Најпознатији облик електромагнетне енергије је сунчева светлост. Фреквенција сунчеве светлости (видљива светлост) је линија раздвајања између снажнијег јонизујућег зрачења (рендгенски зраци, космички зраци) на вишим фреквенцијама и бенигнијег, нејонизујућег зрачења на нижим фреквенцијама. Постоји спектар нејонизујућег зрачења. У контексту овог поглавља, на високом крају, одмах испод видљиве светлости, налази се инфрацрвено зрачење. Испод тога је широк опсег радио фреквенција, који укључује (у опадајућем редоследу) микроталасне пећнице, ћелијски радио, телевизију, ФМ радио и АМ радио, кратке таласе који се користе у диелектричним и индукционим грејачима и, на нижем крају, поља са фреквенцијом снаге. Електромагнетни спектар је илустрован на слици 1.
Слика 1. Електромагнетни спектар
Као што видљива светлост или звук прожимају нашу околину, простор у коме живимо и радимо, тако и енергије електромагнетних поља. Такође, као што већину звучне енергије којој смо изложени ствара људска активност, тако је и електромагнетна енергија: од слабих нивоа које емитују наши свакодневни електрични уређаји — оних који чине да наши радио и ТВ уређаји раде — до високих нивоа нивои које лекари примењују у корисне сврхе—на пример, дијатермија (топлотни третмани). Генерално, снага таквих енергија брзо опада са растојањем од извора. Природни нивои ових поља у животној средини су ниски.
Нејонизујуће зрачење (НИР) обухвата сва зрачења и поља електромагнетног спектра која немају довољно енергије да произведу јонизацију материје. То јест, НИР није у стању да пренесе довољно енергије молекулу или атому да поремети његову структуру уклањањем једног или више електрона. Граница између НИР и јонизујућег зрачења обично се поставља на таласну дужину од приближно 100 нанометара.
Као и код било којег облика енергије, НИР енергија има потенцијал да ступи у интеракцију са биолошким системима, а исход може бити безначајан, може бити штетан у различитим степенима или може бити користан. Код радиофреквентног (РФ) и микроталасног зрачења, главни механизам интеракције је загревање, али у нискофреквентном делу спектра, поља високог интензитета могу индуковати струје у телу и тиме бити опасна. Механизми интеракције за јачину поља ниског нивоа су, међутим, непознати.
Количине и јединице
Поља на фреквенцијама испод око 300 МХз квантификују се у смислу јачине електричног поља (E) и јачина магнетног поља (H). E изражава се у волтима по метру (В/м) и H у амперима по метру (А/м). Оба су векторска поља—то јест, карактеришу их величина и правац у свакој тачки. За нискофреквентни опсег магнетно поље се често изражава у смислу густине флукса, B, са СИ јединицом тесла (Т). Када се расправља о пољима у нашем свакодневном окружењу, подјединица микротесла (μТ) је обично пожељна јединица. У некој литератури густина флукса је изражена у гаусима (Г), а конверзија између ових јединица је (за поља у ваздуху):
1 Т = 104 Г или 0.1 μТ = 1 мГ и 1 А/м = 1.26 μТ.
Доступни су прегледи концепата, количина, јединица и терминологије за заштиту од нејонизујућег зрачења, укључујући радиофреквентно зрачење (НЦРП 1981; Полк и Постов 1986; ВХО 1993).
Термин радијација једноставно значи енергија која се преноси таласима. Електромагнетни таласи су таласи електричних и магнетних сила, при чему се таласно кретање дефинише као ширење поремећаја у физичком систему. Промену електричног поља прати и промена магнетног поља, и обрнуто. Ове појаве је 1865. описао ЈЦ Маквелл у четири једначине које су постале познате као Максвелове једначине.
