Marta MACHER*, Marek KAŁUSKI* Problemy inwestycji telekomunikacyjnych a ochrona środowiska w dobie społeczeństwa informacyjnego * Instytut łączności Wrocław, Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej e-mail: m.macher@il.wroc.pl, m.kaluski@il.wroc.pl Dostęp do informacji daje obecnie społeczeństwu możliwość ingerowania (wnoszenia sprzeciwu i tym podobnych działań), a tym samym współdecydowania i wpływania na decyzje administracyjne, w myśl zasady nic o nas bez nas. Umożliwia to ustawa z dnia 18 maja 2005 r. o zmianie ustawy Prawo ochrony środowiska oraz niektórych innych ustaw, która dokonała regulacji wdrożenia dyrektyw Wspólnoty Europejskiej, w tym m. in. dyrektywy 90/313/EWG z 7 czerwca 1990 r. w sprawie swobody dostępu do informacji o środowisku (Dz. U. WE L 158 z 23.06.1990). Jednakże nasilające się w ostatnich latach zjawisko blokowania budowy stacji nadawczych, głównie stacji bazowych łączności bezprzewodowej, przez ludzi zamieszkujących w pobliżu planowanej inwestycji, może sprawić, że trwający od wielu lat rozwój telekomunikacji współczesnej i telekomunikacji nowych generacji zostanie, z przyczyn zupełnie nietechnicznych, spowolniony, a nawet zahamowany. Społeczeństwo otoczone przez wyrastające jak grzyby po deszczu stacje bazowe telefonii komórkowej ma obawy o swoje bezpieczne funkcjonowanie w ich otoczeniu. Problemy te wynikają przede wszystkim z nieznajomości zjawisk elektromagnetycznych przez przeciętnego obywatela, ale również z braku wiary w rzetelność podawanych informacji i wykonywanych ekspertyz, a to opóźnia proces inwestycyjny. Wiedza z dziedziny szeroko pojętego elektromagnetyzmu, jakkolwiek nie jest wiedzą tajemną, to jednak wymaga specjalistycznego wykształcenia i zrozumienia wielu pojęć obcych człowiekowi bez wykształcenia technicznego. Jak ważna jest ta wiedza, przekonał się niejednokrotnie nie tylko operator/użytkownik stacji nadawczej, który musiał ubiegać się o stosowne decyzje administracyjne, ale i urzędnik stojący przed dylematem podjęcia prawidłowej decyzji. Niepokój ludzi z powodu możliwych niepożądanych skutków wpływu pól elektromagnetycznych (PEM) na zdrowie człowieka często przybiera tak radykalną postawę w wyrażanych poglądach, utrwalanych przez doniesienia medialne, prasowe i internetowe oraz opinie lokalnych autorytetów, że urzędnikowi, który opiera się na określonych uregulowaniach prawnych i przepisach, coraz trudniej jest podejmować decyzję. Zastanawia fakt, dlaczego ludzie nie protestują np. przeciwko urządzeniom gospodarstwa domowego emitującym również PEM, a tyle energii wkładają w blokadę budowy stacji nadawczej. W jednym i drugim przypadku następuje długi proces towarzyszący wprowadzaniu tych urządzeń na rynek, obejmuje on certyfikację, badania zgodności z odpowiednimi normami, pomiary zaburzeń oraz innych parametrów kompatybilności elektromagnetycznej itp. W jednym i drugim przypadku istnieją normy i akty prawne ograniczające producentów, inwestorów, operatorów i użytkowników w zakresie warunków użytkowania, zasad ochrony środowiska, kompatybilności elektromagnetycznej itp. Znamienne jest przecież masowe korzystanie z łączności i usług sieci telefonii komórkowych, a nie byłoby to możliwe bez uprzedniego wybudowania stacji bazowych. POLE ELEKTROMAGNETYCZNE W ŚRODOWISKU CZŁOWIEKA Naturalne procesy elektromagnetyczne powstawały i rozwijały się we wszechświecie od początku jego istnienia. Sztuczne PEM zostało wprowadzone do środowiska człowieka stosunkowo niedawno, ale proces ten rozwija się w ostatnich latach niezwykle dynamicznie. Składnikami pola naturalnego są: stałe pole magnetyczne, wynoszące w naszej szerokości geograficznej 40 A/m, stałe pole elektryczne o średniorocznej wartości 100 150 V/m i zmienne PEM pochodzące od Słońca. Powłoki gazowe otaczające Ziemię przepuszczają PEM określonych częstotliwości. Jedną grupę stanowi tzw. okno świetlne, obejmujące podczerwień, światło widzialne i część ultrafioletu, a