Георгий Константинович Остроумов
Здоровье и излучение
От автора
Книга предназначена для широкого круга читателей, желающих получить неангажированную информацию по вопросам сохранения здоровья в условиях неизбежного присутствия антропогенных неионизирующих электромагнитных полей (ЭМП), которые уже признаны возможными канцерогенами. Вместе с тем в ней содержится немало новых сведений, несомненно, представляющих интерес для специалистов различных отраслей (экология, связь, медицина, охрана труда, образование, транспорт), связанных с использованием ЭМП.
Читатель получит рекомендации (в основном малоизвестные или новые) по эффективному снижению риска вреда для здоровья от ряда средств и устройств (смартфон, роутер, планшет, автомобиль, наушники, зарядное устройство, фен, индукционная печь, радионяня и так далее).
Впервые анализируется возможность фатального сценария при использовании мобильных устройств сотовой связи.
Описывается новая методика приближенной оценки сокращения продолжительности жизни в зависимости от уровня хронических радиочастотных ЭМП в окружающей человека среде.
Даются советы по нормированию ЭМП, а также по рациональному размещению пользовательских беспроводных излучающих устройств.
Операторам телевидения, базовых станций и погодных радаров, а также производителям некоторых излучающих изделий предлагаются решения, направленные на снижение риска вреда для здоровья людей.
Для систем мобильной связи, телевидения и освещения предлагаются способы уменьшения их негативного влияния на здоровье населения при снижении потребления энергии.
Представленные в книге материалы никоим образом не могут служить заменой квалифицированной помощи специалистов по электромагнитной безопасности и профессиональных электриков. Напротив, предполагается, что представленная в книге информация поможет специалистам выполнить их работу наилучшим образом.
Положение независимого исследователя позволяет не замалчивать важные факты и не вводить читателя в заблуждение. Вместе с тем автор не берет на себя смелость рекомендовать использование каких-либо якобы защитных устройств с неясными физическими принципами и/или давать медицинские рекомендации (с целью возможного снижения последствий от воздействия ЭМП). Намерение автора заключается в том, чтобы, опираясь на самые последние исследования в области защиты от ЭМП и смежных областях, изложить свои взгляды на проблему.
Необязательно читать книгу от начала и до конца. Можете начать с той главы, которая кажется наиболее полезной. При необходимости в конце книги найдется словарь, содержащий используемые в книге сокращения и обозначения.
Все содержащиеся в книге сведения не подразумевают никаких гарантий со стороны автора, издателя, их агентов или сотрудников.
Введение
Одним из основных факторов прогресса современной цивилизации является использование антропогенных неионизирующих ЭМП.
Ученые и инженеры Российской империи, а затем и Советского Союза внесли значительный вклад практически во все связанные с ЭМП области науки, техники и медицины. Можно вспомнить одного из основателей беспроводной радиосвязи А. С. Попова и основоположника современного телевидения В. К. Зворыкина. Нелишне напомнить и о достижениях Советского Союза в области микроволновой терапии. Стоит также отметить: именно в Советском Союзе были установлены наиболее жесткие нормы для ЭМП, направленные на сохранение здоровья. Кстати, многие постсоветские страны не отказались от этих норм.
Примерно с 90-х годов 20 века прогресс в технологиях, достижения в военной сфере, появление интернета и геополитические изменения привели к повсеместному лавинообразному увеличению числа различных радиосредств и электроприборов, что вызвало и продолжает вызывать соответствующее возрастание антропогенных неионизирующих ЭМП в окружающем нас пространстве. И не удивительно: по оценкам ряда исследователей, уже в 2020 году около половины всех людей могут в той или иной степени страдать от ЭМП.
В России обеспокоенность возможной опасностью от возрастания ЭМП неоднократно выражали Роспотребнадзор и Российский национальный комитет по защите от неионизирующих излучений (РНКЗНИ).
