أكثر أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية شيوعًا هو ضوء الشمس. تردد ضوء الشمس (الضوء المرئي) هو الخط الفاصل بين الإشعاع المؤين الأكثر قوة (الأشعة السينية والأشعة الكونية) عند الترددات الأعلى والإشعاع الأكثر اعتدالًا وغير المؤين عند الترددات المنخفضة. هناك طيف من الإشعاع غير المؤين. في سياق هذا الفصل ، توجد الأشعة تحت الحمراء تحت الضوء المرئي مباشرةً. يوجد أدناه النطاق الواسع للترددات الراديوية ، والتي تشمل (بترتيب تنازلي) الموجات الدقيقة ، والراديو الخلوي ، والتلفزيون ، وراديو FM وراديو AM ، والموجات القصيرة المستخدمة في السخانات العازلة والحثية ، وفي النهاية المنخفضة ، الحقول ذات تردد الطاقة. الطيف الكهرومغناطيسي موضح في الشكل 1.
الشكل 1. الطيف الكهرومغناطيسي
مثلما يتغلغل الضوء أو الصوت المرئي في بيئتنا ، المساحة التي نعيش ونعمل فيها ، كذلك تتغلغل طاقات المجالات الكهرومغناطيسية. أيضًا ، تمامًا كما يتم إنشاء معظم الطاقة الصوتية التي نتعرض لها من خلال النشاط البشري ، كذلك الطاقات الكهرومغناطيسية: من المستويات الضعيفة المنبعثة من أجهزتنا الكهربائية اليومية - تلك التي تجعل أجهزة الراديو والتلفزيون لدينا تعمل - إلى الأعلى المستويات التي يطبقها الممارسون الطبيون لأغراض مفيدة - على سبيل المثال ، الإنفاذ الحراري (المعالجة الحرارية). بشكل عام ، تتناقص قوة هذه الطاقات بسرعة مع المسافة من المصدر. المستويات الطبيعية لهذه الحقول في البيئة منخفضة.
يشمل الإشعاع غير المؤين (NIR) جميع الإشعاع ومجالات الطيف الكهرومغناطيسي التي لا تحتوي على طاقة كافية لإنتاج تأين المادة. أي أن NIR غير قادر على نقل طاقة كافية لجزيء أو ذرة لتعطيل بنيته عن طريق إزالة إلكترون واحد أو أكثر. عادة ما يتم ضبط الحد الفاصل بين الأشعة تحت الحمراء والإشعاع المؤين على طول موجة يقارب 100 نانومتر.
كما هو الحال مع أي شكل من أشكال الطاقة ، فإن طاقة NIR لديها القدرة على التفاعل مع الأنظمة البيولوجية ، وقد لا تكون النتيجة ذات أهمية ، أو قد تكون ضارة بدرجات مختلفة ، أو قد تكون مفيدة. مع الترددات الراديوية (RF) وإشعاع الميكروويف ، فإن آلية التفاعل الرئيسية هي التسخين ، ولكن في الجزء منخفض التردد من الطيف ، قد تحفز المجالات ذات الكثافة العالية تيارات في الجسم وبالتالي تكون خطرة. ومع ذلك ، فإن آليات التفاعل لقوى المجال منخفضة المستوى غير معروفة.
الكميات والوحدات
المجالات عند الترددات التي تقل عن 300 ميغا هرتز يتم قياسها كمياً من حيث شدة المجال الكهربائي (E) وشدة المجال المغناطيسي (H). E يتم التعبير عنها بالفولت لكل متر (V / m) و H بالأمبير لكل متر (أ / م). كلاهما حقلا متجه - أي أنهما يتميزان بالحجم والاتجاه عند كل نقطة. بالنسبة لمدى التردد المنخفض ، غالبًا ما يتم التعبير عن المجال المغناطيسي من حيث كثافة التدفق ، B، مع وحدة SI تسلا (T). عندما تتم مناقشة الحقول الموجودة في بيئتنا اليومية ، عادةً ما تكون الوحدة الفرعية ميكروتسلا (μT) هي الوحدة المفضلة. في بعض الأدبيات ، يتم التعبير عن كثافة التدفق بوحدة gauss (G) ، والتحويل بين هذه الوحدات هو (للحقول في الهواء):
1 طن = 104 G أو 0.1 μT = 1 mG و 1 A / m = 1.26 μT.
