Немного о вреде сотового телефона и нормировании излучения

Продолжая разговор о безопасности радиотелефонов, начатый в прошлом номере журнала (см. Век качества. 2001. № 2. С. 56—57), предлагаем вниманию читателей еще одно мнение по этому вопросу. Автор публикуемой статьи не претендует на решение проблемы оценки воздействия микроволнового излучения на человека. Его цель-представить независимую техническую позицию по вопросу о влиянии на человека микроволнового излучения сотового телефона

В.Р. Анпилогов,

главный редактор ежегодника
«Спутниковые системы связи и вещания»

Несмотря на обилие статей в отечественных и зарубежных изданиях, посвященных проблеме воздействия микроволнового излучения сотового телефона, ни одна из них не дает ответа на вопрос - вредно или безвредно это излучение для человека и каковы критерии «безвредности»?

И хотя многие ведущие телекоммуникационные компании финансируют массовые научные исследования этой проблемы, она не становится яснее. Впрочем, это понятно: представите себе размеры финансовых убытков в случае, если будет доказано, что микроволновое излучение сотового телефона провоцирует болезни человека…

С другой стороны, какая ответственность ложится на исследователя, который утверждает, что никаких вредных последствий для человека микроволновое излучение низкой интенсивности (соизмеримое с излучением сотового телефона) не оказывает…

Возможно, поэтому вопрос о влиянии микроволнового излучения низкой интенсивности, так и остается дискуссионным уже более 50 лет. Ученые продолжают исследования, телекоммуникационные компании развивают свою индустрию. А между тем…

Микроволновое излучение было всегда

Если посмотреть на проблему шире, то становится очевидным, что и без сотового телефона человек в течение всей жизни постоянно находится под воздействием электромагнитных полей, разных по характеру и интенсивности.

Более того, микроволновое излучение, генерируемое Солнцем, Галактикой, извержениями вулканов, разрядами молний и другими факторами, существовало на Земле и до человека. Поскольку человек все же выжил и довольно хорошо приспособился к окружающей среде, то можно утверждать, что уровни плотности потока мощности микроволнового излучения, соизмеримые с теми, которые создаются естественными источниками, для человека безвредны.

Наиболее мощный естественный источник излучения – Солнце. Его радиоизлучение распространяется во всем диапазоне частот. Верхней границей можно считать частоты в области 50 ГГц, поскольку электромагнитные волны более высоких радиочастот практически полностью поглощаются в атмосфере Земли. Таким образом, безвредный уровень плотности потока мощности (ППМ) микроволнового излучения, к которому привык человек за всю историю своего существования на Земле, можно определить следующим образом:

где

Таким образом, рискнем утверждать, что уровень плотности потока мощности микроволнового излучения, сопоставимый с естественным фоном, явно безвреден для человека. Где же лежит граница перехода количества во «вредное» качество?

Человек способен на многое

Теперь перейдем от естественных источников излучения к искусственно созданным человеком. Так, мощность передатчиков Останкинской телебашни достигает Р = 20 кВт. Усиление в максимуме диаграммы направленности антенн может составлять примерно G = 10 дБ. В результате значение ППМ зависит от расстояния до Останкинской телебашни и формы диаграммы направленности излучающей антенны. В наиболее неблагоприятной зоне это значение на несколько порядков превышает естественный уровень:

Другой пример - бытовая СВЧ-печь. Ее мощность обычно чуть меньше одного киловатта. Экранировку излучения печи, по-видимому, трудно обеспечить лучше 60-70 дБ. Располагается она, чаще всего, на кухне, и пока в ней что-то готовится, хозяйка вполне может находиться от нее на расстоянии, например, 0,3 м. Поскольку излучение (частота примерно 2450 МГц) в данном случае ненаправленное, то следует принять значение G не более 1 (или 0 дБ). При использовании приведенной выше формулы получается, что уровень излучения СВЧ-печи соизмерим с излучением от Останкинской телебашни.

Эти примеры еще раз доказывают, что люди уже в течение многих лет непроизвольно проводят массовый эксперимент по изучению влияния СВЧ полей на человека, но пока так и не обнаружили отрицательных для себя последствий при плотности потока мощности, равной десятым долям мВт/см2.