drugą tzw. okno radiowe, obejmujące pasmo fal radiowych. Okno świetlne stanowi podstawę rozwoju życia biologicznego, natomiast rola okna radiowego pozostaje nieznana. Jednakże ilość energii, docierająca oknem radiowym, jest stosunkowo niewielka, a życie biologiczne na Ziemi wydaje się dobrze przystosowane do naturalnych PEM. Źródłem sztucznego PEM jest przede wszystkim ogromna liczba urządzeń energetycznych, stacji radiowych, telewizyjnych, łączności satelitarnej, stacji radiolokacyjnych, radionawigacyjnych, radiokomunikacji ruchomej lądowej, urządzeń medycznych i przemysłowych oraz urządzeń gospodarstwa domowego. Nie należy również pomijać ekspozycji na PEM od urządzeń wytwarzających je w sposób niezamierzony, wskutek niedoskonałych rozwiązań konstrukcyjnych czy braku odpowiednich zabezpieczeń (np. niedostateczne ekranowanie lub jego brak). Urządzeń tych jest znacznie więcej niż np. stacji nadawczych. Należą do nich np. wśród urządzeń przemysłowych zgrzewarki pojemnościowe, wśród urządzeń medycznych diatermie krótkofalowe, wśród urządzeń elektrycznych maszyny i urządzenia technologiczne oraz domowe urządzenia powszechnego użytku, wyposażone w silniki elektryczne, kuchenki mikrofalowe, poza tym linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia, stacje transformatorowe, samochody (promieniowanie układu zapłonowego) i wiele innych. Jeszcze innym wkładem do naturalnego środowiska elektromagnetycznego są materiały z tworzyw sztucznych. Wiadomo, że dywany i wykładziny z tworzyw sztucznych (podobnie jak bielizna osobista czy odzież) mogą powodować elektryzowanie się osób i przedmiotów do stosunkowo wysokich potencjałów, dochodzących nawet do 10 kv. Wzrost liczby źródeł emisji niezamierzonej jest trudny do oszacowania ze względu na brak odpowiednich danych. 104 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXI i WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE ROCZNIK LXXVII nr 2-3/2008
Pole elektromagnetyczne elektromagnetyczne promieniowanie niejonizujące Pole elektromagnetyczne jest szczególną formą materii m. in. przez to, że nie jest widoczne gołym okiem. Stanowi układ pola elektrycznego opisanego przez wektor elektryczny E^ i pola magnetycznego opisanego przez wektor magnetyczny H^.. Miarą wektora E^jest napięcie wytworzone przez pole elektryczne na odcinku o długości 1 metra, nazywane natężeniem pola elektrycznego i wyrażone w V/m. Analogicznie jest zdefiniowane natężenie pola magnetycznego H^, wyrażone w A/m. Z wektorami E^ i H^ jest skojarzony wektor Poyntinga S^, będący ich iloczynem (wektorowym), określającym lokalnie kierunek propagacji fali i definiowany jako moc przenoszona przez jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali elektromagnetycznej i wyrażony w W/m 2. Niektórzy autorzy [2] podają, że wektor Poyntinga może być interpretowany jako ilość energii wypromieniowanej w czasie 1 s, przenoszonej przez jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku wektora E^ x H^ stąd gęstość mocy można zdefiniować jako moduł wektora Poyntinga. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi PEM są częstotliwość, długość fali, natężenie pola elektrycznego, natężenie pola magnetycznego, gęstość mocy i polaryzacja. Promieniowanie elektromagnetyczne w interesującym nas zakresie częstotliwości od 0 do 300 GHz (nazywane promieniowaniem w zakresie częstotliwości radiowych (RF Radio Frequency) jest promieniowaniem niejonizującym, natomiast właściwości jonizujące ma częściowo promieniowanie nadfioletowe oraz rentgenowskie i gamma, czyli o częstotliwościach powyżej 3x10 6 GHz. Promieniowanie niejonizujące charakteryzuje się tym, że atom lub cząsteczka absorbując energię fali elektromagnetycznej, nie rozpada się na jony. Jest ono emitowane przez sztuczne źródła PEM w środowisku człowieka, w szczególności przez różnego rodzaju anteny. Promieniowanie jonizujące, powodujące rozpad cząsteczek na jony, powstaje przede wszystkim w wyniku rozpadu