تتوفر مراجعات للمفاهيم والكميات والوحدات والمصطلحات الخاصة بالحماية من الإشعاع غير المؤين ، بما في ذلك إشعاع الترددات الراديوية (NCRP 1981 ؛ Polk and Postow 1986 ؛ WHO 1993).
على المدى إشعاع تعني ببساطة الطاقة المنقولة عن طريق الأمواج. الموجات الكهرومغناطيسية هي موجات من القوى الكهربائية والمغناطيسية ، حيث يتم تعريف حركة الموجة على أنها انتشار الاضطرابات في نظام فيزيائي. التغيير في المجال الكهربائي مصحوب بتغيير في المجال المغناطيسي والعكس صحيح. وصف جي سي ماكسويل هذه الظواهر في عام 1865 في أربع معادلات أصبحت تُعرف باسم معادلات ماكسويل.
تتميز الموجات الكهرومغناطيسية بمجموعة من المعلمات التي تشمل التردد (f) ، الطول الموجي (λ) ، شدة المجال الكهربائي ، شدة المجال المغناطيسي ، الاستقطاب الكهربائي (P) (اتجاه E المجال) ، سرعة الانتشار (c) وناقل بوينتينغ (S). الشكل 2 يوضح انتشار الموجة الكهرومغناطيسية في الفضاء الحر. يُعرَّف التردد بأنه عدد التغييرات الكاملة في المجال الكهربائي أو المغناطيسي عند نقطة معينة في الثانية ، ويُعبر عنه بالهرتز (هرتز). الطول الموجي هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاع الموجة (الحد الأقصى أو الصغرى). التردد والطول الموجي وسرعة الموجة (v) مترابطة على النحو التالي:
v = f λ
الرقم 2. موجة مستوية تنتشر بسرعة الضوء في الاتجاه x
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية في الفضاء الحر تساوي سرعة الضوء ، لكن السرعة في المواد تعتمد على الخواص الكهربائية للمادة - أي على السماحية (ε) والنفاذية (μ). تتعلق السماحية بتفاعلات المواد مع المجال الكهربائي ، وتعبر النفاذية عن التفاعلات مع المجال المغناطيسي. المواد البيولوجية لها سماح تختلف اختلافا كبيرا عن تلك الموجودة في الفضاء الحر ، لأنها تعتمد على الطول الموجي (خاصة في نطاق الترددات الراديوية) ونوع الأنسجة. ومع ذلك ، فإن نفاذية المواد البيولوجية تساوي نفاذية الفضاء الحر.
في الموجة المستوية ، كما هو موضح في الشكل 2 ، المجال الكهربائي عمودي على المجال المغناطيسي واتجاه الانتشار عمودي على كل من المجالين الكهربائي والمغناطيسي.
بالنسبة للموجة المستوية ، تُعرف نسبة قيمة شدة المجال الكهربائي إلى قيمة شدة المجال المغناطيسي ، وهي ثابتة ، باسم الممانعة المميزة (Z):
Z = E/H
في مساحة خالية ، Z= 120π ≈ 377Ω لكن على خلاف ذلك Z يعتمد على سماحية ونفاذية المادة التي تمر الموجة خلالها.