В центре внимания - сотовый телефон

Средства радиосвязи развиваются на протяжении уже почти столетия. Сотовый же телефон стал массовым только в последнее десятилетие, и столь короткого промежутка времени явно недостаточно для того, чтобы делать выводы о его вреде или безвредности на основе широкомасштабного эксперимента над людьми. Исходные условия этого эксперимента таковы: мощность сотового телефона в момент соединения может достигать 2 Вт (для аналоговых стандартов и того больше), усиление антенны принимаем равным 1, расстояние до головы примерно 0,03 м. Предположим, что мы имеем дело с частотами стандарта GSM 900/1800. По теории антенн пользователь находится в дальней зоне излучения антенны своего сотового телефона (длина антенны примерно четверть длины волны, а расстояние, на котором сформировалась диаграмма направленности, - длина волны/16). Возвращаясь к предыдущей формуле, получим, что в момент соединения W = 18 мВт/см2, что на несколько порядков превышает излучение и СВЧ-печи и Останкинской башни.

Хорошо, что соединение происходит достаточно быстро, а затем мощность падает почти на порядок, то есть в момент разговора W = 2 мВт/см2. Да и большинство абонентов стараются говорить не более 2-5 минут.

Следует отметить, что показатель номинальной выходной мощности еще не дает объективной картины. Например, для стандартов GSM характерна следующая ситуация. В процессе вызова телефон ищет ближайшую базовую станцию и устанавливает выходную мощность в зависимости от ее удаленности и своей чувствительности. Чем точнее телефон измеряет уровень сигнала, полученного от базовой станции, тем оптимальнее он установит уровень выходной мощности. Соответственно, максимальная мощность излучения будет иметь место при максимальной удаленности от базовой станции и при разговоре из салона автомобиля, особенно в движении. Повышение точности измерения уровня сигнала достигается применением более сложного схемотехнического решения. Правда, эти усложнения практически не сказываются на конечной стоимости телефона.

Необходимо заметить, что новые «изобретения», позволяющие ослабить электромагнитное поле за счет специальной конструкции антенн или использования наушников, положительного эффекта не дают (хотя в рекламных публикациях и утверждается обратное). Более того, в ряде случаев, они (например, провода от наушников) могут создать дополнительную направленность (концентрацию) излучения. При этом значение ППМ возрастает как корень квадратный отношения длины этих проводов к длине антенны сотового телефона. Существует еще опасность, что они могут послужить однонаправленной линией передачи (ОЛП), то есть, довести основную часть мощности точно до головы пользователя. Примерно по той же технической причине не следует увлекаться разговором из салона машины. Его внутреннее пространство во время работы сотового телефона может «сработать» как полый резонатор, у которого напряженность поля возрастает пропорционально его объему.

Что допустимо в микроволновом излучении?

Еще не так давно на заводах работа регулировщика СВЧ-аппаратуры приравнивалась к вредному производству, а допустимая норма ППМ для полного рабочего дня составляла W = 0,01 мВт/см2. При превышении этого уровня сокращался рабочий день. И хотя все эти льготы, к сожалению, в прошлом, норму допустимого уровня плотности потока мощности никто не отменял.

Аналогичная, хотя и несколько большая по значению, норма была введена в США - W = 10 мВт/см2. Например, в ВМС США была установлена норма допустимого времени работы в микроволновом поле (300-30000 МГц) повышенной интенсивности T<6000/W**2, где W не более 100 мВт/см2. Если ориентироваться на эту норму, то при W = 2 мВт/см2, что соответствует излучению сотового телефона в режиме разговора, можно разговаривать по телефону почти круглосуточно.

В 1996 г Федеральная комиссия по связи (FCC) США установила новые нормы на допустимый уровень ППМ при неконтролируемом использовании излучающих приборов, иными словами - для массового пользователя. Примерно в то же время аналогичные нормы были введены в Европе (см. табл.1.).

Сегодня в России установлен допустимый уровень ППМ применительно к сотовому телефону - 0,1 мВт/см2, к базовой станции соты - не более 0,01 мВт/см2. При этом учитывается, что базовая станция работает практически постоянно, а сотовым телефоном человек пользуется кратковременно.

Исследования показали, что ППМ не является интегральным параметром. Многое зависит от массы человека и площади поверхности его тела. Поэтому дополнительно в научных исследованиях была введена норма поглощения мощности электромагнитного излучения, отнесенная к массе тела.

С середины 90-х годов активно пропагандируется норма допустимого облучения человека, выраженная в мощности электромагнитной волны (Вт), приходящейся на 1 кг живого веса - Specific Absorption Rate (SAR). Сегодня эта норма даже вводится для обязательного указания в паспорте сотового телефона. По данным компании Domode, которая опубликовала результаты тестирования более сотни типов сотовых телефонов различных компаний, значение SAR в основном лежит в пределах от 0,28 до 1,5 Вт/кг. Чем меньше SAR, тем безопаснее телефон для человека.