cząstek elementarnych. Wpływ promieniowania elektromagnetycznego w obydwu przypadkach jest całkowicie odmienny. Promieniowanie jonizujące powoduje bowiem nieodwracalne zmiany w tkankach biologicznych, natomiast niejonizujące może spowodować efekt termiczny lub atermiczny, opisane w następnym rozdziale. Promieniowanie niejonizujące jest emitowane przez sztuczne źródła PEM w środowisku człowieka, w szczególności przez różnego rodzaju anteny. Elektromagnetyczne promieniowanie niejonizujące a zdrowie ludzi Badania wpływu PEM na zdrowie ludzi rozpoczęły się stosunkowo niedawno, bo w latach 40. ubiegłego stulecia. W obecnym stanie wiedzy, pomimo bogatego materiału doświadczalnego, ciągle trudno o jednoznaczne wnioski dotyczące nie tylko charakteru, ale w ogóle istnienia swoistych efektów biologicznych związanych z działaniem PEM, zwłaszcza zakresu radiowego. Do zaakceptowania efektu jako swoistego jest konieczne ustalenie stopnia prawdopodobieństwa poznania trzech elementów: związku przyczynowego między zadziałaniem czynnika i wystąpieniem efektu, zależności efektu od dawki czynnika oraz mechanizmu działania czynnika. Do określenia niepożądanego oddziaływania niejonizującego PEM na człowieka są stosowane dwa kryteria: kryterium biologiczne oparte na jakościowej i ilościowej ocenie efektów atermicznych i kryterium energetyczne oparte na ilościowej ocenie efektu termicznego. Obydwa są oparte na wynikach badań eksperymentalnych. Kryterium biologiczne jest oparte na wynikach badań zmian, jakie PEM wywołują w ośrodkowym układzie nerwowym, w układzie neurohormonalnym, swoistym i nieswoistym układzie odporności immunologicznej i w funkcjach generatywnych. Podczas badań stosuje się metodę fizjologiczną, elektrofizjologiczną, immunologiczną, biochemiczną i morfologiczną. Parametrami przyjętymi do nich są gęstość mocy PEM i czas ekspozycji. Z badań wynika, że dla gęstości mocy mniejszych niż 4 mw/cm 2 istnieje liniowa zależność między efektem biologicznym i gęstością mocy. W przypadku gęstości mocy przekraczających 4 10 mw/cm 2 ta zależność jest już nieliniowa. Ponadto w przypadku niewielkich gęstości mocy jako miarę napromieniowania można przyjąć wielkość obciążenia energetycznego dla organizmu, będącego iloczynem gęstości mocy i czasu. Ustalono, że maksymalna dopuszczalna gęstość mocy przy ekspozycji ciągłej nie może przekroczyć 1 mw/cm 2 (10 W/m 2 ). Kryterium energetyczne jako miarę oddziaływania PEM na organizmy żywe przyjmuje się, wielkość energii absorbowanej przez organizm (albo jego część) na 1 kg masy ciała. Tę wielkość nazwano swoistym tempem pochłaniania energii i oznaczono w skrócie symbolem SAR (Specific Absorption Rate). Na podstawie precyzyjnych badań ustalono, że progowa wielkość absorbowanej mocy, wywołująca mierzalny efekt termiczny, tj. przyrost temperatury ciała o 1, wynosi 4 W/kg. Stwierdzono również, że pochłanianie energii w układach biologicznych jest zależne od częstotliwości PEM. Reasumując, promieniowanie niejonizujące może spowodować efekt termiczny, polegający na miejscowym lub ogólnoustrojowym wzroście temperatury w żywym organizmie lub efekt atermiczny, polegający na zmianach funkcji biologicznych organów wewnętrznych człowieka. Dotychczas jedynym rodzajem swoistych 1) efektów udowodnionych dla częstotliwości radiowych są efekty termiczne i odpowiedź ustroju na te zmiany (np. uruchomienie mechanizmów termoregulacyjnych, takich jak zredukowanie produkcji ciepła metabolicznego i rozszerzenie naczyń krwionośnych). Z badań nad tym efektem wynikają dopuszczalne poziomy PEM zawarte w tworzonych normach w Europie i na świecie. W celu rozpoznania efektów atermicznych w polach RF małych intensywności i przy długotrwałej ekspozycji są prowadzone badania laboratoryjne (in vitro i in vivo) oraz badania epidemiologiczne i z udziałem ochotników. Badania takie są niezwykle kosztowne i wymagają zastosowania precyzyjnej aparatury pomiarowej. Szczególnie intensywnie są prowadzone