Lietuvoje ruošiamasi 5G ryšio plėtrai. Dėl šios priežasties nuspręsta didinti elektromagnetinės spinduliuotės sveikatingumo normas, kurios naudojamos televizijos, radijo signalui ir mobiliam ryšiui perduoti. Šias normas rekomenduoja tarptautinės organizacijos, jos taikomos ir dalyje Europos valstybių.
Kas yra spinduliuotė?
Fizikai spinduliuotę ar šviesą vadina elektromagnetine banga, kurios energija sudaryta iš dviejų dalių. Pirmoji – fotonų energija. Ji lemia elektromagnetinių bangų spalvą. Antroji – fotonų skaičius, tenkantis bangos veikiamo objekto ploto vienetui. Kuo daugiau fotonų pakliūva ant objekto paviršiaus, tuo geriau jis pastebimas kitų objektų fone.
Elektromagnetinę bangą galima apibūdinti kaip elektrinio ir jam statmenai orientuoto magnetinio lauko periodinį kitimą erdvėje. Abiejų laukų kitimui mus supančioje aplinkoje (nepriklausomai nuo jos prigimties) reikalingą energiją vertiname kaip elektromagnetinės bangos energiją.
Žinant, kad energijos negalima sunaikinti ar sukurti, kyla klausimas: kur dingsta bangos energija, kai ji skverbiasi neskaidriais kūnais? Ji neišnyksta, bet virsta kitomis energijos rūšimis. Norint įsitikinti, ar bangos energiją aplinka tikrai sugėrė, reikia specialiais prietaisais ištirti aplinkoje atsiradusią elektros srovę ir (ar) įvertinti aplinkoje judančių laisvųjų elektronų ir (ar) jonų staigų pagreitėjimą arba sulėtėjimą, judėjimo krypties pokytį.
Už šiuos reiškinius atsakingi elektromagnetinės bangos elektrinis ir magnetinis laukai. Elektrinis laukas greitina įelektrintas daleles, suteikdamas joms papildomą energiją, o magnetinis laukas, nors ir nekeičia dalelių judėjimo greičio, nukreipia jas nuo pradinės judėjimo krypties, neigiamo krūvio ženklo daleles nukreipdamas į vieną, o teigiamo ženklo – į priešingą pusę. Tokio dalelių judėjimo krypties pokyčio priežastis – Lorentz‘o jėga, sukurta bangos elektrinio ir magnetinio laukų, veikiančių dalelę vienu metu. Elektromagnetinės bangos sąveika su mumis ir mus supančiais objektais pasireiškia įvairiais fizikos mokslo paaiškinamais reiškiniais, o sąveikos rezultatas gali būti labai tiksliai išmatuotas specialiais prietaisais.
Elektromagnetinių bangų šaltiniai
Šiandien žinome apie daugelį elektromagnetinių bangos šaltinių, tačiau vienas populiariausių – lazeris. Jo spinduliuojamų fotonų sąveiką galima vertinti keliais būdais. Suglaudus lazerio spindulį į labai siaurą pluoštelį, pagaminami sterilūs chirurginiai instrumentai. Šiandien nieko nebaugina lazeriniu skalpeliu atliekamos akies operacijos, kurių metu per kelias minutes koreguojama pakitusi akies ragena, išgarinamas regėjimui trukdantis akies ragenos išorinis sluoksnis ar kt. Lazerio šviesos pluošteliu galima sudeginti organinį audinį ir išoperuoti naviką, įvairiose kūno dalyse sujungti kraujagysles, taip atkuriant sunaikintos kraujotakos sistemos dalis.
Lazeriai spinduliuoja ypatingai aukštų dažnių bangas, kurios priskiriamos optiniams signalams. Kartu su kitais šviesos
šaltiniais (elektros lemputėmis, šviesos diodais, biologiniai organizmais ir kt.) jie vadinami optiniais prietaisais. Akimi regima spektro dalis apima nuo 0,38 iki 0,74 mikrometro bangų ilgių intervalą (1 mikrometras lygus vienai tūkstantajai milimetro daliai). Nei trumpesnių, nei ilgesnių bangų akis nemato, tačiau žmonių sukurtais prietaisais galima išmatuoti kiekvienos spalvos intensyvumą: juose įmontuoti optiniai jutikliai pagaminti iš fotoelektrinės medžiagos, kurios elektrinis laidumas proporcingas sugertos bangos energijai. Didėjant jutiklio sugertų fotonų energijai ir jų skaičiui, jutiklio medžiagos elektrinis laidumas auga.
Kita vertus, naudojantis elektriniais prietaisais galima įsitikinti, kad prietaiso vidinėse elektrinėse grandinėse tekant kintamajai elektros srovei, jos ima spinduliuoti elektromagnetines bangas. Elektros srovės stipris ir jo kitimo greitis lemia spinduliuotės intensyvumą ir bangos ilgį (arba dažnį). Spartindami srovės kitimą grandinėje, kuriame vis aukštesnio dažnio spinduliuotę, o stiprindami srovę, didiname spinduliuotės srautą sudarančių fotonų skaičių. Bevielės komunikacijos priemonės, radijo, TV stotys, optiniai ir radioaktyvios spinduliuotės prietaisai priskiriami aukštos galios prietaisams, keliantiems pavojų žmogaus sveikatai ir gyvybei.
