И наше природно и наше вештачко окружење генеришу електричне и магнетне силе различитих величина - на отвореном, у канцеларијама, у домаћинствима и на индустријским радним местима. Ово поставља два важна питања: (1) да ли ова изложеност изазива било какве штетне ефекте по људско здравље и (2) које границе се могу поставити у покушају да се дефинишу „сигурне” границе такве изложености?

Ова дискусија се фокусира на статичка електрична и магнетна поља. Описане су студије на радницима у различитим индустријама, а такође и на животињама, које не успевају да покажу никакве јасне штетне биолошке ефекте на нивоима изложености електричним и магнетним пољима на које се обично среће. Ипак, покушавају се разговарати о напорима бројних међународних организација да поставе смјернице за заштиту радника и других од сваког могућег опасног нивоа изложености.

Значење израза

Када се напон или електрична струја примени на објекат као што је електрични проводник, проводник постаје наелектрисан и силе почињу да делују на друга наелектрисања у близини. Могу се разликовати две врсте сила: оне које произилазе из стационарних електричних наелектрисања, познате као електростатичка сила, и оне које се појављују само када се наелектрисања крећу (као у електричној струји у проводнику), познате као магнетна сила. Да би описали постојање и просторну дистрибуцију ових сила, физичари и математичари су створили концепт поље. Тако се говори о пољу силе, или једноставно, о електричним и магнетним пољима.

Термин статички описује ситуацију у којој су сва наелектрисања фиксирана у простору, или се крећу као сталан ток. Као резултат, и наелектрисања и густине струје су константне у времену. У случају фиксних наелектрисања имамо електрично поље чија јачина у било којој тачки простора зависи од вредности и геометрије свих наелектрисања. У случају стабилне струје у колу, имамо и електрично и магнетно поље константно у времену (статичка поља), пошто густина наелектрисања у било којој тачки кола не варира.

Електрицитет и магнетизам су различите појаве све док су наелектрисања и струја статични; свака међуповезаност између електричног и магнетног поља нестаје у овој статичкој ситуацији и стога се могу третирати одвојено (за разлику од ситуације у временски променљивим пољима). Статичка електрична и магнетна поља се јасно карактеришу стабилним, временски независним јачинама и одговарају граници нулте фреквенције у опсегу екстремно ниске фреквенције (ЕЛФ).

Статичка електрична поља

Природна и професионална изложеност

Статичка електрична поља производе електрично наелектрисана тела где се електрични набој индукује на површини објекта унутар статичког електричног поља. Као последица тога, електрично поље на површини објекта, посебно тамо где је полупречник мали, на пример у тачки, може бити веће од непоремећеног електричног поља (тј. поља без присутног објекта). Поље унутар објекта може бити веома мало или нула. Електрично наелектрисани објекти доживљавају електрична поља као силу; на пример, сила ће бити примењена на длаке на телу, што појединац може приметити.

У просеку, површински набој Земље је негативан, док горњи слој атмосфере носи позитивно наелектрисање. Настало статичко електрично поље у близини земљине површине има јачину од око 130 В/м. Ово поље опада са висином, а његова вредност је око 100 В/м на 100 м надморске висине, 45 В/м на 1 км и мања од 1 В/м на 20 км. Стварне вредности варирају у великој мери, у зависности од локалне температуре и профила влажности и присуства јонизованих загађивача. Испод грмљавинских облака, на пример, чак и када се грмљавински облаци приближавају, велике варијације поља се јављају на нивоу тла, јер је обично доњи део облака негативно наелектрисан док горњи део садржи позитивно наелектрисање. Поред тога, између облака и земље постоји просторни набој. Како се облак приближава, поље на нивоу земље може се прво повећати, а затим преокренути, при чему тло постаје позитивно наелектрисано. Током овог процеса, поља од 100 В/м до 3 кВ/м могу се посматрати чак иу одсуству локалне муње; преокрети поља се могу десити веома брзо, у року од 1 мин, а велике јачине поља могу да опстану током трајања олује. Обични облаци, као и грмљавински облаци, садрже електрична наелектрисања и стога дубоко утичу на електрично поље на нивоу земље. Велика одступања од поља за лепо време, до 200%, такође се могу очекивати у присуству магле, кише и природних малих и великих јона. Промене електричног поља током дневног циклуса могу се очекивати чак и по потпуно лепом времену: прилично редовне промене локалне јонизације, температуре или влажности и резултирајуће промене атмосферске електричне проводљивости у близини земље, као и механички пренос наелектрисања локалним кретањем ваздуха, вероватно су одговорни за ове дневне варијације.

