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
HÄVIÖLLINEN LEVY SÄHKÖKENTÄSSÄ d J A U J D J C J G G U J D + J G Levymäinen häviöllinen kappale kondensaattorilevyjen välissä
POLARISAATIOMEKANISMEJA Taulukko 3.1 Dispersiomuodot kudoksissa ja niissä esiintyviä polarisaatiomekanismeja. Dispersio Polarisoituva molekyyli Mekanismi Taajuusalue tai solun osa γ Vapaat vesimolekyylit Dipolien orientoituminen. 10 100 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 1 10 000 khz α Solukalvo Vastaionien liike solun pinnalla. 30 300 Hz Sisempien kalvorakenteiden varautuminen.
MAKSAKUDOKSEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET
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
VEDEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET
VEDEN SÄHKÖISET OMINAISUUDET
SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLUUN < 10 khz >1 MHz 1/1
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
SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLU-JA TUMAKALVOON E= 1 V/m
SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN SOLULIMAAN JA TUMAAN
KUDOSTEN SUHTEELLINEN PERMITTIIVISYYS
KUDOSTEN SUHTEELLINEN JOHTAVUUS
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 )
SM-aallon tunkeutuminen kudoksiin
RADIOTAAJUISEN SÄTEILYN ABSORPTIOALUEET Alue Kvasistaattinen kentät Resonanssi kentät ja aallot Pinta-absorptio aallot Taajuus < 30 MHz 30-3000 MHz 3-300 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
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
SÄHKÖKENTÄN KYTKEYTYMINEN PYÖRÄHDYS- ELLIPSOIDIIN ALLE 10 MHz TAAJUUKSILLA + + + + E i J + + ++ + ++ + + + + E o 2a E = E C o i 1 1 1 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
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
SÄHKÖ-JA MAGNEETTIKENTÄN KYTKEYTYMINEN MAADOITETTUUN PYÖRÄHDYSELLIPSOIDIIN 613 V/m ja 1,63 A/m (2 µt) mahdollisia kentänvoimakkuuksia 10-50 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 10-4 6,21 8,95 10-5 1,79 J (A/m 2 ) 1,24 10-4 2,48 1,79 10-5 7,16 10-1 SAR (W/kg) 7,71 10-11 1,54 10-2 1,60 10-12 1,30 10-3 1) pinnalla kehon keskiosassa
PIENTAAJUISEN SÄHKÖKENTÄN INDUSOIMIA VIRRANTIHEYKSIÄ HOMOGEENISESSA FANTOMISSA ma 2 m E 10 kv/m 50 Hz
50 Hz SÄHKÖKENTÄN INDUSOIMA VIRTA KEHOSSA
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
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
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
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
SAR KORKEUDEN FUNKTIONA Leiketasojen keskiarvo
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
KOKO KEHON SAR TAAJUUDEN FUNKTIONA
KOON JA MAAKONTAKTIN VAIKUTUS ABSORPTIOON
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 (30-3000 MHz).
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)
IHO JA IHONALAINEN KUDOS
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
MIKROAALLON TUNKEUTUMINEN KEHOON 10 GHz TAAJUUDELLA Sähkökenttä (V/m) SAR (W/kg) Etäisyys pinnasta (mm) Etäisyys pinnasta (mm)
MAKSIMI SAR IHOLLA TAAJUUDEN FUNKTIONA Maksimi SAR (W/kg) Taajuus (GHz)