και του wireless στο χώρο εργασίας και των ακτίνων Χ στην ιατρική, αφού πλέον όλα αυτά και πολλά άλλα έχουν ήδη γίνει καθημερινός τρόπος ζωής για το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού της γης και επιπλέον έχουν βρει ανταπόκριση από ένα μεγάλο εύρος ηλικιών. Είναι επίσης αδύνατο ο άνθρωπος να καταφέρει να σταματήσει τις εκπομπές φυσικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας αφού έτσι θα καταστρεφόταν το σύμπαν. Συνεπώς, μια από τις σημαντικότερες και δυσκολότερες προκλήσεις σήμερα για τους σχεδιαστές και κατασκευαστές τέτοιων συσκευών είναι ο 13

σχεδιασμός κυκλωμάτων που θα παράγουν μειωμένης συχνότητας και επομένως ακίνδυνη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στο παρόν στάδιο, η γνώση και η ενημέρωση σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και τις συνέπειές της καθίσταται αναγκαία. Στα δύο πρώτα κεφάλαια και υπό κεφάλαια, αναφέρεται ο ορισμός της «ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας» και αναλύονται οι δυο μορφές της: «ιοντίζουσα» και «μη - ιοντίζουσα», με βάση τη βιβλιογραφία. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναφέρεται η μεθοδολογία με την οποία λήφθηκαν οι μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και παρουσιάζεται η συσκευή Agilent CSA Spectrum Analyzer. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι μετρήσεις οι οποίες αναλύονται εκτενέστερα στο πέμπτο κεφάλαιο. Τα συμπεράσματα από την ανάλυση των αποτελεσμάτων παρουσιάζονται στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο. 1.1. Σκοπός της έρευνας. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θεωρείται τεράστιας σημασίας στη σημερινή εποχή αφού χωρίς την ύπαρξή της, σχεδόν, ολόκληρος ο νέος τεχνολογικός κόσμος θα κατέρρεε. Ωστόσο, η ορθολογιστική εφαρμογή της στην καθημερινή ζωή θα έχει μακροχρόνια θετικές συνέπειες. Γι αυτό η ανάγκη λήψης μετρήσεων καθίσταται απολύτως αναγκαία. Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η παρουσίαση και η ανάλυση συγκεκριμένων ποσοτήτων μη - ιοντίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και επιπλέον, η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο καθημερινό περιβάλλον του ανθρώπου. 1.2. Ορισμός ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ορίζεται ως ένα είδος ακτινοβολίας που μεταδίδεται στην ύλη ή στο κενό υπό μορφή κυμάτων ακτινοβολίας. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ή ραδιοηλεκτρικά ή ερτζιανά κύματα είναι αόρατα και βρίσκονται σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το πεδίο αυτό συνιστά τη σύζευξη του ηλεκτρικού πεδίου και του μαγνητικού πεδίου. Πρώτος ο Oersted ανακάλυψε ότι ο μαγνητισμός συνυπάρχει με τον ηλεκτρισμό. Σύμφωνα με αυτόν, γύρω από ένα αγωγό που διαρρέετε από ρεύμα και επομένως, υπάρχει κίνηση ηλεκτρικού φορτίου, δημιουργείται μαγνητικό πεδίο (Βλ. Εικόνα 1.2). Μέσω των ταλαντώσεων που προκαλούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταδίδεται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. 14

Χαμηλότερης συχνότητας ηλεκτρομαγνητική ενέργεια μεταφέρουν τα ραδιοκύματα ενώ τη μεγαλύτερη ενέργεια εσωκλείουν οι ακτίνες γ. Εικόνα 1.2: Ο Hans Christian Oersted ανακαλύπτει τυχαία τον ηλεκτρομαγνητισμό: Κατά τη διάρκεια ενός πειράματος παρατήρησε ότι η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας μετακινήθηκε όταν βρέθηκε κοντά σε αγωγό ο οποίος διερχόταν από ηλεκτρικό ρεύμα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά με τα φωτεινά κύματα. Συγκεκριμένα, η μόνη διαφορά τους έγκειται στο μήκος κύματός τους δηλαδή στην σταθερή απόσταση που διαχωρίζει δύο διαδοχικές κορυφές ενός κύματος. Τη θεωρία αυτή απέδειξε πειραματικά ο Hertz προς τιμή του οποίου δόθηκε ως μονάδα μέτρησης της συχνότητας το όνομά του. Με τη συχνότητα ορίζεται ο αριθμός των επαναλήψεων ενός κύματος στη μονάδα του χρόνου. Επομένως, η συχνότητα είναι ανάλογη της ταχύτητας του κύματος και αντιστρόφως ανάλογη του μήκους κύματος. Στην περίπτωση μετάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο κενό, η ταχύτητα μετάδοσης ισούται με την ταχύτητα φωτός. Επίσης, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι εγκάρσια και όχι διαμήκη. Στα εγκάρσια κύματα η διεύθυνση διάδοσής τους είναι κάθετη στη διεύθυνση της ταλάντωσής τους (Βλ. Σχήμα 1.3). Δηλαδή, καθώς ένα κύμα ταξιδεύει σε ένα σώμα τότε αυτό πάλλεται με αποτέλεσμα να δημιουργούνται όρη και κοιλάδες. Αντιθέτως, στα διαμήκη κύματα η διεύθυνση διάδοσής τους συμπίπτει με τη διεύθυνση της ταλάντωσης. Με την κίνηση αυτή δημιουργούνται πυκνώσεις και αραιώσεις μεταξύ των μορίων που έχουν ως αποτέλεσμα υψηλές και χαμηλές πιέσεις στα σώματα τα οποία πάλλονται. Χαρακτηριστικό παράδειγμα διαμήκους κύματος είναι τα κύματα που προκαλούνται στο νερό μετά την πτώση μιας πέτρας σε αυτό (Βλ. Σχήμα 1.4) και τα ηχητικά κύματα. 15

Σχήμα 1.3 Σχήμα 1.4 Αναλυτικότερα, ο ηλεκτρομαγνητισμός παρατηρείται όταν αναπτύσσονται δυνάμεις μεταξύ των ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε κίνηση γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Από την κίνηση αυτή δημιουργείται το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μέσα στο οποίο αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια. Το 1864 ο Maxwell διαπίστωσε πως το μαγνητικό πεδίο προκαλείται με την πάροδο του χρόνου γύρω από ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο και το αντίστροφο. Μέσα από τις έρευνές του μπόρεσε να υπολογίσει την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και να περιγράψει την αντανάκλαση και διάθλαση που παθαίνουν όταν στην πορεία τους συναντούν κάποια επιφάνεια. Εικόνα 1.5: Ο James Clerk Maxwell Παρόλ αυτά, μόλις στις αρχές του εικοστού αιώνα κατασκευάστηκαν ολοκληρωμένοι πομποί και δέκτες ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Παράλληλα, η ανθρωπότητα δεν ήταν ακόμα σε θέση να αντιληφθεί το θεωρητικό πλαίσιο μέσα στο οποίο αναπτυσσόταν η καινούρια αυτή έννοια, ενώ ακόμα και για τους χρήστες ο εξοπλισμός μεταφοράς και αποδοχής τέτοιων σημάτων φαινόταν αρκετά πολύπλοκος. Έτσι, εκτός από τη φυσική ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που υπήρχε ανέκαθεν στη γη, παράγεται και τεχνητή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ποικίλων συχνοτήτων από ηλεκτρονικές συσκευές, καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και 16