Типични нивои електростатичких поља које је створио човек су у опсегу од 1 до 20 кВ/м у канцеларијама и домаћинствима; ова поља се често генеришу око високонапонске опреме, као што су телевизори и јединице за видео приказ (ВДУ), или трењем. Преносне линије једносмерне струје (ДЦ) генеришу и статичка електрична и магнетна поља и економично су средство за дистрибуцију енергије када су укључене велике удаљености.

Статичка електрична поља се широко користе у индустријама као што су хемикалије, текстил, ваздухопловство, папир и гума, као и у транспорту.

Биолошки ефекти

Експерименталне студије пружају мало биолошких доказа који би указивали на било какав негативан ефекат статичких електричних поља на људско здравље. Чини се да неколико студија на животињама које су спроведене такође нису дале никакве податке који би подржавали штетне ефекте на генетику, раст тумора или на ендокрини или кардиоваскуларни систем. (Табела 1 сумира ове студије на животињама.)

Табела 1. Студије на животињама изложеним статичким електричним пољима

Не ин витро спроведене су студије како би се проценио ефекат излагања ћелија статичким електричним пољима.

Теоријски прорачуни сугеришу да ће статичко електрично поље индуковати наелектрисање на површини изложених људи, што се може приметити ако се испразни на уземљени објекат. При довољно високом напону, ваздух ће јонизовати и постати способан да спроведе електричну струју између, на пример, наелектрисаног објекта и уземљене особе. Тхе напона пробоја зависи од низа фактора, укључујући облик наелектрисаног објекта и атмосферске услове. Типичне вредности одговарајућих јачина електричног поља крећу се између 500 и 1,200 кВ/м.

Извештаји из неких земаља указују на то да је велики број оператера ВДУ искусио кожне поремећаје, али је тачна веза између њих и рада ВДУ-а нејасна. Статичка електрична поља на радним местима ВДУ су предложена као могући узрок ових поремећаја коже, а могуће је да електростатичко наелектрисање оператера може бити релевантан фактор. Међутим, сваки однос између електростатичких поља и поремећаја коже и даље се мора сматрати хипотетичким на основу доступних истраживачких доказа.

Мерења, превенција, стандарди изложености

Мерење јачине статичког електричног поља може се свести на мерење напона или електричних наелектрисања. Комерцијално је доступно неколико електростатичких волтметара који омогућавају прецизна мерења електростатичких или других извора високе импедансе без физичког контакта. Неки користе електростатички чопер за мали помак и негативну повратну везу за тачност и неосетљивост на размаку између сонде и површине. У неким случајевима електростатичка електрода „гледа“ на површину која се мери кроз малу рупу на дну склопа сонде. Исечени АЦ сигнал индукован на овој електроди је пропорционалан диференцијалном напону између површине која се мери и склопа сонде. Градијентни адаптери се такође користе као прибор за електростатичке волтметре и дозвољавају њихову употребу као мерача јачине електростатичког поља; могуће је директно очитавање у волтима по метру размака између површине која се тестира и уземљене плоче адаптера.

Не постоје добри подаци који могу послужити као смернице за постављање основних граница излагања људи статичким електричним пољима. У принципу, граница излагања се може извести из минималног пробојног напона за ваздух; међутим, јачина поља коју особа доживљава унутар статичког електричног поља варира у зависности од оријентације и облика тела, и то се мора узети у обзир у покушају да се дође до одговарајуће границе.