w krajach dysponujących wysoko rozwiniętą techniką. Ekspozycja na PEM występuje wówczas, gdy człowiek jest poddawany oddziaływaniu pola elektrycznego, magnetycznego i elektromagnetycznego oraz prądom dotykowym, różnym od wynikających z procesów fizjologicznych w organizmie lub innych zjawisk naturalnych. Ekspozycja populacji generalnej na PEM występuje wówczas, gdy podlega jej ludność, z wyłączeniem ekspozycji podczas badań medycznych, diagnostycznych i leczniczych oraz ekspozycji na PEM pracowników. Biologiczna aktywność PEM już od wielu lat jest faktem znanym i niekwestionowanym, ale nie oznacza to jeszcze jej szkodliwości. Działanie PEM na człowieka (i inne organizmy żywe) jest nieszkodliwe dopóty, dopóki jego skutki mieszczą się w granicach wyznaczonych przez zdolności adaptacyjne organizmu. 1) Stwierdzone efekty atermiczne, jak np. wypływ jonów wapnia z mózgu pojawiają sie dopiero po wystąpieniu efektu termicznego PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXI i WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE ROCZNIK LXXVII nr 2-3/2008 105
Natomiast może być szkodliwe po przekroczeniu tych granic. Komunikaty na temat wpływu pól elektromagnetycznych na człowieka są m. in. wydawane przez Międzynarodową Komisję Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym (ICNIRP International Commission on Non-Jonizing Radiation Protection). Ostatni ukazał się w zaleceniach, opublikowanych w czasopiśmie Health Physics w 1998 roku i zawierał m. in. wyniki aktualnych badań prowadzonych na ten temat na świecie. ICNIRP jest pozarządową organizacją uznawaną przez Światową Organizację Zdrowia (WHO World Health Organization). Poprzedni komunikat był wydany w 1988 r. przez IRPA/INIRC, której spadkobierczynią jest ICNIRP, a następny jest spodziewany w 2008 roku. Tymczasem są podejmowane inne działania, np. Komisja Wspólnot Europejskich wydała w dniu 3 marca 2004 roku decyzję w sprawie utworzenia komitetów naukowych w dziedzinie bezpieczeństwa konsumentów, zdrowia publicznego i środowiska, a wśród nich Komitetu Naukowego ds. Pojawiających się i Nowo Rozpoznanych Zagrożeń dla Zdrowia (SCE- NIHR The Scientific Committee on Energing and Newly Identified Health Risks). Wyniki opublikowanego w marcu 2007 roku dokumentu pt.: Możliwe skutki działania PEM na zdrowie ludzi 2) wydanego przez SCENIHR wskazują, że nie ma podstaw do weryfikacji aktualnych dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku, opracowanych przez ICNIRP/EC 3). W przypadku częstotliwości radiowych stwierdzono, że bilans dokumentacji epidemiologicznej wskazuje, że używanie telefonu przenośnego przez okres krótszy niż 10 lat nie pociąga za sobą zwiększonego ryzyka wystąpienia np. guza mózgu lub nerwiaka nerwu słuchowego 4) (acoustic neuroma). Dla dłuższego czasu użytkowania dane są nieliczne, a więc jakiekolwiek wnioski nie są pewne. Z dostępnych danych wynika jednak, iż dla długotrwałego użytkowania ryzyko wystąpienia guzów mózgu nie zwiększa się; w przypadku nerwiaka nerwu słuchowego występują pewne przesłanki wskazujące na związek z długim użytkowaniem telefonu. Dotychczasowe wyniki badań, zarówno pracowników, jak i ogółu ludności, są mało przekonujące. We wszystkich badaniach epidemiologicznych istnieje niedostateczna ocena ekspozycji i czynników zaburzających oraz niedopracowana metodyka. Istnieje jednak potrzeba dalszych badań epidemiologicznych, szczególnie populacji użytkowników telefonów przenośnych. Jest to jeden z celów finansowanego przez WHO Międzynarodowego Projektu Pól Elektromagnetycznych. Należy zauważyć, że te ostrożne opinie odnoszą się do dopuszczalnych poziomów pól obowiązujących w większości krajów zachodnich, dużo wyższych i niedopuszczalnych w Polsce, o czy będzie mowa dalej. GENEZA USTALANIA WARTOŚCI DOPUSZCZALNYCH PEM W ŚRODOWISKU W EUROPIE I W POLSCE METODY SPRAWDZANIA Uregulowania prawne w zakresie dopuszczalnych poziomów PEM przechodziły różne przeobrażenia ze względu na