= ωε ε ε o =8,853 pf/m

Transkriptio

1 KUDOKSEN POLARISOITUMINEN SÄHKÖKENTÄSSÄ E ε,, jε r, jε, r i =,, ε r, i r, i E Efektiivinen johtavuus σ eff ( ω = = ωε ε ε o =8,853 pf/m,, r 2πf ) o Tyypillisiä arvoja radiotaajuukislla Kompleksinen permittiivisyys ε= (ε r - jε r ) ε o kudoksessa ilmassa ε r 80 1 σ eff (S/m) 0,5 o

2 HÄVIÖLLINEN LEVY SÄHKÖKENTÄSSÄ d J A U J D J C J G G U J D + J G Levymäinen häviöllinen kappale kondensaattorilevyjen välissä

3 POLARISAATIOMEKANISMEJA Taulukko 3.1 Dispersiomuodot kudoksissa ja niissä esiintyviä polarisaatiomekanismeja. Dispersio Polarisoituva molekyyli Mekanismi Taajuusalue tai solun osa γ Vapaat vesimolekyylit Dipolien orientoituminen GHz δ Sidotut vesimolekyylit, Proteiinit Dipolien orientoituminen, 0,1 3 GHz Proteiinien rajapintojen varautuminen ja sivuketjujen orientoituminen Vastaionien liike proteiinien pinnoilla. β Solukalvo Solukalvon varautuminen khz α Solukalvo Vastaionien liike solun pinnalla Hz Sisempien kalvorakenteiden varautuminen.

4 MAKSAKUDOKSEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET

5 2,,,, ) ( 1 r H L H f f + + = ε ε ε ε 2,, ) ( 1 ) ( 2 f f f r H L r L + + = ε ε π σ σ DEBYEN RELAKSAATIO Esim. puhdas H 2 O

6 VEDEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET

7 VEDEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET

8 SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLUUN < 10 khz >1 MHz 1/1

9 2/2 SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLUUN U m = K1h f 1+ ( f r ) 2 E e solukalvon yli kytkeytynyt jännite K 1 = 0,5-0,75 E m = U d m d 5 nm sähkökenttä solukalvon sisällä (d on kalvon paksuus) E i = (1 + 1,5 1 ) 2σ σ e i f / 1+ ( f f f r r 2 ) E e solun sisäinen sähkökenttä J J e i = σ virrantiheys soluvälianeessa e = 1 S/m σ E i e = σ E i σ i = 0,5 S/m virrantiheys solulimassa

10 SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLU-JA TUMAKALVOON E= 1 V/m

11 SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLULIMAAN JA TUMAAN

12 KUDOSTEN SUHTEELLINEN PERMITTIIVISYYS

13 KUDOSTEN SUHTEELLINEN JOHTAVUUS

14 SM-AALLON TUNKEUTUMINEN KUDOKSEEN z E o E t H o k H t k Tunkeutumissyvyydellä E t (z)/e t (0)=0,37 (1/e) S t (z)/s t (0)=0,135 (1/e 2 )

15 SM-aallon tunkeutuminen kudoksiin

16 RADIOTAAJUISEN SÄTEILYN ABSORPTIOALUEET Alue Kvasistaattinen kentät Resonanssi kentät ja aallot Pinta-absorptio aallot Taajuus < 30 MHz MHz GHz Huom. λ/2 > kehon pituus E- ja H-kytkeytyvät erikseen virta-absorptio kehon sisällä λ/2 kehon tai sen osan pituus resonansseja säteilylähteen puoleiset sisäelimet altistuvat kuumia pisteitä kehon sisällä (mm.päässä) absorptio muuttuu pinnalliseksi iho ja silmät altistuvat eniten

17 PIENTAAJUISEN SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN HOMOGEENISESSA KENTÄSSÄ SEISOVAAN IHMISEEN E = Q J s s s = k en = ε E o dq dt s E o s = ε o de dt s pintakenttä pintavaraus virrantiheys iholla J = σe i virrantiheys sisäosissa K en = 2-18 (maks päässä) 50 Hz johtavuus σ (S/m) veri 1,0 lihas 0,1 rasva 0,02-0,05 jalkavirta maahan

18 SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN PYÖRÄHDYS- ELLIPSOIDIIN ALLE 10 MHz TAAJUUKSILLA E i J E o 2a E = E C o i r C = + ( ε 1) N 1 R R + K N = ln 1 2 K 2K R K K= ( R = a/b, J = σe i R 2 1) depolarisaatiokerroin aksiaalisuhde ω ε E σ o o Ei j ε r << ε r = N σ ε o ω 2b