Граничне вредности прага (ТЛВ) су препоручене од стране Америчке конференције владиних индустријских хигијеничара (АЦГИХ 1995). Ове ТЛВ се односе на максималну јачину статичког електричног поља незаштићеног радног места, што представља услове под којима скоро сви радници могу бити изложени више пута без штетних ефеката на здравље. Према АЦГИХ, професионална изложеност не би требало да прелази јачину статичког електричног поља од 25 кВ/м. Ову вредност треба користити као водич у контроли изложености и, због индивидуалне осетљивости, не треба је сматрати јасном линијом између безбедног и опасног нивоа. (Ово ограничење се односи на јачину поља присутну у ваздуху, далеко од површина проводника, где варничење и контактне струје могу представљати значајну опасност, и намењено је и за делимично излагање тела и за цело тело.) елиминисати неуземљене предмете, уземљити такве предмете или користити изоловане рукавице када се мора руковати неуземљеним предметима. Разборитост налаже употребу заштитних средстава (нпр. одела, рукавица и изолације) у свим пољима која прелазе 15 кВ/м.

Према АЦГИХ-у, садашње информације о људским одговорима и могућим здравственим ефектима статичких електричних поља нису довољне да би се установио поуздан ТЛВ за временско пондерисану просечну изложеност. Препоручује се да, због недостатка специфичних информација од произвођача о електромагнетним сметњама, изложеност корисника пејсмејкера ​​и других медицинских електронских уређаја треба да се одржава на или испод 1 кВ/м.

У Немачкој, према ДИН стандарду, професионална изложеност не би требало да прелази јачину статичког електричног поља од 40 кВ/м. За кратка излагања (до два сата дневно) дозвољена је виша граница од 60 кВ/м.

Године 1993. Национални одбор за радиолошку заштиту (НРПБ 1993) дао је савете у вези са одговарајућим ограничењима излагања људи електромагнетним пољима и зрачењу. Ово укључује и статичка електрична и магнетна поља. У НРПБ документу су дати нивои истраживања ради поређења вредности измерених величина поља како би се утврдило да ли је постигнута усклађеност са основним ограничењима. Ако поље коме је лице изложено прелази релевантни ниво истраживања, мора се проверити усклађеност са основним ограничењима. Фактори који се могу узети у обзир у таквој процени укључују, на пример, ефикасност спајања особе са пољем, просторну дистрибуцију поља по запремини коју особа заузима и трајање излагања.

Према НРПБ-у није могуће препоручити основна ограничења за избегавање директних ефеката излагања људи статичким електричним пољима; дато је упутство да се избегну досадни ефекти директног опажања површинског електричног набоја и индиректни ефекти као што је струјни удар. За већину људи, досадна перцепција површинског електричног набоја, који делује директно на тело, неће се појавити током излагања статичком електричном пољу јачине мање од око 25 кВ/м, односно исте јачине поља коју препоручује АЦГИХ. Да би се избегла варничења (индиректни ефекти) која изазивају стрес, НРПБ препоручује да се ДЦ контактне струје ограниче на мање од 2 мА. Струјни удар од извора ниске импедансе може се спречити праћењем утврђених процедура електричне безбедности које су релевантне за такву опрему.

Статичка магнетна поља

Природна и професионална изложеност

Тело је релативно провидно за статична магнетна поља; таква поља ће директно комуницирати са магнетно анизотропним материјалима (показујући својства са различитим вредностима када се мере дуж оса у различитим правцима) и покретним наелектрисањем.

Природно магнетно поље је збир унутрашњег поља због тога што земља делује као трајни магнет и спољашњег поља створеног у околини од фактора као што су сунчева активност или атмосфера. Унутрашње магнетно поље земље потиче од електричне струје која тече у горњем слоју Земљиног језгра. Постоје значајне локалне разлике у јачини овог поља, чија просечна магнитуда варира од око 28 А/м на екватору (што одговара густини магнетног флукса од око 35 мТ у немагнетном материјалу као што је ваздух) до око 56 А /м преко геомагнетних полова (што одговара око 70 мТ у ваздуху).