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ, англ. World Health Organization, WHO) и Парламентская ассамблея Совета Европы (ПАСЕ, англ. Parliamentary Assembly of the Council of Europe, PACE) тоже озабочены этой ситуацией. Например, Международное агентство по изучению рака (МАИР, англ. International Agency for Research on Cancer, IARC), которое является специализированным учреждением ВОЗ, уже классифицировало некоторые ЭМП как возможные канцерогены. В свою очередь, ПАСЕ приняла резолюцию, в которой есть рекомендация всем государствам-членам ПАСЕ: установить для ЭМП гораздо более жесткие нормы, чем те, которые законодательно утверждены в любой из стран-участниц.
К сожалению, даже российские довольно жесткие нормы для ЭМП далеки от рекомендаций ВОЗ (МАИР) и ПАСЕ. В результате значительная часть населения живет при таких воздействиях ЭМП, которые могут причинить вред здоровью. Разумно ли обществу игнорировать рекомендации ВОЗ и ПАСЕ?
Чтобы обезопасить себя в этих условиях, человеку нужны сведения: о возможном вреде ЭМП для здоровья, об источниках ЭМП и об эффективных способах снижения воздействия ЭМП на человека.
Следует заметить, что увеличение числа и номенклатуры радиоэлектронных приборов не обязательно должно вести к росту воздействия ЭМП. Известны примеры, когда использование новых приборов позволяет даже радикально снизить уровень ЭМП. Именно поэтому в книге основной акцент делается на вопросах снижения воздействия ЭМП на человека без существенных ограничений в использовании электрических приборов, радиосредств и радиосистем.
Предлагаемые альтернативные решения ни в коей мере не направлены на торможение технического прогресса. Наоборот, они могут привести к ускорению прогресса при сокращении затрат и экономии энергии.
Представленная информация и рекомендации по снижению степени воздействия антропогенных неионизирующих ЭМП на человека основаны на профессиональных знаниях, личном опыте и более чем 40-летних исследованиях автора в областях, связанных с использованием ЭМП.
Высшая цель книги – это сохранение здоровья человека при разумном использовании ЭМП.
Глава 1. Сведения о электромагнитном поле
Обычно рассматриваются два разных типа ЭМП: ионизирующее ЭМП и неионизирующее ЭМП.
Ионизирующее ЭМП является электромагнитным полем с очень высокой частотой. Его минимальная частота начинается в области высоких частот ультрафиолетового излучения. Ионизирующее ЭМП может быть очень опасным для человека: оно ионизирует атомы и молекулы тела человека, что может быстро привести к значительному ухудшению здоровья и даже к смерти. Механизм этого влияния к настоящему времени достаточно хорошо изучен.
Уже по названию видно, что неионизирующее ЭМП не может ионизировать атомы и молекулы тела человека, потому что его частота сравнительно низкая, то есть энергии фотона ЭМП недостаточно для ионизации. Обычно у большей части населения (исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к ЭМП) неионизирующее ЭМП не приводит к быстрому значительному ухудшению здоровья. Но статистические данные, в том числе лежащие в основе классификаций ВОЗ, показывают: длительное воздействие ЭМП с интенсивностями ниже самых жестких национальных предельно допустимых уровней (ПДУ) может вызвать серьезные заболевания.
В этой книге в основном рассматриваются антропогенные неионизирующие ЭМП, которые влияют практически на все население. Вопросы специального применения антропогенных неионизирующих ЭМП (медицина, промышленность), а также вопросы влияния природных неионизирующих ЭМП, будут затронуты очень кратко.
Необходимо отметить, что ЭМП – это общее понятие, которое довольно часто подменяется более частным понятием – электромагнитное излучение (ЭМИ). Такая подмена некорректна, ведь определение названия ЭМИ предполагает, что электромагнитное излучение – это только часть электромагнитных полей, которая способна передавать энергию в форме волн через пространство и/или через материальную среду. Например, в современной квартире ЭМИ промышленной частоты 50 Гц практически всегда отсутствует, тогда как ЭМП частоты 50 Гц, в той или иной степени, всегда присутствует.