postępy badań nad biologicznym jego działaniem. Pierwsze normy NDN (najwyższych dopuszczalnych natężeń) miały charakter tymczasowy, ponieważ zostały ustalone 2) Possible effects of Electromagnetic Fields (EMF) on Human Health 3) European Committee 4) nowotwór rozwijający się na nerwie łączącym ucho z mózgiem na podstawie niezbyt doskonałych metod oraz małej liczby badań nad biologicznym wpływem PEM. W początkowym okresie normy NDN, istniejące jako normy higieniczne (dla pracowników) lub zalecenia norm NDN, proponowane przez różnych autorów i instytucje, różniły się znacznie (nawet 10 000 razy). Zasadniczą przyczyną w ocenie stopnia szkodliwości PEM i tak dużych rozbieżności była różnica w poglądach na mechanizm działania tego promieniowania. W początkowym okresie w krajach zachodnich i w USA przyjęto założenie, że oddziaływanie biologiczne PEM jest uwarunkowane jedynie jego efektem termicznym, uzasadniając to wynikiem bilansu cieplnego, tzn. ilością energii pochłoniętej w jednostce czasu w przeliczeniu na ilość ciepła oraz ilością ciepła, jaką ustrój człowieka może wydalić w normalnych warunkach. Wyjściową wielkością gęstości mocy było 1000 W/m 2 (wielkość ta powodowała efekt termiczny w postaci odczuwalnego ciepła). Zastosowany współczynnik bezpieczeństwa 10 zmniejszał tę wielkość 10-krotnie, jeśli przyjąć gęstość mocy 100 W/m2 jako dopuszczalną wartość dla ekspozycji ciągłej w paśmie częstotliwości 0,1 100 GHz. Przyjęcie tej wielkości było w krajach zachodnich krytykowane jako zbyt liberalne. Normy NDN w ZSRR ustalano na podstawie założenia, że efekt termiczny, powodujący podwyższenie temperatury tkanek i narządów, nie jest jedynym mechanizmem oddziaływania PEM na organizmy żywe. Podstawę do tego stanowiły intensywne badania higieniczne ludzi narażonych na działanie PEM, jak również badania doświadczalne na zwierzętach. Wykazano w nich, że dla wywołania zmian czynnościowych pod wpływem PEM w ciągu 1 godziny progowa gęstość mocy wynosi 10 W/m 2, stąd dla 10-godzinnego czasu pracy przyjęto gęstość mocy 1W/m 2 oraz po zastosowaniu współczynnika bezpieczeństwa 10 otrzymano wartość 0,1 W/m 2 jako maksymalnie dopuszczalną gęstość mocy dla ekspozycji zawodowej. Generalnie można wysnuć wniosek, że normy zachodnie uwzględniały aspekt ekonomiczny oraz wojskowy, normy radzieckie aspekt społeczny. Normy innych państw są pochodną ww. rozważań i ewoluowały w kierunku zbliżenia. Reasumując, ustalenia ICNIRP/EC są oparte na wynikach badań, głównie na kryterium energetycznym, zaś polskie, wzorowane na normach radzieckich, uwzględniają kryterium biologiczne i to w sposób bardzo rygorystyczny dopuszczalne PEM są ograniczone do minimalnych poziomów wywołujących jakikolwiek wykrywalny dotychczas efekt w organizmie człowieka. Nie można jednak jednoznacznie rozstrzygnąć, jakie przesłanki przyjęli niegdyś twórcy normy radzieckiej, gdyż brak jest pełnych odniesień źródłowych w tej kwestii. Zalecenia ICNIRP i Komisji Europejskiej rekomendują w zakresie wielkich częstotliwości, gdzie występuje efekt absorpcji energii PEM przez ciało człowieka, przyjęcie jako granicznych poziomy poniżej mierzalnych efektów termicznych. Intensywność promieniowania niejonizującego mierzy się w watach na metr kwadratowy (W/m 2 ), natomiast ilość energii RF zaabsorbowanej w tkankach mierzy się wielkością SAR, wyrażaną w watach na kilogram masy ciała (W/kg). Pola RF można traktować jako czynnik ekspozycji o dużych i małych intensywnościach. Jak wspomniano wcześniej, przy dużych intensywnościach pól RF temperatura ciała może wzrosnąć o kilkanaście stopni, pomimo przeciwdziałania ze strony mechanizmu termoregulacji organizmu. Te efekty wzrostu temperatury ciała pod wpływem pola RF są określane właśnie mianem efektu termicznego i są jedynym dobrze rozpoznanym efektem oddziaływania tych pól na organizm człowieka. Ekspozycje w polach RF małych intensywności nie powodują jakiejkolwiek znaczącej zmiany temperatury ustroju. Nazywane są one efektami atermicznymi, są słabo rozpoznane i pozostają ciągle przedmiotem badań. 106 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXI i WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE ROCZNIK LXXVII nr 2-3/2008