Вештачка поља су јача од оних природног порекла за много редова величине. Вештачки извори статичких магнетних поља обухватају све уређаје који садрже жице које воде једносмерну струју, укључујући многе уређаје и опрему у индустрији.

У далеководима једносмерне струје, статичка магнетна поља се производе покретним наелектрисањем (електрична струја) у двожилној линији. За надземни вод, густина магнетног флукса на нивоу тла је око 20 мТ за вод  500 кВ. За подземни далековод закопан на 1.4 м и који носи максималну струју од око 1 кА, максимална густина магнетног флукса је мања од 10 мТ на нивоу земље.

Главне технологије које укључују употребу великих статичких магнетних поља наведене су у табели 2 заједно са њиховим одговарајућим нивоима изложености.

Табела 2. Главне технологије које укључују употребу великих статичких магнетних поља и одговарајући нивои изложености

Биолошки ефекти

Докази из експеримената са лабораторијским животињама указују на то да нема значајних ефеката на многе развојне, бихевиоралне и физиолошке факторе процењене на статичким густинама магнетног флукса до 2 Т. Нити студије на мишевима нису показале било какву штету по фетус услед излагања магнетним пољима до 1 Т.

Теоретски, магнетни ефекти могу успорити проток крви у јаком магнетном пољу и довести до пораста крвног притиска. Смањење протока од највише неколико процената могло се очекивати при 5 Т, али није примећено код људи на 1.5 Т, када је испитивано.

Неке студије на радницима укљученим у производњу трајних магнета пријавиле су различите субјективне симптоме и функционалне поремећаје: раздражљивост, умор, главобољу, губитак апетита, брадикардију (успорен рад срца), тахикардију (убрзани рад срца), смањен крвни притисак, измењен ЕЕГ , свраб, пецкање и утрнулост. Међутим, недостатак било какве статистичке анализе или процене утицаја физичких или хемијских опасности на радну средину значајно умањује валидност ових извештаја и отежава њихову евалуацију. Иако су студије неуверљиве, оне сугеришу да су, ако се заиста појаве дугорочни ефекти, веома суптилни; нису пријављени кумулативни бруто ефекти.

Пријављено је да особе изложене густини магнетног флукса од 4Т доживљавају сензорне ефекте повезане са кретањем у пољу, као што су вртоглавица (вртоглавица), осећај мучнине, метални укус и магнетне сензације при померању очију или главе. Међутим, два епидемиолошка истраживања општих здравствених података код радника који су хронично изложени статичким магнетним пољима нису открила значајније здравствене ефекте. Здравствени подаци 320 радника добијени су у постројењима која користе велике електролитичке ћелије за процесе хемијске сепарације где је просечни ниво статичког поља у радном окружењу био 7.6 мТ, а максимално поље 14.6 мТ. Мале промене у броју белих крвних зрнаца, али и даље у границама нормале, откривене су у изложеној групи у поређењу са 186 контрола. Ниједна од уочених пролазних промена крвног притиска или других мерења крви није сматрана индикативном за значајан нежељени ефекат повезан са излагањем магнетном пољу. У другој студији, преваленција болести је процењена међу 792 радника који су били професионално изложени статичким магнетним пољима. Контролну групу чинило је 792 неекспонирана радника који су одговарали старости, раси и социо-економском статусу. Опсег излагања магнетном пољу варирао је од 0.5 мТ за дуго трајање до 2 Т у периодима од неколико сати. Није примећена статистички значајна промена у преваленцији 19 категорија болести у изложеној групи у поређењу са контролом. Није пронађена разлика у преваленцији болести између подгрупе од 198 особа које су биле изложене 0.3 Т или више током периода од једног сата или дуже у поређењу са остатком изложене популације или одговарајућим контролама.

Извештај о радницима у индустрији алуминијума указао је на повећану стопу смртности од леукемије. Иако је ова епидемиолошка студија известила о повећаном ризику од рака код особа које су директно укључене у производњу алуминијума где су радници изложени великим статичким магнетним пољима, тренутно нема јасних доказа који би тачно указивали који су канцерогени фактори у радном окружењу одговорни. Процес који се користи за редукцију алуминијума ствара катран угља, испарљиве смоле, испарења флуорида, оксиде сумпора и угљен-диоксид, а неки од њих могу бити вероватнији кандидати за ефекте који изазивају рак него излагање магнетном пољу.