يتم وصف نقل الطاقة بواسطة ناقل Poynting ، والذي يمثل حجم واتجاه كثافة التدفق الكهرومغناطيسي:
S = E x H
لموجة الانتشار ، تكامل S فوق أي سطح يمثل الطاقة الآنية المنقولة عبر هذا السطح (كثافة الطاقة). يتم التعبير عن حجم متجه Poynting بالواط لكل متر مربع (W / m2) (في بعض الأدبيات الوحدة ميغاواط / سم2 - التحويل إلى وحدات النظام الدولي (SI) هو 1 ميغاواط / سم2 = 10 واط / م2) وبالنسبة للموجات المستوية فهي مرتبطة بقيم شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي:
S = E2 / 120π = E2 / 377
S = 120π H2 = 377 H2
لا يمكن تمثيل جميع ظروف التعرض التي تمت مواجهتها في الواقع بواسطة الموجات المستوية. في المسافات القريبة من مصادر إشعاع التردد الراديوي ، لا تتحقق العلاقات المميزة للموجات المستوية. يمكن تقسيم المجال الكهرومغناطيسي المشع بواسطة الهوائي إلى منطقتين: منطقة المجال القريب ومنطقة المجال البعيد. عادة ما يتم وضع الحدود بين هذه المناطق في:
r = 2a2 / lect
أين a هو أكبر بُعد للهوائي.
في منطقة المجال القريب ، يجب أن يتميز التعرض لكل من المجالين الكهربائي والمغناطيسي. في المجال البعيد ، تكفي واحدة من هذه ، حيث إنها مترابطة بواسطة المعادلات المذكورة أعلاه التي تتضمن E H. من الناحية العملية ، غالبًا ما يتم إدراك حالة المجال القريب عند ترددات أقل من 300 ميجا هرتز.
يزداد التعرض لمجالات التردد اللاسلكي تعقيدًا بسبب تفاعلات الموجات الكهرومغناطيسية مع الأشياء. بشكل عام ، عندما تواجه الموجات الكهرومغناطيسية شيئًا ما ، تنعكس بعض الطاقة الساقطة ، ويمتص بعضها وينتقل البعض الآخر. تعتمد نسب الطاقة المنقولة أو الممتصة أو المنعكسة بواسطة الكائن على تردد واستقطاب المجال والخصائص الكهربائية وشكل الجسم. يؤدي تراكب الحادث والموجات المنعكسة إلى موجات واقفة وتوزيع مجال غير منتظم مكانيًا. نظرًا لأن الموجات تنعكس تمامًا عن الأجسام المعدنية ، فإن الموجات الواقفة تتشكل بالقرب من هذه الأجسام.
نظرًا لأن تفاعل مجالات التردد اللاسلكي مع الأنظمة البيولوجية يعتمد على العديد من الخصائص الميدانية المختلفة والمجالات التي يتم مواجهتها في الممارسة العملية معقدة ، يجب مراعاة العوامل التالية عند وصف حالات التعرض لمجالات التردد اللاسلكي:
- ما إذا كان التعرض يحدث في منطقة المجال القريب أو البعيد
- إذا كان قريبًا ، فقم بالقيم لكليهما E H مطلوبين؛ إذا كان المجال بعيدًا ، فإما أيضًا E or H
- الاختلاف المكاني لحجم المجال (المجالات)
- استقطاب المجال ، أي اتجاه المجال الكهربائي بالنسبة لاتجاه انتشار الموجة.
بالنسبة للتعرض للمجالات المغناطيسية منخفضة التردد ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت قوة المجال أو كثافة التدفق هي الاعتبار الوحيد المهم. قد يتضح أن هناك عوامل أخرى مهمة أيضًا ، مثل وقت التعرض أو سرعة التغيرات الميدانية.
على المدى حقل كهرومغناطيسي (EMF) ، كما يتم استخدامه في وسائل الإعلام والصحافة الشعبية ، يشير عادةً إلى المجالات الكهربائية والمغناطيسية في نهاية التردد المنخفض من الطيف ، ولكن يمكن أيضًا استخدامه بمعنى أوسع بكثير ليشمل الطيف الكامل من الاشعاع الكهرومغناطيسي. لاحظ أنه في نطاق التردد المنخفض ، يكون ملف E B المجالات غير مقترنة أو مترابطة بنفس الطريقة التي تكون بها عند الترددات الأعلى ، وبالتالي فمن الأكثر دقة الإشارة إليها على أنها "مجالات كهربائية ومغناطيسية" بدلاً من المجالات الكهرومغناطيسية.