κεραίες. Η δημιουργία τεχνητής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας βασίζεται στη μεγάλη συχνότητα που χαρακτηρίζει τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Εικόνα 1.6: Πυλώνες μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και σταθμός παραγωγής ηλεκτρισμού. Στον τομέα της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας η παρουσία ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι έντονη λόγω της μεγάλης τάσης του ρεύματος. Όπως προαναφέρθηκε, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι δυνατό να προκαλέσει την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος. Η διαπίστωση αυτή βρίσκει εφαρμογή στα δίκτυα μεταφοράς ρεύματος, όπου η παραγωγή ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου είναι χρονικά ανεξάρτητη. Έτσι, τα δύο πεδία αλληλεπιδρούν και αλληλοεπηρεάζονται. Κατά συνέπεια, το νέο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται μπορεί να μεταφέρει την ενέργεια σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις παρά εάν λειτουργούσαν τα δυο πεδία αυτόνομα. Τα κύματα που ταξιδεύουν μέσα σ αυτό το πεδίο ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από ένα καλώδιο επηρεάζουν την τάση και προκαλούν την παραγωγή ρεύματος σε άλλα καλώδια. Έτσι, δεν είναι απαραίτητη η εγκατάσταση επιπλέον καλώδιου επικοινωνίας ανάμεσα στα δύο υπάρχοντα καλώδια με στόχο τη ροή ρεύματος από το ένα καλώδιο στο άλλο. Μάλιστα, το φαινόμενο αυτό παρατηρείται ακόμα και όταν η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ταξιδεύει μίλια μακριά για να συναντήσει κάποιο δίκτυο. Επιπλέον, στις μέρες μας η επικοινωνία μέσω Wireless και Bluetooth θεωρείται κάτι συνηθισμένο και δεδομένο (Εικόνα 1.7). Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει πλέον κατακτήσει τη ζωή μας και δεν είναι καθόλου παράξενο φαινόμενο. Παρόλ αυτά, διατηρείται ακόμα η άγνοια σχετικά με τη σύσταση και την προέλευσή της. Πολύ λίγοι είναι αυτοί που γνωρίζουν πώς λειτουργεί το wireless και το Bluetooth στο κινητό τους τηλέφωνο ενώ το έχουν χρησιμοποιήσει άπειρες φορές. Αυτό που είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη είναι το γεγονός 17

ότι όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ακτινοβολούν αλλά και δέχονται κάποια ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Επομένως, δεν χρειάζεται να γίνει σύνδεση κάποιας αντένας σε κύκλωμα για να ακτινοβολήσει αυτό, αφού η δομή και η τοποθεσία σχεδόν όλων των κυκλωμάτων επιτρέπει στα κυκλώματα να λειτουργούν τα ίδια σαν αντένα ή να χρησιμοποιούν τα πλησιέστερα σε αυτά αντικείμενα ως αντένες. Εικόνα 1.7: Μέσω της τεχνολογίας Bluetooth ο χρήστης έχει την ευκαιρία να μοιράζεται και να αξιοποιεί ήχους, εικόνες, βίντεο και μουσική χωρίς καλώδια. Όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενη παράγραφο, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επηρεάζει αρνητικά κάθε ζωντανό οργανισμό ο οποίος βρίσκεται στο περιβάλλον εμβέλειάς της. Είναι όμως σημαντικό να λεχθεί πως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από τα κινητά και ασύρματα τηλέφωνα, τα τηλεκατευθυνόμενα αυτοκινητάκια και από άλλες μικροσυσκευές έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά από τα κύματα των ακτίνων Χ και των ακτίνων γ. Για το λόγο αυτό διακρίνονται δύο μορφές ακτινοβολίας ανάλογα με τη δυνατότητα ιοντισμού του ατόμου ή όχι. 1.3 Ιοντίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διακρίνεται σε μη - ιοντίζουσα και ιοντίζουσα ακτινοβολία. Η μη - ιοντίζουσα ή μη - ιονίζουσα ακτινοβολία έχει χαμηλή συχνότητα και μεγάλο μήκος κύματος. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την πρώτη μορφή ακτινοβολίας αναφέρονται στο επόμενο κεφάλαιο. Η ιοντίζουσα ή ιονίζουσα είναι ακτινοβολία με συχνότητα μεγαλύτερη από το ορατό φως δηλαδή, συχνότητα της τάξεως του 1018 έως 1020, έχει 18

μικρότερο μήκος κύματος συγκριτικά με τα φωτεινά κύματα και μεταφέρει μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Η ακτινοβολία αυτή εκπέμπεται από τον πυρήνα των ατόμων. Η ιοντίζουσα ακτινοβολία περιλαμβάνει τις ακτίνες Χ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική π.χ. στον αξονικό τομογράφο και στις ακτινογραφίες, τις ακτίνες γ που εκπέμπονται από τον πυρήνα του ατόμου καθώς και ένα μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV - A). Οι ακτίνες γ έχουν φωτεινή υφή (Βλ. Εικόνα 1.8). Είναι μια μορφή ακτινοβολίας που εκπέμπεται σε περιοχή πέρα των ορατών χρωμάτων και της υπεριώδους περιοχής. Ταξιδεύει σχεδόν με ταχύτητα φωτός (300000 km/sec) και μπορεί να διαπεράσει τις μολύβδινες και αλουμινένιες επιφάνειες. Εικόνα 1.8: Δέσμη ακτίνων γάμα στο διάστημα. Η εκπομπή τεχνητών ακτίνων Χ πραγματοποιείται μέσω της συσκευής ακτίνων Χ (Βλ. Εικόνα 1.9) που αξιοποιείται στην ιατρική. Η συσκευή αυτή περιλαμβάνει ένα ζεύγος ηλεκτροδίων. Το ηλεκτρόδιο της καθόδου θερμαίνεται όταν το διαπερνά ηλεκτρικό ρεύμα με αποτέλεσμα την απομάκρυνση των ηλεκτρονίων από την κάθοδο. Η θετικά φορτισμένη άνοδος, που είναι ένας δίσκος από βολφράμιο, σπρώχνει τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα σωλήνα. 19