У студији о француским радницима на алуминијуму, утврђено је да се смртност од рака и морталитет од свих узрока не разликују значајно од оне уочене за општу мушку популацију Француске (Мур ет ал. 1987).

Још један негативан налаз који повезује изложеност магнетном пољу са могућим исходима рака долази из студије групе радника у хлороалкалној фабрици где су једносмерне струје од 100 кА које се користе за електролитичку производњу хлора довеле до густине статичког магнетног флукса, на локацијама радника, у распону од 4 до 29 мТ. Уочена у односу на очекивану инциденцу рака код ових радника током периода од 25 година није показала значајне разлике.

Мерења, превенција и стандарди изложености

Током последњих тридесет година, мерење магнетних поља је доживело значајан развој. Напредак у техникама је омогућио развој нових метода мерења, као и побољшање старих.

Две најпопуларније врсте сонди магнетног поља су заштићена завојница и Холова сонда. Већина комерцијално доступних мерача магнетног поља користи један од њих. Недавно су други полупроводнички уређаји, односно биполарни транзистори и ФЕТ транзистори, предложени као сензори магнетног поља. Оне нуде неке предности у односу на Холове сонде, као што су већа осетљивост, већа просторна резолуција и шири фреквентни одзив.

Принцип технике мерења нуклеарне магнетне резонанце (НМР) је одређивање резонантне фреквенције испитног узорка у магнетном пољу које се мери. То је апсолутно мерење које се може извршити са веома великом тачношћу. Мерни опсег ове методе је од око 10 мТ до 10 Т, без одређених ограничења. У теренским мерењима методом протонске магнетне резонанце, тачност од 10^{-КСНУМКС} лако се добија једноставним апаратом и тачношћу од 10^{-КСНУМКС} може се постићи уз опсежне мере предострожности и префињене опреме. Инхерентни недостатак НМР методе је његово ограничење на поље са малим градијентом и недостатак информација о правцу поља.

Недавно је развијено и неколико личних дозиметара погодних за праћење изложености статичким магнетним пољима.

Мере заштите за индустријску и научну употребу магнетних поља могу се категорисати као мере инжењерског дизајна, коришћење раздаљине и административне контроле. Друга општа категорија мера за контролу опасности, која укључује личну заштитну опрему (нпр. специјалну одећу и маске за лице), не постоји за магнетна поља. Међутим, заштитне мере против потенцијалних опасности од магнетних сметњи са хитном или медицинском електронском опремом и за хируршке и зубне имплантате представљају посебну област забринутости. Механичке силе које се преносе на феромагнетне (гвоздене) имплантате и лабаве предмете у објектима високог поља захтевају да се предузму мере предострожности да се заштите од опасности по здравље и безбедност.

Технике за минимизирање неоправданог излагања магнетним пољима високог интензитета око великих истраживачких и индустријских објеката генерално спадају у четири типа:

1. удаљеност и време
2. магнетна заштита
3. електромагнетне сметње (ЕМИ) и компатибилност
4. административне мере.

Употреба знакова упозорења и области са посебним приступом за ограничавање изложености особља у близини великих магнетних објеката била је од највеће користи за контролу изложености. Административне контроле попут ових су генерално пожељније од магнетне заштите, које може бити изузетно скупо. Лабави феромагнетни и парамагнетни (било које магнетизирајуће супстанце) објекти могу се претворити у опасне пројектиле када су подвргнути интензивним градијентима магнетног поља. Избегавање ове опасности може се постићи само уклањањем лабавих металних предмета са простора и од особља. Такве предмете као што су маказе, турпије за нокте, шрафцигери и скалпели треба забранити у непосредној близини.