19 E DEPOLARISAATIOKERTOIMIA Kappale Depolarisaatiokerroi n N Huom. Ellipsoidi vapaassa tilassa 0,039 E o pituusakselin suuntainen a=0,9 m, b=0,14 m Maadoitettu ellipsoidi 0,0137 E o pituusakselin suuntainen a=1,8 m, b=0,14 m Pallo 0,333 Pitkä sylinteri 0,5 E o kohtisuorassa pituusakseliin nähden Ohut levy 1 E o kohtisuorassa

20 SÄHKÖ-JA MAGNEETTIKENTÄN KYTKEYTYMINEN MAADOITETTUUN PYÖRÄHDYSELLIPSOIDIIN 613 V/m ja 1,63 A/m (2 µt) mahdollisia kentänvoimakkuuksia m etäisyydellä voimajohdoista Tehotiheys Sähkökentässä 613 V/m Magneettikentässä 1) 1,63 A/m S=100 W/m 2 50 Hz 1 MHz 50 Hz 1 MHz E i (V/m) 6, ,21 8, ,79 J (A/m 2 ) 1, ,48 1, , SAR (W/kg) 7, , , , ) pinnalla kehon keskiosassa

21 PIENTAAJUISEN SÄHKÖKENTÄN INDUSOIMIA VIRRANTIHEYKSIÄ HOMOGEENISESSA FANTOMISSA ma 2 m E 10 kv/m 50 Hz

22 50 Hz SÄHKÖKENTÄN INDUSOIMA VIRTA KEHOSSA

23 PIENTAAJUISEN MAGNEETTIKENTÄN KYTKEYTYMINEN IHMISEEN E i J E J i = A E = σe σ 0,2 i ( x, = S m y, A J z) ( x, db dt y, o z) db dt pinnalla maksimivirrantiheys ICNIRP olettaa konservatiivisesti, että A J (maks)= 0,064 (A/m 2 )/(T/s) o

24 PIENTAAJUISEN MAGNEETTIKENTÄN KYTKEYTYMINEN PALLOON Φ = πr 2 B o magneetivuo U = 2πrE i induktiojännite E i r B o U = -dφ/dt -dφ/dt Ei ( r) = = 2πr Sinikentällä Faradayn laki 1 2 db r dt o maks. kenttä pinnalla keskellä 0 1 E ( r) = r jω 2 i B o

25 MAGNEETTIKENTÄN KYTKEYTYMINEN PYÖRÄHDYSELLIPSOIDIIN Induktiokenttä suurimmillaan B-kenttää vasten kohtisuorassa tasossa pinnalla xy tasossa maks. induktiokenttä (a/b>6) E i ( y) b db dt o E ( y) jω (sinikenttä) i bb o

26 KEHOVIRTA vs. SAR I = nj i= 1 2 ( σ A ) + ( ω ε A σ A I j nj i= 1 ) 2 SAR E = σ E = ρ J σ = I 2 / σ = A σ I 2 ρ A 2 I j G i-1,j C i-1,j G i,j C i,j

27 SAR KORKEUDEN FUNKTIONA Leiketasojen keskiarvo

28 SAR PYÖRÄHDYSELLIPSOIDISSA E i,e SAR = σ E 2 i ρ E = + E, E i i e i, m σ =σ ave = 2/3 σ lihas ρ = 1000 kg/m 3 E i,m SAR = SAR wba, e wba, m σe 2 i, e ρ 2 σei, m 5ρ E i,m =pintakenttä symmetriasyistä pyörähdysellipsoidissa SAR wba =SAR wba,e +SAR wba,m

29 KOKO KEHON SAR TAAJUUDEN FUNKTIONA

30 KOON JA MAAKONTAKTIN VAIKUTUS ABSORPTIOON

31 KUUMAT PISTEET Virran ahtautuminen Seisovat aallot Fokusoituminen kaareutuvista rajapinnoista Puoliaaltoresonanssi (pää, silmä) Pieni antenni lähellä kehoa (matkapuhelin) Tasoaallossa paikallinen SAR on eristetyssä ihmisessä noin 25 kertainen koko kehon SAR-arvoon nähden ( MHz).

32 SAR-JAKAUMA 15 cm PALLOSSA (PÄÄ) z x y SAR (W/kg) ε r =35 σ = 0,7 S/m y-akselilla x-akselilla Etäisyys pallon keskipisteestä (cm)

33 IHO JA IHONALAINEN KUDOS

34 TASOAALTO KOHTAA HÄVIÖLLISEN VÄLIAINEEN tuleva aalto E 0 heastunut aalto H 0 H r k E r H t E t k läpäissyt aalto E E t z

35 MIKROAALLON TUNKEUTUMINEN KEHOON 10 GHz TAAJUUDELLA Sähkökenttä (V/m) SAR (W/kg) Etäisyys pinnasta (mm) Etäisyys pinnasta (mm)

36 MAKSIMI SAR IHOLLA TAAJUUDEN FUNKTIONA Maksimi SAR (W/kg) Taajuus (GHz)