Εικόνα 1.9: Η συσκευή παραγωγής τεχνητών ακτίνων Χ. Εικόνα 1.10: Ο εκτοπισμός ηλεκτρονίου από τις κατώτερες στοιβάδες αναγκάζει ένα άλλο ηλεκτρόνιο να αναπληρώσει τη θέση αυτή με αποτέλεσμα την παραγωγή φωτονίων μεγάλης ενέργειας. Η τεράστια διαφορά τάσης ανάμεσα στην κάθοδο και την άνοδο αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να κινηθούν μέσα στο σωλήνα έχοντας μεγάλη δύναμη. Μόλις ένα ηλεκτρόνιο κτυπήσει σε ένα άτομο βολφραμίου χάνει ένα ηλεκτρόνιο από τις κατώτερες στοιβάδες. Τότε ένα ηλεκτρόνιο από τις ανώτερες στοιβάδες μετακινείται στις κατώτερες για να αναπληρώσει την κενή θέση. Παράλληλα, το ηλεκτρόνιο αυτό απελευθερώνει την επιπλέον ενέργεια, αφού μετακινείται σε 20

κατώτερη στοιβάδα, σε μορφή φωτονίου. Το φωτόνιο αυτό μεταφέρει μεγάλη ποσότητα ενέργειας και γι αυτό ονομάζεται φωτόνιο ακτίνων Χ. Ένα μικρό παράθυρο επιτρέπει στις ακτίνες Χ να κατευθυνθούν προς τον πάσχοντα. Μια κάμερα που βρίσκεται εγκατεστημένη πίσω από τον πάσχοντα καταγράφει την εικόνα που στέλνουν οι ακτίνες Χ καθώς διαπερνούν το σώμα του πάσχοντα. Με αυτό τον τρόπο οι ακτίνες Χ δίνουν μια εικόνα για την εσωτερική κατάσταση του σώματος του ανθρώπου χωρίς να απαιτείται χειρουργική επέμβαση. Εικόνα 1.11: Ιονισμός ουδέτερου ατόμου από ακτίνες Χ. Ο ιονισμός είναι φυσικό φαινόμενο (Βλ. Εικόνα 1.11). Επιτυγχάνεται με τη βίαιη μετακίνηση των ηλεκτρονίων από το άτομο και έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ζεύγους ιόντων αντίθετα φορτισμένων. Ως αποτέλεσμα του ιονισμού, τα αρνητικά ηλεκτρόνια απομακρύνονται από το άτομο το οποίο λόγω της έλλειψης ηλεκτρονίων καταλήγει να είναι θετικά φορτισμένο. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στη μεταφορά ενέργειας στην ύλη μέσω ακτινοβολίας. Η ενέργεια που απαιτείται κατά τον ιονισμό πρέπει να είναι ισόποση με την ενέργεια σύνδεσης των ηλεκτρονίων με το άτομο και σαφώς εξαρτάται από το είδος του ατόμου και τη θέση της ηλεκτρονικής στοιβάδας στην οποία βρίσκεται το ηλεκτρόνιο. Σε όλες όμως τις περιπτώσεις ξεπερνά τα 10 ev (electron volt). Στη χημεία ο ιονισμός είναι η διάσπαση χημικών δεσμών, δηλαδή η καταστροφή ενός μορίου με αποτέλεσμα τη δημιουργία δύο δραστικών χημικών ριζών. Εργαστηριακά η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται μέσω ακτινοβολίας λέιζερ. 21

Τα αποτελέσματα του ιονισμού θεωρούνται άκρως επικίνδυνα για τη συνέχιση και εξέλιξη των οργανισμών. Η ρήξη των μοριακών δεσμών έχει αρνητικές βιολογικές συνέπειες γιατί με αυτό τον τρόπο καταστρέφεται ένα πολύ σημαντικό για τη ζωή του κυττάρου μόριο. Οι δραστικές χημικές ρίζες που παράγονται επιτίθενται και καταστρέφουν ωφέλιμα μόρια και στη συνέχεια παράγουν άχρηστες χημικές ενώσεις που βλάπτουν τα μόρια. Οι ενώσεις αυτές προκαλούν αλλοιώσεις στο γενετικό υλικό με αποτέλεσμα τη μεταβίβαση κληρονομικών ανωμαλιών στους απογόνους. Επιπλέον, με τη διάσπαση των ατομικών δεσμών παρατηρούνται: ανώμαλη απορρόφηση της ακτινοβολίας, δημιουργία ακτίνων Χ και διαφορετικά φορτισμένων ιόντων. Όταν το πλάσμα (αέριο όπου κινούνται τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια) λόγω της ακτινοβολίας, γίνει υπέρθερμο είναι δυνατό να επηρεάσει το πλάτος του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται και να αυξήσει τον όγκο του πλάσματος (Βλ. Πίνακα 1.12). Από τα πιο πάνω συμπεραίνουμε πως η ακτινοβολία είναι διεισδυτική και συνεπώς ραδιενεργός. Έρευνες έχουν δείξει ότι ο ιονισμός είναι δυνατό να προκαλέσει βιολογικές βλάβες στο DNA των οργανισμών και καρκίνο. Το μέγεθος της βλάβης που προκαλείται εξαρτάται από τη δόση ακτινοβολίας που απορροφάται από τον οργανισμό. Η δόση ακτινοβολίας ορίζεται ως η ποσότητα της ενέργειας που μεταφέρεται από την ακτινοβολία στην ύλη ανά χιλιόγραμμο μάζας. Μήκος κύματος Συχνότητα (Hz) Ενέργεια Ραδιοκύματα > 10 cm < 3 x 109 < 2 x 10-24J Μικροκύματα 10 cm - 1 mm 3 x 109-3 x 1011 2 x 10-24- 2 x 10-22J Υπέρυθρο 1 mm - 750 nm 3 x 1011-4 x 1014 2 x 10-22 - 3 x 10-19J Οπτικό 750 nm - 450 nm 4 x 1014-7.5 x 1014 1.8 ev - 3 ev Υπεριώδες 450 nm -10 nm 7.5 x 1014-3 x 1016 5 x 10-19 - 2 x 10-17 Ακτίνες-Χ 10 nm - 0.01 nm 3 x 1016-3 x 1019 2 x 10-17 - 2 x 10-14 Ακτίνες-γ < 0.01 nm > 3 x 1019 > 2 x 10-14 Πίνακας 1.12: Προσεγγιστικά μήκη κύματος, συχνότητες και ενέργειες των διάφορων περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. 22