Wspólną cechą norm powstających w Europie i na świecie jest ich dwupoziomowa struktura. Podawane są w nich tzw. ograniczenia podstawowe, których nie można przekroczyć pod żadnym warunkiem i zalecane poziomy odniesienia, które mogą zostać przekroczone, jeżeli udowodni się, że nie zostały przekroczone ograniczenia podstawowe. Podstawowe ograniczenia są zdefiniowane przez gęstość indukowanego prądu i swoiste tempo pochłaniania energii (SAR) lub dla impulsowych PEM przez swoiste pochłanianie (SA) energii. Ponieważ tych wielkości nie można wyznaczyć bezpośrednio, w normach wprowadza się mierzalne poziomy odniesienia, wyrażone w wielkościach natężenia pola elektrycznego i magnetycznego oraz gęstości mocy. W zakresie częstotliwości do kilku MHz najważniejszą przyczyną efektów biologicznych są prądy elektryczne indukowane w materiale biologicznym (oddziaływanie bezpośrednie) i w obiektach go otaczających (oddziaływanie pośrednie) i w tym zakresie ograniczenia podstawowe są wyrażone w gęstości prądu. W zakresie do 300 MHz istotą oddziaływania PEM jest nagrzewanie ciała, zatem ograniczenia podstawowe są podane w wartościach SAR. Oceniając skutki oddziaływania pól elektromagnetycznych o częstotliwościach z zakresu od 100 khz do 10 GHz, należy brać pod uwagę zarówno efekty przepływu dodatkowych prądów w ciele człowieka, jak i wydzielanie w nim ciepła. Energia pól elektromagnetycznych o częstotliwościach z zakresu od 10 GHz do 300 GHz jest rozpraszana w powierzchniowych warstwach ciała, powodując ich ogrzewanie. Dotyczy to zwłaszcza skóry. Dla impulsowych pól elektromagnetycznych ograniczenia podstawowe są zdefiniowane przez swoiste pochłanianie (SA) energii. Poziom odniesienia w tym przypadku jest wyrażony wielkością gęstości strumienia energii. Dwupoziomowość struktury aktualnych norm dotyczy również rozróżnienia poziomów dopuszczalnych ekspozycji, odrębnie dla ogółu ludności i odrębnie dla pracowników. Na rys. 1 i 2 przedstawiono analizę porównawczą polskich przepisów na tle uregulowań ICNIRP/EC, dla ogółu ludności i dla pracowników. Rys 1. Graficzna prezentacja dopuszczalnych poziomów natężenia pola elektrycznego dla ogółu ludności Warto zauważyć, że dopuszczalne poziomy PEM, przyjęte w krajowych przepisach, zarówno w odniesieniu do ogółu ludności [3], jak i do osób zatrudnionych przy obsłudze i konserwacji źródeł PEM (czyli pracowników) [4], są kilka lub nawet kilkadziesiąt razy niższe niż w aktualnych normach lub zaleceniach zagranicznych [5] i [6]. Ponadto większość ustaleń zagranicznych bierze pod uwagę jako wskaźnik PEM wartość Rys. 2. Graficzna prezentacja dopuszczalnych poziomów natężenia pola elektrycznego dla pracowników uśrednioną w określonej przestrzeni i określonym przedziale czasowym, podczas gdy przepisy polskie przyjmują jako wskaźnik PEM wartości skuteczne natężeń pól elektrycznych i magnetycznych o częstotliwości 50 Hz i od 0,001 do 300 MHz oraz wartości średnie gęstości mocy pól elektromagnetycznych o częstotliwości powyżej 300 MHz do 300 000 MHz (poprzednio były to wartości maksymalne). Podstawowym sposobem ochrony ludzi przed niepożądanym wpływem PEM jest ustalenie poziomów dopuszczalnych i opracowanie metodyk sprawdzania tych poziomów w warunkach rzeczywistych. Niemal powszechnie są stosowane pomiary, wykonywane zgodnie z prawnie usankcjonowaną metodyką i procedurą pomiarową i porównywanie zmierzonych poziomów z poziomami dopuszczalnymi w danym zakresie częstotliwości [7]. Obowiązek wykonywania pomiarów PEM w środowisku wynika z zapisów art. 122a ustawy Prawo ochrony środowiska [8]. Metodyka sprawdzania dotrzymania tych poziomów została podana w rozporządzeniu [4], które jest jednym z aktów wykonawczych do ustawy [8]. W przypadku