Најраније смернице за статичко магнетно поље развијене су као незванична препорука у бившем Совјетском Савезу. Клиничка испитивања су била основа за овај стандард, који је сугерисао да јачина статичког магнетног поља на радном месту не би требало да прелази 8 кА/м (10 мТ).

Америчка конференција владиних индустријских хигијеничара издала је ТЛВ-ове густине статичког магнетног флукса којима би већина радника могла бити изложена више пута, дан за даном, без штетних ефеката по здравље. Што се тиче електричних поља, ове вредности треба користити као смернице у контроли изложености статичким магнетним пољима, али их не треба посматрати као оштру линију између безбедног и опасног нивоа. Према АЦГИХ, рутинска професионална изложеност не би требало да прелази 60 мТ у просеку по целом телу или 600 мТ до екстремитета на дневној, временски пондерисаној основи. Густина флукса од 2 Т препоручује се као горња вредност. Безбедносне опасности могу постојати од механичких сила које магнетно поље делује на феромагнетне алате и медицинске имплантате.

Године 1994. Међународна комисија за заштиту од нејонизујућег зрачења (ИЦНИРП 1994) је финализирала и објавила смјернице о границама излагања статичким магнетним пољима. У овим смерницама се прави разлика између граница изложености за раднике и ширу јавност. Границе које препоручује ИЦНИРП за професионалну и општу изложеност статичким магнетним пољима су сумиране у табели 3. Када густине магнетног флукса прелазе 3 мТ, треба предузети мере предострожности како би се спречиле опасности од летећих металних предмета. Аналогне сатове, кредитне картице, магнетне траке и компјутерске дискове може негативно утицати излагање 1 мТ, али се то не сматра безбедносном забринутошћу за људе.

Табела 3. Границе излагања статичким магнетним пољима које препоручује Међународна комисија за заштиту од нејонизујућег зрачења (ИЦНИРП)

Повремени приступ јавности посебним објектима где густине магнетног флукса прелазе 40 мТ може бити дозвољен под одговарајуће контролисаним условима, под условом да се не прекорачи одговарајућа граница професионалне изложености.

ИЦНИРП границе изложености су постављене за хомогено поље. За нехомогена поља (варијације унутар поља), просечна густина магнетног флукса се мора мерити на површини од 100 цм².

Према недавном документу НРПБ-а, ограничење акутног излагања на мање од 2 Т ће избећи акутне реакције као што су вртоглавица или мучнина и штетни здравствени ефекти који су резултат срчане аритмије (неправилан рад срца) или оштећене менталне функције. Упркос релативном недостатку доказа из студија изложених популација у вези са могућим дугорочним ефектима високих поља, Одбор сматра да је препоручљиво ограничити дуготрајно, временски пондерисано излагање током 24 сата на мање од 200 мТ (једна десетина од тога намењеног спречавању акутних реакција). Ови нивои су прилично слични онима које препоручује ИЦНИРП; АЦГИХ ТЛВ-ови су нешто нижи.

Људи са срчаним пејсмејкерима и другим електрично активираним имплантираним уређајима или са феромагнетним имплантатима можда неће бити адекватно заштићени овде наведеним ограничењима. Мало је вероватно да ће већина срчаних пејсмејкера ​​бити погођена излагањем пољима испод 0.5 мТ. Људи са неким феромагнетним имплантатима или електричним активираним уређајима (осим срчаних пејсмејкера) могу бити под утицајем поља изнад неколико мТ.

Постоје и други сетови смерница које препоручују ограничења професионалне изложености: три од њих се примењују у лабораторијама за физику високих енергија (Станфордски центар за линеарне акцелераторе и Национална лабораторија Лоренса Ливермора у Калифорнији, ЦЕРН акцелераторска лабораторија у Женеви), и привремена смерница у Министарству САД енергије (ДОЕ).

У Немачкој, према ДИН стандарду, професионална изложеност не би требало да прелази јачину статичког магнетног поља од 60 кА/м (око 75 мТ). Када су изложени само екстремитети, ова граница се поставља на 600 кА/м; границе јачине поља до 150 кА/м су дозвољене за кратке експозиције целог тела (до 5 минута на сат).

Назад