Η ιοντίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προέρχεται είτε από φυσικές πηγές από το γήινο και το διαστημικό περιβάλλον είτε από τεχνητά μέσα τα οποία κατασκεύασε ο άνθρωπος. Στην κατηγορία των φυσικών πηγών περιλαμβάνονται ο φλοιός της γης, δηλαδή το έδαφος, το νερό και ο αέρας τα οποία περιέχουν ραδιενεργά στοιχεία, καθώς και η ηλιακή και αστρική ακτινοβολία. Το φυσικό αέριο, το ράδιο, το ουράνιο και το θόριο που βρίσκονται στα πετρώματα της γης, στο νερό, στον αέρα, στους ζωντανούς οργανισμούς, στις τροφές και στα οικοδομικά υλικά, θεωρούνται σημαντικές πηγές φυσικής ραδιενέργειας. Είναι προφανές ότι η φυσική ακτινοβολία που εντοπίζεται σε υπόγειους χώρους είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από την ακτινοβολία σε αντίστοιχους υπέργειους χώρους. Γι αυτό επιβάλλεται η μέτρησή της όταν σε παρόμοιους χώρους εργάζονται ή διακινούνται άνθρωποι. Επίσης, η ποσότητα των ραδιενεργών στοιχείων στο έδαφος εξαρτάται από τη γεωλογική σύσταση των πετρωμάτων του εδάφους. Μάλιστα, το μεγαλύτερο ποσοστό ραδιενεργών στοιχείων βρίσκεται στα γρανιτικά πετρώματα. Σχήμα 1.13: Η ποσότητα κοσμικής ακτινοβολίας που βρίσκεται στο περιβάλλον σε σχέση με το υψόμετρο. Όσο αφορά την κοσμική ακτινοβολία, αυτή προέρχεται από τον ήλιο και άλλες άγνωστες αστρικές πηγές. Σύμφωνα με τους ειδικούς, κατά την είσοδο της ακτινοβολίας αυτής στη γήινη ατμόσφαιρας αλληλεπιδρά με τα άτομα του αέρα. Από την αλληλεπίδραση αυτή προκύπτουν δευτερογενή υποατομικά σωματίδια, τα οποία μαζί με την ιοντίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλληλεπιδρούν με τα άτομα στην επιφάνεια της γης. Από την 23

αλληλεπίδραση αυτή προκαλούνται πυρηνικές αντιδράσεις κατά τις οποίες παράγονται ραδιενεργά στοιχεία, όπως ήλιο, βήρυλλο, άνθρακας και νάτριο. Σημαντικό είναι το γεγονός το μεγαλύτερο μέρος της κοσμικής ακτινοβολίας απορροφάται από τη γήινη ατμόσφαιρα κι έτσι μόλις ένα μικρό ποσοστό καταλήγει στο έδαφος. Επομένως οι πόλεις που είναι κτισμένες σε μεγάλο υψόμετρο δέχονται μεγαλύτερη κοσμική ακτινοβολία συγκριτικά με τις πόλεις με χαμηλότερο υψόμετρο (Βλ. Σχήμα 1.13). Ένα αεροπλάνο σε συνηθισμένο υψόμετρο (10 Km) δέχεται ακτινοβολία 5 μβν ανά ώρα. Ένας επιβάτης που ταξιδεύει από την Αμερική στην Ευρώπη δέχεται ακτινοβολία ίση με 30 μ8ν περίπου. Εικόνα 1.14: Από το πυρηνικό ατύχημα στο Τσερνομπίλ της Ουκρανίας η ραδιενέργεια και η θερμότητα σκότωσαν ή επηρέασαν αρνητικά την υγεία εκατοντάδων ανθρώπων στην Ευρώπη. Όσον αφορά τις τεχνητές πηγές ιοντίζουσας ακτινοβολίας, αυτές χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική για διαγνωστικούς και θεραπευτικούς σκοπούς, στη βιομηχανία για ραδιογραφήσεις, σε ακτινοβολητές συσπείρωσης υλικών και σε συσκευές ελέγχου ποιοτικών παραμέτρων, στην παραγωγή ενέργειας όπως η ηλεκτρική, στη γεωργία, σε ερευνητικά προγράμματα καθώς και στην εκπαίδευση. Σημαντικό είναι το γεγονός ότι τέτοιες προσπάθειες είναι πολύ επικίνδυνες για το περιβάλλον και για τον άνθρωπο αφού οι πυρηνικές δοκιμές και τα πυρηνικά ατυχήματα όπως αυτό που συνέβη στο Τσερνομπίλ (1986) 24

προκάλεσαν αλλοιώσεις στο DNA των απογόνων αλλά και στο φυσικό περιβάλλον (Εικόνα 1.14). Οι πρώτες μετρήσεις ραδιενεργών κυμάτων που ταξίδευαν στην ατμόσφαιρα πραγματοποιήθηκαν το 1986 στην περιοχή του πυρηνικού εργοστασίου στο Τσερνομπίλ. Η παρουσία κυμάτων επιβεβαιώθηκε από διάφορες και ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες με τη χρήση ποικίλων τύπων εργοστασιακών ραντάρ, αποδεικνύοντας έτσι, τον ιονισμό που επήλθε στον ατμοσφαιρικό αέρα που βρισκόταν μέσα στο ραδιενεργό πεδίο. Παράλληλα, παρατηρήθηκαν εκρήξεις φωτιάς σε ακτίνα 11-65 χιλιομέτρων από το κέντρο του ατυχήματος. Έρευνα σχετική με το σχηματισμό του πλάσματος έδειξε ότι έπειτα από πρόσκρουση ραδιοκυμάτων στο άτομο φωταερίου, οι φυσικοί δεσμοί μεταξύ των ηλεκτρονίων και οι δεσμοί μεταξύ των ελεύθερων ιόντων είναι δυνατό να ποικίλουν ως προς την ένταση και τη σταθερότητά τους. Με βάση τις πιο πάνω έρευνες αποδεικνύεται και η μεγάλη απόσταση στην οποία φτάνει ένα ιοντίζουν ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Εικόνα 1.15: Μέτρηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε περιοχή σταθμού βάσης τηλεπικοινωνιών. Οι ανησυχίες σχετικά με τις επιβλαβείς επιπτώσεις της ιοντίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας φαίνεται να είναι βάσιμες αφού αποδεικνύονται από επιστημονικές μετρήσεις και αναλύσεις. Αρκετοί από τους επιστήμονες που ασχολήθηκαν με πειράματα ραδιενέργειας (π.χ. ακτίνες γ) πέθαναν, όπως η Μαρία Κιουρί που προσβλήθηκε από λευχαιμία. Αναμφίβολα, η υψηλής συχνότητας ακτινοβολία είναι δυνατό να προκαλέσει 25

την καταστροφή των κυττάρων και να οδηγήσει ακόμα και στο θάνατο σε περίπτωση πυρηνικού ατυχήματος. Η έκθεση σε χαμηλή ακτινοβολία ενδέχεται να προκαλέσει τη δημιουργία καρκίνου και γενετική βλάβη στα κύτταρα με κίνδυνο μετάδοσης ανωμαλιών στους απογόνους. Θανάσιμο κίνδυνο αποτελεί για το φυσικό περιβάλλον η ραδιενέργεια αφού τα ραδιενεργά κατάλοιπα των ατομικών βομβών και των πυρηνικών εκρήξεων μολύνουν τις φυσικές πηγές, παραμορφώνουν και θανατώνουν όλα τα έμβια όντα. Τα αποτελέσματα αυτά μπορεί να είναι άμεσα ή μακροχρόνια. Για τους πιο πάνω λόγους, ο τρόπος ανίχνευσης και μέτρησης επιζήμιων ακτινοβολιών είναι σημαντικός (Βλ. Εικ. 1.15). 26