FCC приводит следующие данные при нормировании SAR (см. табл.1. ): в диапазоне частот 100 кГц-6 ГГц для тела в целом - менее 0,08 Вт/кг, для любой его части - не более 1,6 Вт/кг в течение 6 минут в любом объеме этой части тела массой 10 г.

В Европе эти нормы практически аналогичны (0,08 Вт/кг и 2 Вт/кг, соответственно), но введено допущение на увеличения SAR до 4 Вт/кг для некоторых частей тела, например, рук. <

Отметим, что для специалистов, имеющих дело с микроволновым излучением в течение всего рабочего дня, установленные нормы в пять раз больше (предполагается, что на предприятиях налажен контроль уровня излучения).

Ситуация с нормированием SAR представляется довольно запутанной. Измерить SAR без специальной аппаратуры невозможно. Да и точность таких измерений (или расчетов) не поддается никакой критике. SAR - это физический параметр скорее для научных исследований, чем для практического применения. Конечно, это частное мнение автора, не претендующего на истину в последней инстанции.

По-видимому, норму SAR следует рассматривать как допустимое значение поглощенной телом мощности, при которой гарантированно не нарушается его тепловой баланс.

Попытка обобщить значения

Значение SAR позволяет оценить допустимый уровень ППМ электромагнитного поля, в котором может находиться человек, или уровень ППМ на поверхности кожи:

где

Для взрослого человека примем М = 70 кг, S = 1 м2. Исходя из допустимого значения SAR для всего тела, несложно получить примерное значение W = 0 28 мВт/см2 при L = 0. Это значение превышает установленные в России нормы ППМ, но допустимо для США и Европы.

Теперь еще раз вернемся к оценке уровня ППМ, создаваемой сотовым телефоном в области головы человека. Примем мощность во время разговора равной 0,2 Вт, а усиление антенны - 0 дБ (1 раз). В результате получается, что уровень плотности потока мощности составляет примерно 2 мВт/см2. Очевидно, что цифры не совсем сходятся. Скорее всего, значение SAR приведено на глубине тела около 3-5 см. Таблица 2.

Проблема исследуется уже в течение 50 лет. Число научных трудов постоянно возрастает, и перечислить даже малую их часть не представляется возможным. Ставятся эксперименты с дождевыми червями, мышами, крысами, котами, собаками, обезьянами и т. д. Диапазон изысканий невероятно обширен. Например, выяснено, что при непрерывном воздействии электромагнитной волны низкой интенсивности дождевой червь начинает быстро расти, а его реакции замедляются.

С начала 70-х годов начали просачиваться данные о том, что под воздействием модулированного (импульсная амплитудная модуляция низкой частоты) сигнала на мозг человека происходят серьезные расстройства его нервной системы. На этом основании построено множество легенд о психотронном СВЧ-воздействии и даже СВЧ-оружии. Причем уровни ППМ, при которых наблюдались эффекты от такого воздействия, были заметно ниже теплового порога (10 мВт/см2).

Между этими крайностями лежит море результатов исследований медиков, которые, как правило, сходятся в одном: воздействие микроволнового излучения даже с низким уровнем плотности потока на организм человека бесследно не проходит.

Представленная оценка уровней ППМ, создаваемых в повседневной жизни вокруг нас различными источниками микроволнового излучения, показывает, что сотовый телефон в этом списке стоит на первом месте. Справедливости ради подчеркнем, что уровни ППМ этих источников, различаясь примерно на два порядка, существенно превышают естественный уровень (на семь, восемь порядков). Поэтому, говоря о вреде для человека микроволнового излучения низкой интенсивности, не следует забывать и про другие достижения цивилизации.

К сожалению, существующие нормы ППМ и SAR базируются на критерии недопущения теплового воздействия. Настораживает здесь тот факт, что еще в 50-70-х годах, в СССР на основе многочисленных исследований нетеплового воздействия микроволнового излучения было установлено, что при определенных типах модуляции наблюдаются заметные нарушения в деятельности центральной нервной системы человека во время воздействия. Соответственно, была установлена допустимая норма ППМ равная 0,01 мВт/см2 для контролируемых источников.

На наш взгляд, обоснованность существующих норм ППМ и SAR для сотового телефона весьма сомнительна. Поэтому советуем придерживаться принципа, чем меньше - тем лучше. И еще. Чем точнее сотовый телефон измеряет уровень сигнала, тем безопаснее он для окружающих. При этом стоимость телефона ни о чем не говорит, так как определяется, прежде всего, наличием сервисных возможностей и субъективными факторами.

Таблица 1

Нормы на допустимые уровни ППМ и SAR для неконтролируемых источников микроволнового излучения

Таблица 2

Уровни ППМ различных источников микроволнового излучения