obiektu projektowanego stosuje się metody obliczeniowe, a gdy układy antenowe mają niepowtarzalne geometrie, wymaga to zastosowania procedur numerycznych i wykorzystania stosownych programów na odpowiednio dużych i szybkich komputerach. Stosowne procedury umożliwiają obliczenie wielkości i fazy natężeń pola elektrycznego i magnetycznego oraz gęstości mocy, jak również prądów, napięć i impedancji w każdym punkcie w przestrzeni [9, 10]. PEM wypromieniowywane przez antenę lub inne źródło zawiera wiele składowych pola elektrycznego i magnetycznego, z których wszystkie w polu dalekim maleją proporcjonalnie ze wzrostem odległości. Natomiast charakter składowych PEM w polu bliskim różni się znacznie w zależności od struktury źródła i od odległości od anteny. Rozkład PEM w polu bliskim charakteryzuje się występowaniem licznych enklaw i maksimów lokalnych, w których natężenia pól mają wartości wyższe, aniżeli w obszarach sąsiednich lub bliższych anteny. Dokumenty europejskie i międzynarodowe rekomendują kilka zaawansowanych technik rygorystycznego modelowania numerycznego jako skutecznego narzędzia prognozowania narażeń elektromagnetycznych w ogóle i narażeń powodowanych przez urządzenia telefonii komórkowej w szczególności. Najważniejsze z nich to: metoda momentów [11] (MOM Method of Moments); metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD Finite Defference Time Domain); oraz metoda superpozycji [12, 13, 14]. PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXI i WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE ROCZNIK LXXVII nr 2-3/2008 107
Dwie z tych technik, znane pod skrótami MOM i FDTD, mają wyjątkowo mocno ugruntowaną pozycję i są szczególnie chętnie stosowane. Wymagają zarówno specjalistycznej wiedzy, jak i odpowiedniego oprogramowania. Idea pierwszej metody polega bardzo ogólnie rzecz ujmując na rozwiązaniu tzw. metodą momentów równań różniczkowo-całkowych, stanowiących model matematyczny badanego układu (anteny lub układu anten stacji nadawczej albo całego terminalu ruchomego). Technikę tę często łączy się z koncepcją tzw. modelowania siatkowego (wire-grid modeling). Istota drugiej metody, tzn. FDTD, sprowadza się do zbudowania dyskretnego modelu analizowanego obiektu (obiektów) i rozwiązania metodą różnic skończonych równań Maxwella opisujących model w dziedzinie czasu. Dyskretny model obiektu tworzą małe elementy objętościowe, zwane voxel, ami, przy czym jednorodnemu obszarowi każdego z nich przypisuje się parametry elektryczne medium, które dany voxel reprezentuje. Technika FDTD jest od kilku lat stosowana z dobrym skutkiem do prognozowania i oceny narażeń elektromagnetycznych, np. w telefonii komórkowej. W kraju wiele placówek badawczych posiada oprogramowanie własne lub zakupione do modelowania rozkładu PEM tymi metodami. Trzecia metoda staje się ostatnio również popularna, a podstawowym jej założeniem jest, że każdy punkt obserwacji znajduje się w polu dalekim względem każdej jednostki antenowej/fragmentu anteny wchodzącej w skład układu antenowego/ /anteny, choć może być w polu bliskim względem układu antenowego/anteny jako całości. To założenie jest m. in. podstawą budowy algorytmów numerycznych, opartych na teorii elektromagnetyzmu. Oprogramowanie, oparte na tych założeniach, powstało i funkcjonuje w Zakładzie Kompatybilności Elektromagnetycznej Instytutu Łączności we Wrocławiu [15]. Rys 3. Rozkład PEM w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez kierunki maksymalnego promieniowania anten Przykład obliczeń rozkładu PEM w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez kierunki maksymalnego promieniowania układów antenowych/anten złożonego obiektu nadawczego pokazano na rys. 3. * * * Jak wspomniano na wstępie, artykuł sygnalizuje wybrane zagadnienia związane z ochroną środowiska przed elektromagnetycznym promieniowaniem niejonizującym, przedstawione w cytowanym Poradniku [1]. Intencją autorów Poradnika było zebranie