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Μη - ιοντίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια είναι ένα σημαντικό συστατικό του σύμπαντος. Πηγάζει από τον ήλιο και τα άλλα αστέρια και σ αυτήν εκτίθενται συνεχώς άνθρωπος και περιβάλλον. Με τη βοήθεια της τεχνολογίας ο άνθρωπος κατάφερε παράλληλα να κατασκευάσει τεχνητές πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μικρότερης όμως έντασης από τη φυσική ακτινοβολία. Πρωταρχική πηγή θεωρείται η φωτιά, ενώ πιο σύγχρονες πηγές είναι οι ραδιοφωνικοί και τηλεοπτικοί σταθμοί, οι ακτίνες Χ και άλλες. Επίσης, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια μπορεί να εμφανίζεται παράλληλα με την παραγωγή άλλων προϊόντων, όπως συμβαίνει στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος. Συνολικά η φυσική και η τεχνητή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συνθέτουν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα διακρίνεται σε χαμηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικά πεδία και υψηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μη Ιονιζουσα Ακτινοβολία Ιονιζουσο Ακτινοβολία Πεδία Χαμηλών Ραδιοκύματα Ακτίνες χ και γ Συχνοτήτω ν Υπέρυθρες Υπεριώδεις Συχνότητα σε hertz (Hz) Εικόνα 2.1: Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η χαμηλής συχνότητας ακτινοβολία ονομάζεται μη - ιοντίζουσα και χαρακτηρίζεται από συχνότητα χαμηλότερη από 3*1015Hz, μήκος κύματος που ξεπερνά τα 100nm και ενέργεια ανά φωτόνιο λιγότερη από 12eV. Σε αντίθεση με την 27

ιοντίζουσα ακτινοβολία, η μη - ιοντίζουσα ακτινοβολία δεν μεταφέρει μεγάλη ποσότητα ενέργειας και έτσι δεν μπορεί να διασπάσει τους χημικούς δεσμούς μέσα στο πλάσμα του ατόμου και να δημιουργήσει ιόντα στην ύλη. Σημαντικό όμως είναι το γεγονός ότι η μη - ιοντίζουσα ακτινοβολία είναι δυνατό να προκαλέσει χημικές, θερμικές και ηλεκτρικές αλλαγές στον οργανισμό που εκτίθεται σε αυτήν με αρνητικά συνήθως αποτελέσματα. Αναλυτικότερα, τα χαμηλότερης συχνότητας ηλεκτρομαγνητικά πεδία είναι δυνατό να προκαλέσουν τη δημιουργία πεδίων και ρευμάτων στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος ενώ, τα ραδιοκύματα και τα μικροκύματα μπορούν να θερμάνουν τα κύτταρα και τους ιστούς. 2.1. Πηγές μη - ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Η πιο σημαντική πηγή μη - ιοντίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι το φυσικό μαγνητικό πεδίο της γης, όμως είναι στατικό και έτσι δεν παράγει ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι υπόλοιπες πηγές μη - ιοντίζουσας ακτινοβολίας είναι μετρήσιμες. Εικόνα 2.2: Το ορατό φως: Η θέση του στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και τα χρώματά του. Η πιο συνηθισμένη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι το ορατό φως (Βλ. Εικόνα 2.2). Η ορατή ακτινοβολία περιλαμβάνει τις ορατές συχνότητες της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, δηλαδή αυτές που μπορεί να δει και να αναγνωρίσει το ανθρώπινο μάτι. Το ορατό φως μπορεί να αναλυθεί σε διαφορετικά χρώματα, από κόκκινο μέχρι βιολετί, των οποίων το μήκος κύματος κυμαίνεται από 7*10-7m μέχρι 4*10-7m. Προέρχεται από τις ανακατατάξεις των ηλεκτρονίων μέσα στο άτομο. Η πιο αδύναμη ακτινοβολία είναι η 28

ακτινοβολία εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας (ELF). Έχει συχνότητα της τάξης των 60 Hz και παράγεται από τα ηλεκτροφόρα καλώδια, την ηλεκτρική καλωδίωση και τον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Ανάμεσα στο ορατό φως και στα ραδιοκύματα βρίσκεται η υπέρυθρη ακτινοβολία (IR), η οποία προέρχεται από διάφορα αστρονομικά σώματα. Σε αντίθεση με το ορατό φως, όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο, η ακτινοβολία αυτή δεν μπορεί να διαπεράσει την ατμόσφαιρα της γης, καθώς απορροφάται από τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα. Μόνο ένα ελάχιστο ποσοστό καταφέρνει να φτάσει στη γήινη επιφάνεια. Το φάσμα της υπέρυθρης ακτινοβολίας διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες: το κοντινό υπέρυθρο, το μέσο υπέρυθρο και το μακρινό υπέρυθρο. Το πρώτο τοποθετείται αμέσως μετά το ορατό φως και έχει μήκος κύματος 0,7-5 nm. Το μέσο υπέρυθρο φάσμα έχει μήκος κύματος 5-40 nm βρίσκεται ανάμεσα στο κοντινό και το μακρινό υπέρυθρο. Το μακρινό υπέρυθρο έχει μήκος κύματος 40-350 nm και ακολουθείται από τα μικροκύματα. Εικόνα 2.3: Σταθμός διαβίβασης μικροκυμάτων στην Αυστραλία. Τα μικροκύματα μεταφέρουν πάρα πολλές πληροφορίες. Μικρά κάτοπτρα εστιάζουν τα κύματα αυτά συγκεντρώνοντας τα σε δέσμες, με την βοήθεια των οποίων συνδέονται τηλέφωνα, τηλεοράσεις και ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Εντονότερες είναι η ακτινοβολία ραδιοσυχνοτήτων και η ακτινοβολία μικροκυμάτων (Βλ. Εικόνα 2.3). Τα ραδιοκύματα παράγονται από τις ηλεκτρικές συσκευές και αξιοποιούνται στα συστήματα επικοινωνίας των ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σταθμών, των οποίων η συχνότητα φτάνει τα 900MHz. Περισσότερες λεπτομέρειες αναφέρονται στην επόμενη υπό 29