Интересно, что в названии РНКЗНИ и в названии Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (МКЗНИ, англ. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP) также указывается на более узкую сферу деятельности, чем в действительности занимаются обе организации: защитой от неионизирующего ЭМП. Возможно, таким образом названия получаются более краткими и узнаваемыми. Кстати, большое число публикаций также содержит термин ЭМИ, хотя иногда из текста следует, что речь идет именно о ЭМП.
Весьма приближенно можно представлять простой синусоидальный волновой электромагнитный процесс в виде череды регулярно повторяющихся волн высокой скорости, равной скорости света. Одна из основных характеристик синусоидального волнового электромагнитного процесса – это его частота (или период, или длина волны). Частота – это показатель, который указывает число циклов (волн) синусоидального волнового процесса в единицу времени. Длина волны и частота тесно взаимосвязаны: чем выше частота, тем короче длина волны. Другие характеристики простого синусоидального волнового процесса: амплитуда и фаза.
Довольно часто говорится, что у электромагнитного сигнала есть начальная (нижняя) и конечная (верхняя) частота. Также можно сказать, что у сигнала есть центральная частота и полоса частот. Нужно иметь в виду, что в современных системах радиосвязи незначительная часть мощности сигнала может распространяться и вне полосы частот, а это может создать помехи для других систем и устройств.
Полезно знать, что практически любой сложный периодический электромагнитный сигнал можно представить в виде суммы простых синусоидальных волновых электромагнитных процессов с соответствующими частотами, амплитудами и фазами.
В книге рассматриваются в основном наиболее распространенные антропогенные неионизирующие ЭМП:
– низкочастотные электрические поля (1 Гц – 100 кГц)
– низкочастотные магнитные поля (1 Гц – 100 кГц)
– радиочастотные электромагнитные поля (100 кГц – 300 ГГц).
Такое разделение сделано в соответствии с рекомендациями МКЗНИ [1,2] по классификации ЭМП, и его можно считать оправданным.
Другое дело, что целью МКЗНИ является разработка рекомендаций по нормированию ЭМП, а вот здесь предлагаемые рекомендации МКЗНИ существенно отличаются от рекомендаций ВОЗ и ПАСЕ, хотя МКЗНИ официально сотрудничает с ВОЗ, Международной Организацией Труда и Европейской Комиссией. Как будет показано далее, отличие это настолько существенное, что из полного названия комиссии впору убрать предлог «от», при этом сокращенное название не изменилось бы, а смысл полного нового названия (Международная комиссия по защите неионизирующего излучения) стал бы соответствовать предлагаемым МКЗНИ уровням ЭМП.
Низкочастотные электрическое поле (ЭП) и магнитное поле (МП) в основном возбуждают в теле человека электрический ток, который может негативно влиять на здоровье. Радиочастотное ЭМП в основном нагревает тело человека, что может нанести вред здоровью. В диапазоне частот 100 кГц – 10 МГц, помимо нагревания, нужно учитывать возбуждаемый электрический ток.
Особое внимание уделяется МП крайне низкой частоты (КНЧ, англ. Extremely Low Frequency, ELF), потому что оно классифицировано ВОЗ как возможный канцероген [3]. Согласно ВОЗ, КНЧ – это частота из диапазона частот 3–300 Гц или даже из диапазона частот 3–3000 Гц. Именно диапазон частот 3–3000 Гц в дальнейшем тексте книги будет обозначаться КНЧ (ELF), когда речь пойдет о канцерогенности МП. В любом случае МП промышленной частоты 50 Гц является возможным канцерогеном. Необходимо подчеркнуть: важен именно частотный диапазон, а не его название, потому что можно встретить, например, такую классификацию:
Как видите, иногда название может ввести в заблуждение: можно сделать ложный вывод о том, что МП промышленной частоты 50 Гц не является возможным канцерогеном. С другой стороны, название СНЧ при поиске информации о канцерогенности МП может показаться бесполезным, тогда как МП именно этого диапазона частот также будут возможными канцерогенами.
