Ионизирующие и электромагнитные излучения и их воздействие на организм человека, страница 23

Хотя тепловой эффект от использования мобильных телефонов признается неопасным для здоровья, в связи с возрастающим количеством сотовых телефонов и растущей обеспокоенностью населения по поводу потенциально негативного их воздействия на здоровье, исследования продолжаются. Основным направлением изысканий является поиск механизмов слабого нетеплового воздействия ЭМИ сотовых телефонов на организм. Необходимо отметить, что поскольку проблема нова и не накоплен достаточный фактический материал, результаты исследований трактуются порой противоположным образом. Таким образом, на сегодняшний день нет однозначного научно обоснованного ответа, является ли нетепловое воздействие сотового телефона вредным для здоровья или нет.

Глава 6.  Моделирование теплового воздействия ЭМИ радиоволнового и СВЧ диапазонов на биообъект

6.1  Что определяет выбор модели

Первые математические модели взаимодействия ЭМИ РЧ и СВЧ диапазонов с биологическими тканями появились в 50-х годах ХХ века и представляли собой модели распространения плоской монохроматической электромагнитной волны в плоской слоистой среде. Позже появились сферические (гомогенные, слоистые), сфероидальные, цилиндрические и блочные модели, т.е. развитие шло по пути детализации объекта в конкретной ситуации. С конца 90-х годов повысился интерес к сферическим и блочным моделям головы человека в диапазоне частот деятельности сотовой телефонии.

Выбор модели в первую очередь определяет частотный диапазон ЭМИ и свойства биообъекта. В качестве биообъекта может выступать как все тело, так и отдельная ткань, орган. Среди свойств биообъекта наиболее значимыми являются размер, форма, диэлектрические характеристики. Один и тот же биообъект в зависимости от частоты падающего излучения может имитироваться разными моделями. Например, голова человека или животного может быть представлена слоистыми, сферическими, или блочными моделями, которые позволяют анализировать различные ситуации облучения.

Распространение волн в многослойном объекте сложной формы в общем случае сопровождается многократными отражениями и преломлениями от границ раздела слоев. Отраженные и преломленные волны складываются и образуют интерференционную картину. При этом возможно возникновение стоячих волн и связанных с ними локализованных максимумов поглощения, которые называются «горячими точками».

Главными задачами перечисленных моделей являются:

·  определение общей поглощенной мощности; 

·  определение резонансных частот, соответствующих локальным максимумам поглощения

·  определение пространственной локализации горячих точек.

На рис. 6.1 приведены частотные диапазоны, в которых обычно используют различные модели и некоторые максимумы поглощения.

Рисунок 6.1. Области применения моделей в зависимости от частоты ЭМИ. Резонансные частоты, соответствующие максимумам поглощения, обозначены пунктирными вертикальными линиями: 1) для головы (300, 800, 3000 МГц); 2) для всего тела (70-80 МГц).

6.2  Плоские слоистые модели

Плоские слоистые модели используют, когда кривизной поверхности биообъекта можно пренебречь, а именно, при локальном облучении частотами, для которых глубина проникновения меньше или равна толщине биообъекта. Такие модели чаще всего имитируют облучение участков тела: руки, ноги, ягодицы, живот, грудная клетка, спина, височная область головы [2, 11, 12].

Область применимости. Верхняя граница частотного диапазона определяется возможностью проникновения ЭМИ заданной частоты через кожу. Так, ЭМИ с частотой более 10 ГГц почти полностью поглощается слоем кожи, т. е. рассмотрение слоистой структуры для больших частот не имеет смысла. Нижняя граница частот определяется параметрами биообъекта (толщиной, геометрическими параметрами слоев,  и  тканей) и мощностью источника. В частности, применять слоистую модель при частотах менее 30 МГц имеет смысл для расчета SAR при больших ППЭ.

Описание модели. В рамках модели биообъект представляют в виде слоистой структуры с плоскими слоями определенной толщины. Характерными моделями этой группы являются следующие.