ενότητα. Επικίνδυνη για τον ανθρώπινο οργανισμό θεωρείται η υπεριώδης ακτινοβολία (UV), πηγές της οποίας είναι ο ήλιος, τα μαύρα φώτα, η οξυγονοκόλληση και τα UV λέιζερ. Στη μη - ιοντίζουσα ακτινοβολία ανήκει η μαλακή υπεριώδης ακτινοβολία. Το μήκος κύματός της κυμαίνεται από 1 μέχρι 400 nm. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η εκτεταμένη έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία είναι δυνατό να προκαλέσει ζημιά στα κύτταρα του δέρματος. Για το λόγο αυτό οι ειδικοί δερματολόγοι συστήνουν την αποφυγή της αχρείαστης έκθεσης στον ήλιο. Ευτυχώς, μεγάλο μέρος της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας απορροφάτε από το όζον. Τα λέιζερ θεωρούνται επίσης επικίνδυνα για ανθρώπινη υγεία αφού προκαλούν βλάβες στα μάτια και στο δέρμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι συσκευές λέιζερ εκπέμπουν υπεριώδη και υπέρυθρη ακτινοβολία συγχρόνως με την ορατή. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα περιλαμβάνει ποικίλης συχνότητας, έντασης και μήκους κύματος ακτινοβολίες, διευκολύνοντας έτσι την αξιοποίησή τους σε διάφορους τομείς. Εικόνα 2.4: Ακτίνες λέιζερ και μικροσυσκευές παραγωγής ακτίνων λέιζερ. Τα λέιζερ εκπέμπουν UV, ορατές και IR ακτινοβολίες γι αυτό πρώτιστα κινδυνεύουν τα μάτια και το δέρμα. 2.2. Εφαρμογές μη - ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Μια κεραία ραδιοσυχνοτήτων στέλνει και λαμβάνει ραδιοκύματα συχνοτήτων (RF). Ονομάζονται και κύματα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ραδιοσυχνοτήτων. Τα ραδιοκύματα εκπέμπουν με συχνότητα από 3KHz μέχρι 300GHz και έχουν μήκος κύματος από 1mm μέχρι 10 Km. Τα ραδιοκύματα δημιουργούνται από τις κεραίες επικοινωνίας λόγω της παρουσίας ηλεκτρικού φορτίου σε αυτές. Αναλυτικότερα, η ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου γύρω από την κεραία εξαρτάται: ανάλογα από τη συνολική ισχύ της ακτινοβολίας, αντιστρόφως ανάλογα από την απόσταση του πεδίου από την κεραία και αντιστρόφως ανάλογα από το πλάτος της δέσμης των ακτίνων που εκπέμπονται. Μια άλλη κοινή ιδιότητα των κυμάτων, είναι η πιθανότητα αντανάκλασης, διάθλασης ή απορρόφησης σε περίπτωση που μια ακτίνα συναντήσει υλική επιφάνεια. Λόγω των ιδιοτήτων τους, τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται 30

ευρέως στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Η εκπομπή, η μετάδοση και η λήψη σημάτων παρατηρούνται στις κεραίες ραδιοφωνικών σταθμών, κινητών και ασύρματων τηλεφώνων και στους δορυφόρους. Μολονότι, τα ραδιοκύματα είναι δυνατό, σε συνδυασμό με άλλες συνθήκες, να προκαλέσουν την αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών, εντούτοις δεν έχει επαρκώς τεκμηριωθεί επιστημονικά η επιβλαβής επίδρασή τους στο γενετικό υλικό των οργανισμών. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων απορροφάται κοντά στο δέρμα, ενώ η ακτινοβολία RF μπορεί να απορροφηθεί από όλο το σώμα. Οι ραδιοσυχνότητες στην περιοχή AM (106 Hz), αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με τους ανθρώπινους ιστούς και έτσι δεν προκαλούν θερμικά φαινόμενα (Βλ. Επίσης Εικόνα 2.5). Εικόνα 2.5: Το ραδιοτηλεσκόπιο των 64 μέτρων στο Αστεροσκοπείο Παρκς, στην Αυστραλία. Τα ραδιοτηλεσκόπια χρησιμοποιούνται στη ραδιοαστρονομία και στην παρακολούθηση τεχνητών δορυφόρων. Τα ραδιοτηλεσκόπια διαφέρουν από τα συνηθισμένα τηλεσκόπια στο γεγονός ότι ανιχνεύουν ραδιοκύματα και όχι φως. Εκτός από τις πιο πάνω ιδιότητες, τα ραδιοκύματα μεταφέρουν μεγάλα ποσά ενέργειας. Η ενέργεια αυτή αξιοποιείται σημαντικά σε ποικίλους τομείς. Όσο αφορά τον οικιακό εξοπλισμό, ανάλογο παράδειγμα αποτελεί ο φούρνος μικροκυμάτων, ο οποίος ζεσταίνει την τροφή εκπέμποντας χαμηλής συχνότητας ακτινοβολία (MW). Τα κύματα που παράγει ο φούρνος μικροκυμάτων έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά με τα ραδιοκύματα και ονομάζονται μικροκύματα. Η ακτινοβολία των μικροκυμάτων έχει την ικανότητα να θερμαίνει τα μόρια του νερού και έτσι, να τα αναγκάζει να ταλαντώνονται ή να περιστρέφονται με τη συχνότητα της ακτινοβολίας. Τα μικροκύματα έχουν μήκος κύματος 3mm μέχρι 10-4 m και συχνότητα της τάξης του 2,54*109Hz. Στην ουσία οι ιστοί των τροφών θερμαίνονται επειδή αποτελούνται κατά 70% από νερό το οποίο λειτουργεί σαν διηλεκτρικό δίπολο. Έτσι, 31

επιτυγχάνεται το γρήγορο ζέσταμα των τροφών. Όταν η RF ακτινοβολία θερμαίνει τους ιστούς, τότε αν ο θερμορρυθμιστικός μηχανισμός του σώματος δεν μπορεί να επαναφέρει την κανονική θερμοκρασία τους και γι' αυτό προξενούνται βλάβες. Όμως για να έχουμε παρατηρήσιμη αύξηση της θερμοκρασίας, πρέπει η πυκνότητα ισχύος να είναι πολύ μεγάλη (1mW/cm2) ή όταν η μέση τιμή ενέργειας που απορροφάται από όλο το σώμα (SAR) να είναι πάνω από 5 W/kg. Εικόνα 2.6: Ο ρωσικός διαστημικός σταθμός ΜΙΡ που κάποτε αποτελούσε τον πιο λαμπρό δορυφόρο (αριστερά). Ραντάρ παρακολούθησης διαστήματος (δεξιά). Επίσης, τα ραντάρ παρακολούθησης καθώς και οι δορυφόροι, εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία για να εντοπίσουν ένα στόχο, όπως ένα κινούμενο αυτοκίνητο, ένα καταζητούμενο πρόσωπο, ένα χαμένο αεροπλάνο, ένα αντίπαλο στρατόπεδο και πολλά άλλα (Βλ. Εικόνα 2.6). Συγκεκριμένα, οι δορυφόροι επικοινωνούν με το γήινο περιβάλλον μέσω κεραίας, η οποία λαμβάνει εντολές από τη γη, διαβιβάζει στη γη τις πληροφορίες που συλλέγει από το διάστημα και αν χρειαστεί τις αναμεταδίδει σε άλλη περιοχή της γης. Αυτή η επικοινωνία επιτυγχάνεται με τη λήψη ή την αποστολή ραδιοκυμάτων, τα οποία όπως προαναφέρθηκε ταξιδεύουν σχεδόν με ταχύτητα φωτός. Με αυτό τον τρόπο είναι εφικτή η γρήγορη και σχεδόν άμεση επικοινωνία γης και δορυφόρου. Συγχρόνως, τα ραδιοκύματα συμβάλλουν σημαντικά στη διάγνωση και τη θεραπεία σοβαρών νόσων. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χρησιμοποιείται σε μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας και βηματοδοτών και για την αντιμετώπιση όλων των μορφών καρκίνου. Στον τομέα της θεραπείας αξιοποιείται και 32

