EMF zaken – Blootstelling aan Elektromagnetische velden

De radio amateur is zich wel bewust van de risico’s die bestaan bij het omgaan met elektrische apparatuur. Niet altijd realiseren we ons echter de mogelijke gevolgen van de blootstelling aan elektromagnetische velden (EM-velden) afkomstig van de zender, antenne of voedingslijn. Van de amateur mag echter worden verwacht dat hij voldoende inzicht heeft in de materie en voorkomt dat er onveilige situaties ontstaan en daarmee rekening houdt bij het ontwerpen van zijn installatie. Dit hoofdstuk heeft tot doel een inzicht te geven in de gebruikte begrippen en een rekenvoorbeeld om snel een inschatting te kunnen maken van de eigen situatie. Een PowerPoint presentatie over stralingshygiëne en de radioamateur, welke ook  is te vinden onder referte [1], kan door de leden van de EMC-EMF commissie worden verzorgd.

Ioniserende en niet-ioniserende straling

Vaak wordt over “straling” gesproken, wat niet altijd even verstandig is omdat straling een negatieve betekenis heeft en vaak met ioniserende straling zoals radioactieve straling wordt geassocieerd. De  elektromagnetische velden waar wij mee te maken hebben behoren tot de categorie Niet-ioniserende straling”. Beter is om te spreken over hoogfrequent of elektromagnetische velden.

Figuur 1. Het frequentiespectrum

Figuur 1. Het frequentiespectrum

 

Gezondheidseffecten van radiofrequente velden

Wat gebeurt er bij blootstelling aan elektromagnetische velden? Elektrische spanningen zijn van nature in het menselijk lichaam aanwezig, en zijn essentieel voor het normaal functioneren van het lichaam. Alle zenuwen geven signalen door met behulp van elektrische impulsen. De meeste biochemische reacties – van reacties die betrekking hebben op de stofwisseling tot reacties die te maken hebben met hersenactiviteit – gaan gepaard met elektrische processen. De gevolgen van blootstelling van het menselijk lichaam of menselijke lichaamscellen aan externe EM-velden zijn voornamelijk afhankelijk van hun frequentie en intensiteit of sterkte. Bij lage frequenties gaan de EM-velden door het lichaam heen; bij de hogere radiofrequenties worden de velden deels geabsorbeerd en dringen ze slechts over een korte afstand het weefsel in.

Thermische effecten: Wanneer een organisme wordt blootgesteld aan elektromagnetische velden met frequenties hoger dan circa 100 kHz, wordt een deel van de elektromagnetische energie in de weefsels opgenomen en omgezet in warmte. . Deze warmte-effecten zijn korte termijn effecten.

Niet- thermische effecten: Bij frequenties lager dan circa 100 kHz treden alleen niet-thermische effecten op. De geïnduceerde stroom is het belangrijkste effect in het lage frequentiegebied.

Europese aanbevelingen over blootstellingslimieten: De International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), een onafhankelijke organisatie van wetenschappers, heeft in 1998 aanbevelingen opgesteld voor veilig verblijf in elektromagnetische velden. In 1999 heeft de Raad van Ministers van de EU het gedeelte voor de algemene bevolking overgenomen als aanbeveling aan de lidstaten. Nederland heeft deze aanbeveling overgenomen en opgenomen in de Telecommunicatiewet.

De basisrestrictie of basisbeperking

Als maatstaf voor eventueel veroorzaken van biologische effecten wordt de SAR (Specific Absortion Rate) gebruikt. Hierbij wordt uitgegaan van de hoeveelheid hoogfrequent energie die nodig is om het menselijk lichaam gemiddeld 1 graad Celsius in temperatuur te laten stijgen. Hierbij is gemiddeld een vermogen van 4 W/kg voor nodig. Twee werksituaties worden daarbij onderscheiden:

  1. Ruimtes toegankelijk voor gekwalificeerd personeel (werker of beroepsbevolking) De maximum waarden voor technisch personeel dat weet wat ze aan het doen is, ligt een factor 10 onder de SAR- waarde van 4 W/kg (basisbeperking), ofwel 0,4 W/kg.
  2. Ruimtes toegankelijk voor de algemene bevolking /publiek. De maximum waarden liggen een factor 50 onder de SAR- waarde van 4 W/kg ofwel 0,08 W/kg. Hier vallen ook de mobiele telefoons onder, los van de gebruiker!

Basisrestricties en referentieniveaus

Wordt aan de basisrestricties voldaan, dan is bescherming tegen gezondheidsschade voldoende gewaarborgd. Omdat de basisrestricties niet altijd direct te meten of te berekenen zijn, heeft men voor de praktijk referentieniveaus afgeleid. Deze niveaus worden in de praktijk gebruikt om vast te stellen of de basisrestricties mogelijk worden overschreden.

De verantwoordelijkheid van de radio zendamateur

Wat betekent dit voor ons als radio zendamateur? Wij hebben de verantwoordelijkheid om ervoor te zorgen dat wijzelf maar ook derden niet onnodig worden blootgesteld aan te hoge veldsterktes. Van de zendamateur zelf mag verwacht worden dat hij een dusdanige kennis van EMF heeft dat hij onder de categorie werker zou kunnen vallen waarvoor een hogere blootstellingslimiet geldt. Gezinsleden en buren vallen echter in de categorie “ publiek”. De veldsterktes (in V/m) zoals vermeld in tabel 1 mogen niet overschreden worden.