Низкочастотное электрическое поле
Низкочастотное ЭП образуется при наличии заряда, величина которого изменяется со временем. Присутствие низкочастотного электрического тока не является необходимым условием для наличия низкочастотного ЭП. Например, около розетки с напряжением, которая предназначена для подключения электроприборов (220 В и 50 Гц), будет низкочастотное (50 Гц) ЭП даже в том случае, если электроприборы не подключены. Если есть розетка с постоянным напряжением, то около нее будет статическое ЭП.
Наиболее сильными являются низкочастотные ЭП в непосредственной близости от источников (розетки, линии электропередачи и так далее). По мере удаления от источника, сила ЭП быстро уменьшается. Сила ЭП характеризуется напряженностью (E) ЭП, которая измеряется в вольтах на метр (В/м). Низкочастотные ЭП влияют на распределение электрических зарядов на поверхности тела человека и вызывают наличие в организме электрических токов.
Проводящие поверхности, особенно заземленные, являются эффективной защитой от ЭП. Некоторые строительные материалы и деревья также обеспечивают защиту. Если линии электропередачи проложены под землей, то ЭП на поверхности будут очень слабыми.
Низкочастотное магнитное поле
МП возникают вокруг движущихся электрических зарядов, например, вокруг проводника с током. Если ток будет постоянным, то и МП будет статическим (0 Гц). Если же ток будет низкочастотным, то и МП будет низкочастотным (с той же частотой).
Магнит обладает статическим МП, но если магнит будет перемещаться относительно человека, то на человека будет воздействовать переменное МП, и в теле человека будут возбуждаться низкочастотные токи. Сила МП характеризуется напряженностью (H) МП, которая обычно измеряется в амперах на метр (А/м). Есть и другие характеристики МП, которые связаны с напряженностью МП. Так в этой книге будет использоваться термин индукция МП (магнитная индукция), которая часто измеряется в микротеслах (мкТл):
1 мкТл = 0,8 А/м = 0,001 мТл = 0,000001 Тл.
Везде, если это не оговаривается особо, при оценке ЭМП под воздушным пространством с ЭМП подразумевается вакуум с ЭМП.
В отличие от ЭП, МП возникают лишь при включении прибора в розетку и наличии тока. Чем больше электрический ток в какой-либо конкретной электропроводке, тем сильнее может быть МП.
Как и ЭП, МП наиболее сильны в непосредственной близости от их источника, а по мере удаления от него МП ослабевают. Обычные материалы, например, стены зданий, не являются препятствием для МП. Для защиты от низкочастотных МП не существует доступных и эффективных средств. МП возбуждают циркулирующие (круговые) электрические токи внутри организма. Они могут влиять на работу нервной и мышечной систем. Величина этих индуцированных токов зависит от величины внешнего МП.
Важным общим свойством низкочастотных ЭП и МП является то, что возбуждаемые ими токи в теле человека линейно растут с ростом частоты (примерно до частот порядка 1 кГц).
Радиочастотное электромагнитное поле
Радиочастотное ЭМП, называемое иногда высокочастотным ЭМП, возникает, например, в результате быстрого осциллирующего движения зарядов в антенне (наличия в антенне переменного тока высокой частоты).
Иногда диапазон частот от 300 МГц до 300 ГГц называется микроволновым, а иногда этот же диапазон называется сверхвысокочастотным. Можно также сказать, что полоса частот от 300 МГц до 300 ГГц – это диапазон сверхвысоких частот (СВЧ).
В принципе, подход для ЭМП любой частоты должен быть единым: если в антенне есть ток низкой частоты, то соответственно возникает низкочастотное ЭМП, а не высокочастотное ЭМП.
При вытекании ЭМП из антенны обычно рассматриваются три области пространства. При этом границы областей иногда могут быть довольно неопределенными, а соответствующие формулы являются весьма приближенными.
Реактивная область ближней зоны – область пространства, непосредственно граничащая с поверхностью антенны (встречаются также названия: область статического поля, область реактивного поля, квазистационарная область). В этой области ближней зоны преобладают реактивные электромагнитные процессы, характеризующиеся тем, что энергия ЭМП сохраняется в данной области путем перетекания электрической составляющей (ЭП) в магнитную составляющую (МП) и обратно. Поэтому здесь нужно оценивать отдельно ЭП и МП (проводить измерения или расчеты Е и Н). По сути дела, ЭМИ здесь практически отсутствуют. В реактивной области МП и ЭП с расстоянием меняются очень резко, например, E может изменяться пропорционально 1/r3, а H – пропорционально 1/r2, где r – расстояние от антенны до точки наблюдения.