η υπέρυθρη ακτινοβολία (Βλ. Εικόνες 2.7 και 2.8). Παράλληλα, η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει πρακτικές και επιστημονικές εφαρμογές στους τομείς της φωτογραφίας και φασματοσκοπίας. Εικόνα 2.7: Το SOFIA, ένα ειδικά διαμορφωμένο ΒOEING 747 το οποίο με τη χρήση ενός τηλεσκοπίου θα πραγματοποιεί παρατηρήσεις στο υπέρυθρο. Εικόνα 2.8: Η εικόνα του ουρανού στο υπέρυθρο όπως έχει παρατηρηθεί από τον δορυφόρο IRAS. Οι μπλε πηγές είναι αστέρια χαμηλής θερμοκρασίας. Οι κίτρινο-πράσινες πηγές είναι γαλαξίες οι οποίοι είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι στον ουρανό. Τέλος οι κόκκινες περιοχές είναι νέφη αερίου και σκόνης. 2.3 Μέτρηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η μέτρηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας πραγματοποιείται με τη μέτρηση των συνιστωσών των κυμάτων ακτινοβολίας. Η συχνότητα εκφράζεται με μονάδες Hz (Hertz). Ένα Hertz ισούται με ένα κύμα ανά δευτερόλεπτο. Με άλλα λόγια, η συχνότητα περιγράφει τον αριθμό ταλαντώσεων που υφίσταται ένα κύμα στη μονάδα του χρόνου. Πολλαπλάσια των Hz είναι τα khz, τα MHz και τα GHz. Άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των κυμάτων είναι το μήκος και η ένταση. Το μήκος κύματος δηλαδή, η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κυμάτων, μετριέται σε μονάδες μήκους, όπως nm, mm, m και Km. Η ένταση είναι η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου που περικλείεται σε ένα άτομο της ύλης. Η ένταση της ακτινοβολίας ορίζεται ξεχωριστά από τρία φυσικά μεγέθη: από την ένταση του μαγνητικού πεδίου που μετριέται σε A/m, από την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου με μονάδα μέτρησης V/m και από την πυκνότητα ισχύος που μετριέται σε W/m2. Η πυκνότητα ισχύος ορίζεται δηλαδή, ως η ισχύς ανά μονάδα εμβαδού. Πολλαπλάσια και υποδιαιρέσεις είναι τα mw/cm2 και μw/cm2. Μάλιστα, όταν οι μετρήσεις πραγματοποιούνται σε κοντινή απόσταση από την πηγή ακτινοβολίας, τότε τα τρία πιο πάνω μεγέθη που περιγράφουν την ένταση, συνδέονται με μαθηματικές σχέσεις. Στην 33

αντίθετη περίπτωση, δηλαδή όταν οι μετρήσεις πραγματοποιούνται πολύ κοντά στην πηγή, η ένταση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου δεν αλληλοεπηρεάζονται ενώ, η ένταση της πυκνότητας ισχύος δεν ορίζεται. Άλλες μονάδες μέτρησης της έντασης είναι το Tesla και το Gauss (1 Gauss - 1 Tesla = 10000 Gauss). Από τα τρία μεγέθη, αυτό που αποδεδειγμένα προκαλεί σοβαρές βλάβες στους ιστούς των ζωντανών οργανισμών, είναι η ένταση. Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που απορροφά το σώμα μας εκφράζεται ως SAR (Specific Absorption Rate) και δείχνει το μέτρο της ισχύος που απορροφάτε ανά μονάδα βάρους του σώματος W/Kg, δηλαδή το ρυθμό απορρόφησης ενέργειας στη μονάδα του χρόνου. Το μέτρο SAR εξαρτάται από τα επιμέρους χαρακτηριστικά του πεδίου - τη συχνότητα της ακτινοβολίας, την ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου-, από τα χαρακτηριστικά του εκτιθέμενου σώματος - την αγωγιμότητα των ιστών του σώματος, τον προσανατολισμό του σώματος σε σχέση με την κατεύθυνση του κύματος, τον όγκο του σώματος - και τις συνθήκες υπό τις οποίες εκτίθεται το άτομο - αντικείμενα που αντανακλούν την ακτινοβολία. Για παράδειγμα, εάν SAR = 4 W/Kg, αυτό σημαίνει πως η πυκνότητα ισχύος ανέρχεται στα 10mW/cm2. Ακόμα, όταν αυτός που εκτίθεται έχει αρκετό ύψος τότε η ενέργεια που απορροφάτε είναι χαμηλότερη από κάποιον που είναι κοντύτερος ή κάθεται ή είναι παιδί. 2.4 Επιστημονικά αποτελέσματα για τις επιπτώσεις της μη - ιοντίζουσας ακτινοβολίας στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Αρκετές έρευνες διαπίστωσαν τις αρνητικές συνέπειες που μπορεί να έχει στην ανθρώπινη υγεία η έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία, ακόμα κι όταν αυτά εκπέμπουν κύματα χαμηλής συχνότητας και έντασης. Γενικά η ακτινοβολία επιδρά θετικά ή αρνητικά στον ανθρώπινο οργανισμό ανάλογα με το είδος της, την ένταση και την ενέργεια που εσωκλείει. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (WHO) αναφέρει ότι η έκθεση σε στατικά και εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία είναι δυνατό να έχει βιολογικές επιπτώσεις. Παρόλο που οι έρευνες καταδεικνύουν την πιο πάνω τεκμηρίωση, εντούτοις κάποιες βιολογικές επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό μπορεί να μην εκδηλωθούν άμεσα και να μην φανερώσουν ξεκάθαρα την προέλευσή τους. Η έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο χαμηλής συχνότητας έχει ως αποτέλεσμα την απορρόφηση ασήμαντης ποσότητας από τον οργανισμό και επομένως τη μηδενική σχεδόν 34

αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών του σώματος. Το δέρμα και τα μάτια απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία ως θερμότητα. Τα άτομα, που εκτίθενται σε αυτήν, καταλαβαίνουν την υπερβολική έκθεση σε αυτήν όταν ζεσταίνονται ή και πονάνε ακόμα. Τέτοιες πηγές ακτινοβολίας IR περιλαμβάνουν τους φούρνους, τους λαμπτήρες θερμότητας, και τα λέιζερ IR. Αντίθετα, όταν η συχνότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ξεπερνά τα 100kHz τότε η έκθεση σε ένα τέτοιο πεδίο οδηγεί στην απορρόφηση σημαντικής ποσότητας ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και αξιοσημείωτη αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών. Αναλυτικότερα, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διακρίνεται σε τέσσερις περιοχές ανάλογα με την ποσότητα που απορροφά το σώμα. Η πρώτη περιοχή περιλαμβάνει τις συχνότητες από 20 MHz μέχρι 100 MHz όπου ανάμεσα στην απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και στην αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών υπάρχει μια ανάλογη σχέση. Μάλιστα στην περίπτωση αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας παρατηρείται κατά κύριο λόγο στο λαιμό και στα πόδια. Η δεύτερη περιοχή κυμαίνεται από συχνότητες των 100 MHz μέχρι 300 MHz και προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας σε ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα. Η τρίτη περιοχή εκπέμπει κύματα μεγάλης συχνότητας, από 300 MHz μέχρι μερικά GHz που έχουν ως αποτέλεσμα την απορρόφηση σημαντικής ποσότητας ενέργειας από αρκετά μέρη του σώματος. Η τέταρτη και τελευταία περιοχή περιλαμβάνει συχνότητες μεγαλύτερες από 10 GHz. Στην περίπτωση αυτή η μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας παρατηρείται στην επιφάνεια του σώματος, δηλαδή στο δέρμα. Όσο αφορά την ακτινοβολία με συχνότητα μέχρι 100 MHz, οι έρευνες δεν κατέδειξαν σημαντικά βιολογικά αποτελέσματα και αρνητικές συνέπειες στην ανθρώπινη υγεία. Οι περισσότερες επιδημιολογικές μελέτες αναφέρουν μόνο κάποιες ενδείξεις για καρκινογένεση από τις οποίες παίρνουν επιφυλάξεις. Συγκεκριμένα, η ηλεκτρική ακτινοβολία και η μαγνητική ακτινοβολία που παράγονται από τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας είναι πιθανό να προκαλέσουν στα παιδιά τη δημιουργία καρκίνου, με συνηθέστερη μορφή τη λευχαιμία. Οι έρευνες αυτές είχαν ως παραμέτρους την απόσταση της κατοικίας από την περιοχή των γραμμών μεταφοράς, το σχεδιασμό των γραμμών μεταφοράς και το ηλεκτρικό φορτίο που μεταφέρει κάθε γραμμή. Αντικείμενο μελέτης άλλων ερευνών ήταν η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που μπορεί να έχει η έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στους εργάτες που χρησιμοποιούν κατά κύριο λόγο το ηλεκτρικό ρεύμα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ερευνών, υπάρχει αυξημένος κίνδυνος εμφάνισης λευχαιμίας χωρίς όμως καμιά βεβαιότητα. Τα αποτελέσματα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας συχνότητας από 100 MHz μέχρι 300 35

MHz, φανερώνουν ότι η 30λεπτη έκθεση σε ένα τέτοιο πεδίο δημιουργεί σε όλο το σώμα 1-4 Wkg-1 που προκαλεί κατά 1 C αύξηση της θερμοκρασίας όλου του σώματος. Αξίζει να σημειωθεί ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις γραμμές μεταφοράς και τις ηλεκτρικές συσκευές έχει χαμηλή συχνότητα και για το λόγο αυτό τα ηλεκτρικά και μαγνητικά κύματα είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους. Αντίθετα, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα κινητά τηλέφωνα είναι ηλεκτρομαγνητική γιατί χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη συχνότητα. Με άλλα λόγια, τα κύματα που εκπέμπονται από τα κινητά μεταβάλλονται δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο και γι αυτό η μέτρησή τους γίνεται με διαφορετικά όργανα. Έχουν μάλιστα και διαφορετικές βιολογικές επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Σχετικά με την έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία των κινητών τηλεφώνων γίνεται λόγος στην επόμενη παράγραφο. Εικόνα 2.9: Το ισχύον σύστημα κινητής τηλεφωνίας στηρίζεται στην ύπαρξη κεραιώνσταθμών βάσης εγκατεστημένων με μορφή κυψέλης. Οι κεραίες βάσης επικοινωνούν μεταξύ τους δημιουργώντας δίκτυο επικοινωνίας, ενώ παράλληλα μπορούν και διαχειρίζονται τις κλήσεις που λαμβάνουν από τα κινητά τηλέφωνα. 2.5 Έκθεση σε πεδία ραδιοσυχνοτήτων που εκπέμπονται από τα κινητά τηλέφωνα. Η κινητή τηλεφωνία βασίζεται σε ένα σύστημα μετατροπής των φωνητικών κυμάτων και των ψηφιακών δεδομένων σε ραδιοκύματα και το αντίστροφο. Η μετατροπή αυτή επιτυγχάνεται μέσω κεραιών και ηλεκτρονικού εξοπλισμού που βρίσκονται εγκατεστημένοι στους διάφορους σταθμούς βάσης της κινητής τηλεφωνίας. Έτσι, μια εξερχόμενη κλήση από ένα κινητό τηλέφωνο πραγματοποιείται μέσω της επικοινωνίας του τηλεφώνου με τους σταθμούς βάσης οι οποίοι μεταφέρουν σταδιακά την κλήση στο ζητούμενο δέκτη (Βλ. Εικόνα 36

2.9). Πρόκειται απλά για μια σύγχρονη διαδικασία επικοινωνίας πομπού και δέκτη στην οποία το κανάλι επικοινωνίας είναι το σύστημα κινητής τηλεφωνίας. Συγκεκριμένα, όταν κάποιος καλεί από το κινητό του τηλέφωνο ένα αριθμό τότε τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από την αντένα του κινητού τηλεφώνου φτάνουν στον πλησιέστερο σταθμό βάσης ο οποίος προωθεί την κλήση σε άλλο σταθμό βάσης και ούτω καθεξής μέχρι τα ραδιοκύματα να καταλήξουν στο ζητούμενο σταθμό βάσης και απ εκεί στον καλούμενο χρήστη. Με την αποδοχή της κλήσης τα ραδιοκύματα μετατρέπονται και πάλι σε φωνητικά κύματα. Εικόνα 2.10: Κεραίες από τις οποίες αποτελείται ένας σταθμός βάσης τηλεπικοινωνιών. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπουν τα κινητά τηλέφωνα έχουν καθορισμένα επίπεδα ισχύος, περίπου 0,5W ή και χαμηλότερη. Τα κινητά τεχνολογίας GSM και GPRS λειτουργούν με μέγιστη τιμή 2 W. Όταν ακόμη ένα κινητό τηλέφωνο βρίσκεται κοντά σε κάποιο σταθμό βάσης τότε τα επίπεδα ισχύος είναι πιο μικρά. Επομένως, όσο πιο πολλούς σταθμούς βάσης έχει κάποια τηλεφωνική εταιρεία τόσο πιο μικρή είναι η ισχύς που εκπέμπεται από τα τηλέφωνα. Η ισχύς μειώνεται επίσης όταν ο ομιλητής μένει σιωπηλός και όταν η κλήση τεθεί σε αναμονή με στόχο τη διατήρηση της επικοινωνίας με το δίκτυο, ενώ όταν το κινητό τηλέφωνο είναι κλειστό η ισχύς των ραδιοκυμάτων είναι μηδενική. Τα κινητά τηλέφωνα εκπέμπουν ραδιοκύματα προς όλες τις κατευθύνσεις ώστε να εντοπίσουν τον πλησιέστερο σταθμό βάσης (Βλ. Εικόνα 2.11). Συνεπώς μέρος της ακτινοβολίας διαπερνά το σώμα του χρήστη. Όσο αφορά τα επίπεδα SAR, δηλαδή το μέτρο της ισχύος που 37