Lauri Puranen Säteilyturvakeskus Ionisoimattoman säteilyn valvonta

Transkriptio

1 LC-577 Sähömagneettisten enttien ja optisen säteilyn biologiset vaiutuset ja mittauset Sysy 16 PINTAAJUIST SÄHKÖ- JA MAGNTTIKNTÄT Lauri Puranen Säteilyturvaesus Ionisoimattoman säteilyn valvonta SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN

2 Luentojen sisältö sähö- ja magneettientän perusteita altistumisen annalta sähö- ja magneettientän yteytyminen ihmiseen pientaajuisten enttien fysiologisia ja biologisia vaiutusia altistumisrajat pientaajuisille entille altistuminen pientaajuisten enttien lähteille pientaajuisten enttien altistumismittauset SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP

3 Ionisoimattoman säteilyn lähteitä SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 3

4 Pientaajuisten enttien lähteitä Voimajohdot ja sähöasemat Muuntamot Sähöjunat Varashälyttimet ja metallinpaljastimet letrolyysitasasuuntaajat Valoaariuunit Indutiouumentimet Sähöhitsaus Magneettiuvaus SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 4

5 Värähtelevä SM-enttä indusoi johtaviin udosiin sähöentän ja sähövirtoja SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 5

6 Staattinen ja vasistaattinen sähöenttä F 1 Q Q 4 r F1 1 Q 1 1 ahden ilmassa olevan varausen Q 1 ja Q välinen voima sähöenttä on varauseen ohdistuvan voiman ja varausen suhde positiivisen ja negatiivisen pistevarausen tuottama sähöenttä useamman varausen aiheuttama enttä lasettava vetoreina yhteen pisteessä P 1 Q 4 r 1 r 1 Q r 4 r SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 6

7 Potentiaaliero ja sähöenttä U U V V1 l dl V V1 1 V 1 U d V d d potentiaaliero saadaan integroimalla sähöentän polua pitin sähöenttä voidaan määrittää ahden pisteen potentiaalieron eli jännitteen ja pisteiden välimatan avulla sähöentän voimauuden ysiö on volttia metriä ohti (V/m) SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 7

8 Sähöstaattinen indutio sähöentässä olevan sähöä johtavan appaleen varauset järjestäytyvät appaleen pinnalle pintavarauset aiheuttavat seundaarisen sähöentän alle 1 Hz taajuusilla ihmiseho äyttäytyy johtavan appaleen tavoin sisäinen sähöenttä muuttuu uloisen sähöentän muuttuessa appaleen (ehon) sisälle syntyy sähöenttä ja sähövirtoja syntyvä virrantiheys J [A/m ] J i = väliaineen johtavuus [S/m] i = sähöenttä väliaineessa [V/m] SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 8

9 Staattinen ja vasistaattinen magneettienttä liiuva varaus aiheuttaa magneettientän suoran johtimen magneettienttä etäisyydellä r Hdl JdS magneettivuon tiheys Lorentzin voima H sähömagneettinen indutio I F I r B H q( v B) d dl d U t H S dt HA silmuan lävistävän magneettivuon muutos indusoi jännitteen ehoon indusoituvien virtojen aiheuttamat seundaariset magneettientät eivät merittäviä SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 9

10 Kenttien aaltomuotoja ja amplitudispetrejä aiaharmoninen enttä atotusta sinimuotoisesta entästä muodostuva pulssienttä yliaaltoja sisältävä 5 Hz laajaaistainen enttä SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP teräviä pulsseja sisältävä laajaaistainen pulssienttä 1

11 Sähöentän polarisaatio elliptinen polarisaatio lineaarinen polarisaatio laajaaistaisen entän polarisaatio SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 11

12 SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN Aiaharmonisen entän tehollisarvo ) cos( a T a T dt t z rms y rms rms rms Laajaaistainen enttä T = jason aia a = -suuntaisen omponentin amplitudi ) cos( ) cos( ) cos( ) ( z z a z y y a y a t u t u t u t /LP

13 Sähömagneettinen aalto Z H vapaan tilan aaltoimpedanssi Z S S S H Z S H H Z Z S H sähöentän evivalenttinen tehotiheys magneettientän evivalenttinen tehotiheys S H S H Poyntingin vetorin S itseisarvo = aallon uljettama energia aia- ja pinta-alaysiöä ohti (tehotiheys) ja suunta = aallon etenemissuunta SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 13

14 Ominaisabsorptionopeus (SAR) eseisin dosimetrinen altistumissuure yli 1 Hz taajuusilla äärettömän pieneen udospalaan dm absorboituu teho dp SAR dp dm i on johtavuus on tiheys ja i on sähöentän voimauus yseisessä pisteessä SAR voidaan määrittää myös lämpötilan noususta T aiavälillä t T SAR c p t c p on udosen ominaislämpöapasiteetti raajan SAR voidaan määrittää raajassa ulevasta virrasta I l SAR Ji Il A J i on virrasta (I l ) ja raajan poiileiausesta (A) lasettu virrantiheys (I l /A) SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 14

15 Koo ehon SAR esimääräinen oo ehon ominaisabsorptionopeus SAR wba P m P = ehoon absorboituva teho m = ehon massa Yli 6 GHz:n taajuusilla absorptio muuttuu pinnallisesi ja altistumista uvaa paremmin aallon tehotiheys. SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 15

16 Altistumista uvaavia suureita Uloiset suureet: sähöentän voimauus () voltteina metriä ohti (V/m) magneettientän voimauus (H) ampeereina metriä ohti (A/m) magneettivuon tiheys (B = H) Tesloina (T) 1 A/m = T = 16 µt ilmassa ja udosessa tehotiheys (S) watteina neliömetriä ohti (W/m ) Kehon sisäiset suureet: sisäinen sähöentän voimauus ( i ) voltteina metriä ohti (V/m) virrantiheys (J) ampeereina neliömetriä ohti (A/m ) J = i on udosen johtavuus (S/m) ominaisabsorptio (SA) jouleina ilogrammaa ohti (J/g) ominaisabsorptionopeus (SAR) watteina ilogrammaa ohti (W/g) osetusvirta (I c ) ampeereina (A) raajaan indusoituva virta (I l ) ampeereina (A) SÄTILYTURVAKSKUS STRÅLSÄKRHTSCNTRALN /LP 16