Pagrindinis spinduliuotės šaltinių trūkumas – menkas signalus spinduliuojančių antenų kryptingumas, t. y. pasirinkta kryptimi spinduliuotės perdavimas ar priėmimas yra beveik toks pats, kaip ir kitomis kryptimis. Padidinus kryptingumą, net ir mažos galios šaltiniais galima užtikrinti aukštą perduodamų signalų kokybę, kurią lemia ne tik elektroninis triukšmas šaltinio ir jutiklio elektrinėse grandinėse, bet ir pašaliniai signalai iš kitų šaltinių. Buityje naudojamus spinduliuotės šaltinius galima išskirti į kelias grupes: žemo dažnio (elektrinės galios perdavimo linijos, elektromobilių ir elektrinių traukinių varikliai, elektrinio suvirinimo aparatai), vidutinio dažnio (kompiuterių ir TV ekranai, patalpų saugos elektroninės priemonės, magnetinių kortelių skaitytuvai) ir radijo dažnio signalus spinduliuojančius prietaisus (radijo ir TV bangų siųstuvai, išmanieji mobilieji elektroniniai įrenginiai, Wi-Fi, mikrobangų krosnelės, radarai, medicinos diagnostiniai prietaisai).
Spinduliuotės poveikis – pagrįstas?
Elektromagnetinės bangos veikia aplinką ir visus joje esančius objektus. Visai nesvarbu, ar objektai elektros srovei laidūs, ar ne. Nuo vienų kūnų bangos atsispindi, o pro kitus prasiskverbia kiaurai, dalį energijos prarasdamos sklidimo medžiaga metu. Elektromagnetinės bangos energija organinės ar neorganinės kilmės nevienalytėje medžiagoje pasiskirsto netolygiai. Pavyzdžiui, jautriu termovizoriumi matuodami kalbančiojo mobiliuoju telefonu temperatūrą, įsitikintume, kad įvairių galvos vietų temperatūra skiriasi.
Temperatūros pokytį lemia medžiagos sugerta spinduliuotės energija, kuri po daugelio energinių virsmų pavirsta termovizoriumi registruojama šiluma. Tačiau iki tol, kol virsta šiluma, bangos energija patiria ir kitų energinių virsmų. Ji tampa medžiagos įelektrintų dalelių tarpusavio sąveikos potencine, kinetine ir tarpusavio susidūrimų energija bei neutralių dalelių poliarizacijos energija.
Už šiuos energijos virsmus atsakingas elektromagnetinės bangos elektrinis laukas. Magnetinis laukas, skirtingai nuo elektrinio, negreitina ir nestabdo medžiagos įelektrintų dalelių, tačiau keičia jų judėjimo kryptį. Nuokrypis nuo pradinės judėjimo krypties priklauso nuo to, kokio ženklo elektros krūviu įelektrinta ir kaip greitai bei kokia pradine kryptimi dalelė judėjo iki sąveikos su bangos magnetiniu lauku. Jei elektromagnetinių bangų sąveika su atskiromis medžiagos dalimis yra nevienoda, tuomet medžiagos reakcija į bangos poveikį taip pat skiriasi. Stipriau sužadintos medžiagos sritys perduoda įgytą energiją silpniau sužadintoms sritims.
Netolygus energijos pasiskirstymas medžiagoje lemia antrinių reiškinių atsiradimą, nuo kurių priklauso sąveikaujančios medžiagos vidinės savybės. Tokios sąveikos rezultatu nesunku įsitikinti. Pavyzdžiui, šildant maistą mikrobangų krosnelėje (2,4–2,5 GHz dažnių ruože ir 915 MHz (pramonės tikslais)), pastebima, kad maistas įkaista nevienodai. Dalis jo sušyla stipriau, kita dalis – silpniau.
Jei maistas įdėtas į krosnelei nepritaikytą indą, tuomet bangų energiją sugeria indas. Spinduliuotė taip stipriai jį įkaitins, kad dalis indo ir su jo paviršiumi besiliečiančios medžiagos kietosios ir skystosios fazės pavirs garais. Garų temperatūrai augant, jiems sparčiai plečiantis, krosnelės korpusas gali sutrūkti, o sprogimo banga sukelti rimtų pasekmių.
Panašūs reiškiniai vyksta ir tarp organinio audinio ląstelių, audiniui sąveikaujant su aukšto dažnio elektromagnetinėmis bangomis. Dėl šios priežasties būtina žinoti apie elektromagnetinių bangų keliamą pavojų žmogaus sveikatai ir gyvybei, išmokti saugiai su jomis elgtis.
Prof. dr. Artūras Jukna
Autorius yra
Vilniaus Gedimino technikos universiteto Fundamentinių mokslų fakulteto profesorius