Електромагнетне таласе карактерише скуп параметара који укључују фреквенцију (f), таласна дужина (λ), јачина електричног поља, јачина магнетног поља, електрична поларизација (P) (смер ка E поље), брзина простирања (c) и Поинтингов вектор (S). Слика 2 илуструје ширење електромагнетног таласа у слободном простору. Фреквенција се дефинише као број потпуних промена електричног или магнетног поља у датој тачки у секунди, и изражава се у херцима (Хз). Таласна дужина је растојање између два узастопна врха или корита таласа (максимума или минимума). Фреквенција, таласна дужина и брзина таласа (v) су међусобно повезани на следећи начин:
v = f λ
Слика КСНУМКС. Раван талас који се шири брзином светлости у к-смеру
Брзина електромагнетног таласа у слободном простору једнака је брзини светлости, али брзина у материјалима зависи од електричних својстава материјала — односно од његове пермитивности (ε) и пермеабилности (μ). Пермитивност се односи на интеракције материјала са електричним пољем, а пермеабилност изражава интеракције са магнетним пољем. Биолошке супстанце имају пермитивност која се знатно разликује од оне у слободном простору, јер зависи од таласне дужине (посебно у РФ опсегу) и типа ткива. Пропустљивост биолошких супстанци је, међутим, једнака пропустљивости слободног простора.
У равном таласу, као што је илустровано на слици 2 , електрично поље је управно на магнетно поље, а правац простирања је управан и на електрично и на магнетно поље.
За раван талас, однос вредности јачине електричног поља и вредности јачине магнетног поља, који је константан, познат је као карактеристична импеданса (Z):
Z = E/H
У слободном простору, Z= 120π ≈ 377Ω али иначе Z зависи од пермитивности и пермеабилности материјала кроз који талас путује.
Пренос енергије је описан Поинтинговим вектором, који представља величину и правац густине електромагнетног флукса:
S = E x H
За талас који се шири, интеграл од S преко било које површине представља тренутну снагу која се преноси кроз ову површину (густина снаге). Величина Поинтинговог вектора изражена је у ватима по квадратном метру (В/м2) (у некој литератури јединица мВ/цм2 користи се — конверзија у СИ јединице је 1 мВ/цм2 = 10 В/м2) а за равне таласе је у вези са вредностима јачине електричног и магнетног поља:
S = E2 / 120π = E2 / КСНУМКС
С =120π H2 = 377 H2
Не могу се сви услови изложености који се срећу у пракси представити равним таласима. На растојањима близу извора радио-фреквентног зрачења односи карактеристични за равни таласе нису задовољени. Електромагнетно поље које зрачи антена може се поделити на два региона: зону блиског поља и зону далеког поља. Граница између ових зона се обично поставља на:
r = КСНУМКСa2 / λ
где a је највећа димензија антене.
У зони блиског поља, експозицију морају карактерисати и електрична и магнетна поља. У далеком пољу један од ових је довољан, пошто су међусобно повезани горњим једначинама које укључују E H. У пракси се ситуација блиског поља често реализује на фреквенцијама испод 300 Мхз.
Изложеност РФ пољима је додатно компликована интеракцијама електромагнетних таласа са објектима. Уопштено говорећи, када електромагнетни таласи наиђу на објекат, део упадне енергије се рефлектује, део се апсорбује, а део преноси. Пропорције енергије коју објекат преноси, апсорбује или рефлектује зависе од фреквенције и поларизације поља и електричних својстава и облика објекта. Суперпонирање упадних и рефлектованих таласа резултира стајаћим таласима и просторно неуједначеном расподелом поља. Пошто се таласи потпуно одбијају од металних предмета, стојећи таласи се формирају близу таквих објеката.
Будући да интеракција РФ поља са биолошким системима зависи од многих различитих карактеристика поља и да су поља која се сусрећу у пракси сложена, при описивању изложености РФ пољима треба узети у обзир следеће факторе:
- да ли се експозиција јавља у зони блиског или далеког поља
- ако је блиско поље, онда вредности за оба E H Потребни су; ако је далеко, онда било E or H
- просторна варијација величине поља(а)
- поларизација поља, односно смер електричног поља у односу на правац простирања таласа.
За излагање нискофреквентним магнетним пољима још увек није јасно да ли је јачина поља или густина флукса једино важно разматрање. Може се испоставити да су важни и други фактори, као што је време експозиције или брзина промене поља.
Термин електромагнетно поље (ЕМФ), како се користи у медијима и популарној штампи, обично се односи на електрична и магнетна поља на нискофреквентном крају спектра, али се такође може користити у много ширем смислу да укључи цео спектар електромагнетно зрачење. Имајте на уму да је у нискофреквентном опсегу E B поља нису повезана или међусобно повезана на исти начин на који су на вишим фреквенцијама, па је стога тачније називати их „електричним и магнетним пољима“ пре него ЕМФ.