podstawowej wiedzy z dziedziny elektromagnetyzmu, w tym przedstawienie elementarnych wiadomości o polu elektromagnetycznym i źródłach tego pola, a także podsta- wowej wiedzy o systemach radiokomunikacyjnych w kontekście narażeń elektromagnetycznych, czyli wpływu pola elektromagnetycznego na człowieka. Przedstawiono kryteria oceny pola elektromagnetycznego w środowisku, które są podstawą do ustalania bezpiecznych poziomów dopuszczalnych (wartości granicznych) i ich weryfikacji. W Poradniku podano aktualny stan normalizacji w tym zakresie w krajach Unii Europejskiej i w Polsce, a także metody teoretyczne i praktyczne sprawdzania poziomów dopuszczalnych pól elektromagnetycznych w środowisku. Jego głównym przesłaniem jest potrzeba popularyzacji tych zagadnień w społeczeństwie, zwłaszcza w aspekcie budowy społeczeństwa informacyjnego i udziału tegoż społeczeństwa w podejmowaniu decyzji, w tym przypadku dotyczących inwestycji planowanych w ich sąsiedztwie. Szeroka popularyzacja tej wiedzy powinna odbywać się zarówno w szkołach, prasie, mediach, jak i bezpośrednio na specjalnie przygotowanych szkoleniach i spotkaniach z ludnością. Literatura [1] Macher M., Tyrawa P., Kałuski M., Grudziński E., Bieńkowski P.: Ochrona przed narażeniami elektromagnetycznymi wynikającymi z rozwoju telekomunikacji współczesnej i telekomunikacji nowych generacji pomiary anten radiokomunikacyjnych i pól elektromagnetycznych. Załącznik Poradnik z zakresu ochrony przed narażeniami elektromagnetycznymi od systemów radiokomunikacyjnych. Program Wieloletni SP IV. 6, Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej Instytutu Łączności PIB, Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Politechniki Wrocławskiej [2] Stratton, Electromagnetic Theory, MC GRAW-HILL BOOK COM- PANY, Inc. New York and London, 1941 [3] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 roku w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów (Dz. U. nr 192, poz. 1883) [4] Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. nr 217, poz. 1833, z późn. zmianami) [5] Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz), International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, Health Physics, Apr. 1998, Vol. 74, No 4 [6] Council recommendation of 12 July 1999 on the limitation of exposure of the general public to electromagnetic fields (0 Hz to 300 GHz) (1999/519/EC), European Committee for Standardization, Brussels 1999 [7] Pola elektromagnetyczne. Źródła, oddziaływanie, ochrona pod redakcją Haliny Aniołczyk, Łódź 2000 [8] Ustawa z dnia 18 maja 2005 r. o zmianie ustawy Prawo ochrony środowiska oraz niektórych innych ustaw, z późniejszymi zmianami (Dz. U. nr 113 poz. 954) [9] Bem D. J.: Anteny i rozchodzenie się fal radiowych, WNT, Warszawa 1973 [10] Mikołajczyk H.: Pola elektromagnetyczne, PWN, Warszawa 1974 [11] Harrington R. F: Matrix Methods for Field Problems, Proc. IEEE, Vol. AP-29, February, 1967 [12] Kałuski M., Stasierski L.: Electromagnetic Field Estimation in the Vicinity of Panel Antenna System for FM and TV Broadcasting, IE- EE Trans. on Broadcasting, vol. 41, No. 4, December 1995 [13] Kałuski M., Macher M., Scharoch P., Stasierski L.: EM Field Estimation in the Vicinity of Multiple Panel Antenna Systems for FM and TV Broadcasting, Thirteenth International Wrocław Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility June 25 28, 1996, published by the Institute of Telecommunications, Wrocław 1966 [14] Macher M., Kałuski M.: Modelowanie numeryczne rozkładu pola elektromagnetycznego wokół obiektów nadawczych w świetle aktualnych przepisów ochrony środowiska, Medycyna Pracy 2007; 58 (1): 49-56 [15] Kałuski M., Macher M.: Modelowanie numeryczne rozkładu pola elektromagnetycznego wokół stacji nadawczych w świetle aktualnych przepisów ochronnych, KKRRiT, 2002 108 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXI i WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE ROCZNIK LXXVII nr 2-3/2008