Tabel 1.  Overzicht veldsterkte amateurbanden (V/m) voor beroepsbevolking en algemeen publiek

Tabel 1.  Overzicht veldsterkte amateurbanden (V/m) voor beroepsbevolking en algemeen publiek

 

Berekenen van de veiligheidsafstand

Niet iedere zendamateur in staat is om veldsterktemetingen uit te voeren. We kunnen deze echter ook berekenen. Immers buiten de openingshoek is het uitgestraalde vermogen (ERP) minder in relatie tot de hoofdrichting van de antenne. Bij het berekenen wordt uitgegaan van de verre veld situatie (Afstand d> λ/2π). De demping van obstakels, zoals muren en ramen en anderzijds geleiding is lastig te voorspellen of te berekenen en wordt meestal niet meegenomen in de berekening. Wel dient rekening gehouden te worden met de eventuele verticale openingshoek van de antenne (-3 dB punten).

Bij elektromagnetische voortplanting wordt een onderscheid gemaakt tussen het nabije veld en het verre veld. Voor berekeningen worden in het algemeen gemaakt voor de verre veld situatie.

Vuistregel:

Voor het verre veld gebied geldt: R2 > 2 D² / L. ( of L/2π voor een dipool).
Waarbij: L = de golflengte, D = de grootste afmeting van de antenne (loodrecht op de richting van de waarneming) en R = de afstand tot de antenne.
Belangrijk is het dat altijd buiten het reactieve nabije veld wordt gemeten. De grens hiervan wordt door de volgende vuistregel bepaald: R1 > 0,62 D3 / L.

Tussen R1 en R2 bevindt zich de zogenaamde radiating near-field region, waarvoor de formule voor het verre veld in principe niet bruikbaar is. Uit praktijkervaring blijkt dat de EMF-meting wel vanaf L/2p of L/4 afstand tot de antenne uitgevoerd kan worden, maar de meetfout kan dan wat groter zijn.

Voorbeeld berekenen van de veiligheidsafstand

De relatie tussen het uitgestraalde vermogen (EIRP) en de sterkte van het elektrische veld ( verre veld) is gegeven door:

E (V/m) = √30 EIRP(W) / d   (m)
Voor de veiligheidsafstand  geldt nu: d (m)  =  √ 30 EIRP(W)/ E  (V/m)

Rekenvoorbeeld: f= 145 MHz, Vermogen aan de antenne toegevoerd 400 Watt, Antenneversterking:  +13 dBd.
Met  28V/m als blootstellingslimiet ( zie tabel 1) berekenen we het uitgestraalde vermogen t.o.v. een isotrope antenne (EIRP)

EIRP = 13120 Watt (400 x 20 x 1,64),
d =√ (30 x 13120)  / 28

hieruit volgt de veilige afstand  d = 22,4  meter  (geldt alleen binnen de openingshoek van de antenne)

Sommeren van verschillende frequenties

Het kan voorkomen dat er vanaf één locatie tegelijkertijd meerdere zenders actief zijn op verschillende frequenties. Deze verschillende veldsterktes mogen niet zonder meer opgeteld worden om tot een totale veldsterkte te komen, dit is als appels met peren vergelijken. Ieder signaal moet tot een percentage van de blootstellinglimiet (referentieniveau) verrekend worden en die waarden mogen dan wel opgeteld worden.

Voorbeeld:

3,8  MHz,     gemeten  E = 20  V/m, limiet voor 80 m band  is 44,6 V/m,
430 MHz,     gemeten  E = 10 V/m, limiet voor 70 cm band is 28 V/m.

Voor de 80 m band: = E2 / limiet2 = 202 / 44,62 = 0,20
Voor de 70 cm band: = E2 / limiet2 = 102 / 282 = 0,13

De relatieve blootstellingwaarde is: 0,20 + 0,13 = 0,33. Dit is 33 %  van de blootstellinglimiet.

Hoe voorkomen we overschrijding van de blootstellingslimiet?

Het meest simpele is de antenne zo hoog mogelijk boven het straatniveau te plaatsen zodat de elektromagnetische straling afkomstig van de antenne “over” de omgeving heen straalt. Bijkomend voordeel is dat er dan minder hinder is van eventuele EMC (elektromagnetische compatibiliteit) problemen. Niet voor iedereen is het weggelegd om een mast van 50 meter hoog in de tuin te plaatsen.

Wees er als radiozendamateur bewust van wat je aan het doen bent. Het gebruik van een 400 watt zender-eindtrap en een antenneversterking (gain) van xxx dB met een laag opgestelde antenne is niet altijd even verantwoord in een gemiddelde woonwijk. Het globaal kunnen schatten van hoeveel veldsterkte je bij de buren veroorzaakt behoort ook bij de verantwoording die je als zendamateur hebt. Meestal vallen de veldsterktes wel mee en blijven de niveaus onder de blootstellinglimiet.

Het programma Watt32 van DF3XZ, via de DARC verkrijgbaar, is een prima hulpmiddel om een en ander uit te rekenen. Ook het programma Radio Frequency Hazard calculation van de UBA, via de UBA verkrijgbaar, is ook een prima hulpmiddel om een en ander uit te rekenen.Het berekenen van de veldsterkte in het nabije veld is erg moeilijk en vereist veel kennis en ervaring. Wie zich hier toch in wil verdiepen kan gebruik maken van het gratis programma NEC 2-Code of EZNEC (http://www.qsl.net/wb6tpu/swindex.html).

Referenties

[1] Zie deze PowerPoint presentatie van Willem van Gaalen (PA0WJG).