Внешняя граница реактивной области (если размеры антенны малы по сравнению с длиной волны) приближенно описывается выражением:
где λ – длина волны; π ≈ 3,14; R – расстояние от границы области до антенны.
Радиационная область ближней зоны – область пространства, которая располагается между реактивной областью ближней зоны и дальней зоной. Иногда эта область называется зоной Френеля. Другие названия: область излучаемого ближнего поля, ближнее радиационное поле, индукционное поле, переходная область, переходная зона.
Размеры этой области зависят от наибольшего геометрического размера антенны и длины волны. В этой области преобладают процессы излучения электромагнитного поля (ЭМИ передает энергию в форме волн от антенны в пространство). При этом, однако, реактивными процессами пренебречь нельзя.
Внутренняя граница данной области описывается выражением (1.1). Внешняя граница определяется выражением (1.2), если размеры антенны малы по сравнению с длиной волны, или выражением (1.3), если наибольший геометрический размер антенны больше длины волны:
где D – наибольший геометрический размер антенны.
Дальняя зона – область пространства, в которой ЭМП существуют практически только в форме ЭМИ (электромагнитных волн). Внутренняя граница дальней зоны описывается соответственно выражениями (1.2) или (1.3), а расстояние до внешней границы равно бесконечности.
Встречаются и другие названия этой зоны: зона Фраунгофера, дальнее радиационное поле. В этой зоне векторы Е, Н и вектор направления распространения ЭМИ взаимно перпендикулярны. Затухание ЭМИ здесь минимальное, так как Е и Н уменьшаются с расстоянием пропорционально 1/r. ЭП и МП в этой зоне жестко связаны посредством выражения
поэтому здесь достаточно вычислять и измерять только Е или Н. На практике в этой области чаще производится измерение энергетической (точнее, мощностной) характеристики ЭМИ. Она обычно называется «плотность потока мощности» (ППМ) и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) или (мкВт/см2, мкВт/м2). Иногда ППМ ошибочно называют «плотность потока энергии», ведь из контекста часто следует, что речь идет о плотности потока мощности, а не о плотности потока энергии.
ППМ жестко связана с Е и Н и уменьшается с расстоянием пропорционально 1/r2.
1 Вт/м2 = 100 мкВт/см2 = 1000000 мкВт/м2.
Для реактивной области ближней зоны в низкочастотном диапазоне 1 Гц – 100 кГц несложно выполнять измерения Е и Н, тогда как в радиочастотном диапазоне 100 кГц – 300 ГГц иногда возможны только расчеты Е и Н или удельного коэффициента поглощения (англ. Specific Absorption Rate, SAR) мощности ЭМП (например, в теле человека).
Для радиационной области ближней зоны в радиочастотном диапазоне 100 кГц – 300 ГГц также предлагается [2] использовать при измерениях ППМ, потому что в этой области доминируют ЭМИ.
Измерение полей в низкочастотном диапазоне для радиационной области ближней зоны и для дальней зоны не актуально (за некоторыми исключениями).
Для лучшего понимания вышеприведенных сведений целесообразно рассмотреть простое ЭМП, состоящее из одного синусоидального волнового электромагнитного процесса.
Известно, что длина электромагнитной волны и частота связаны соотношением:
где: с ≈ 300000 км/с – скорость света; f – частота.
ЭМП промышленной частоты 50 Гц, согласно выражению (1.4), будет иметь λ = 300000 (км/с)/50 (1/с) = 6000 км. Ясно, что размер антенны будет обычно намного меньше этой длины волны. Значит, согласно выражению (1.1), для внешней границы реактивной области ближней зоны R = 6000 (км)/6,28 = 955 км. Это означает, что ближе 955 км еще нет ЭМИ с частотой 50 Гц. Аналогично, для внешней границы радиационной области ближней зоны и внутренней границы дальней зоны необходимо использовать выражение (1.2), тогда R = 12000 км. Значит, только на удалении свыше 955 км будет ЭМИ с частотой 50 Гц, но его интенсивность там ничтожна.
Таким образом, ЭМП промышленной частоты 50 Гц, для подавляющего числа практических приложений (на расстояниях ближе 955 км), существует только в форме ЭП и МП. Именно поэтому в большинстве публикаций и в этой книге рассматриваются раздельно низкочастотные электрические и магнитные поля. Наличие же пренебрежимо слабых ЭМП (в форме ЭМИ на удалении свыше 955 км) не является актуальным.
В этой связи вызывает сожаление утверждение [4] о том, что ВОЗ якобы классифицировала ЭМП КНЧ (ELF EMF) как возможный канцероген, тогда как в действительности классификация касается только магнитных полей – это МП КНЧ (ELF MF), а ЭП КНЧ вообще не классифицировались [5].
Исключением для низкочастотной области являются волны Шумана, которые существуют в своеобразном резонаторе, образованном поверхностью Земли и ионосферой. Электромагнитные волны с частотой около 8 Гц возбуждаются в этом резонаторе грозами, но интенсивность этих ЭМИ у поверхности Земли чрезвычайно мала.
Тем не менее волны Шумана, по-видимому, влияют позитивно на поддержание здоровья человека. В открытом космосе отсутствие этих волн может стать проблемой для космонавтов. Возможно, это связано с тем, что частота волн Шумана приближенно совпадает с альфа-ритмом мозга человека.
Если чрезвычайно слабое природное ЭМП с частотой 8 Гц влияет на человека, то неужели антропогенные ЭМП с другими частотами и гораздо более мощными интенсивностями не повлияют на человека?
Другой пример – это ЭМП с частотой 900 МГц (приблизительно) от мобильного телефона.
λ = 3∙1010 (см/с) /9∙108 (1/с) = 33,3 см, затем, согласно выражению (1.1), для внешней границы реактивной области ближней зоны R = 33,3 (см)/6,28 = 5,3 см.
Для внутренней границы дальней зоны из выражения (1.2) R = 2∙33,3 (см) = 66,6 см.
Таким образом, вызывают сожаление попытки измерения ППМ от мобильного телефона на расстоянии менее 5,3 см, потому что там ППМ отсутствует. Вблизи телефона необходимо измерять раздельно Е и H, но, к сожалению, и это не всегда возможно. Это объясняется тем, что измерительный зонд может значительно исказить ЭМП от антенны мобильного телефона. Ведь антенна и зонд становятся единой антенной системой. Вот по этой причине предлагаемые МКЗНИ и некоторыми странами расчеты SAR (для случая, когда телефон излучает прямо у макета головы человека) представляются иногда оправданными.
Наиболее корректным было бы измерение ППМ ЭМП с частотами выше 900 МГц на расстоянии не менее 66,6 см от мобильного телефона. Согласно [2], измерения ППМ можно рекомендовать и для радиационной области ближней зоны (от 5,3 см до 66,6 см). На основании измерений ППМ многих моделей телефонов в 2G- и 3G-сетях, с помощью измерительного прибора TriField Meter, можно рекомендовать выбирать расстояние от телефона до измерителя не менее 15 см. При этом ППМ с увеличением расстояния будет уменьшаться пропорционально 1/r2, что свидетельствует о корректности измерений.
1. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 hz to 100 khz). https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPLFgdl.pdf, 2010.
2. Guidelines for limiting exposure to electromagnetic fields (100 kHz to 300 GHz). https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPrfgdl.pdf, 2020.
3. Summary of Data Reported and Evaluation. http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol80/mono80-6E.pdf, 2002.
4. International EMF Scientist Appeal. http://emfscientist.org/index.php/emf-scientist-appeal, 2015.
5. Ostroumov G. About International EMF Scientist Appeal. http://www.buergerwelle.de:8080/helma/twoday/bwnews/stories/6530/, 24.5.2015.