Niet-ioniserende elektromagnetische straling bij GSM-zendantennes

8/13/2019 Niet-ioniserende elektromagnetische straling bij GSM-zendantennes

http://slidepdf.com/reader/full/niet-ioniserende-elektromagnetische-straling-bij-gsm-zendantennes 1/7

Niet-ioniserende elektromagnetische straling bij GSM-zendantennes

Bart van den Broek

Bart van den Broek is sinds 1 mei 1999 werkzaam als veiligheidskundige bij deArbodienst Koninklijke Marine. Daarvoor heeft hij 6 jaar gewerkt als senior adviseur enveiligheidskundige bij TNO Arbeid

Met enige regelmaat verschijnen in de media berichten over mogelijkegezondheidseffecten van elektromagnetische straling en velden. Meestal zijn dezeberichten gebaseerd op onderzoeken waarin een verband wordt gelegd tussen allerleiklachten en blootstelling aan elektrische en magnetische velden. De verondersteldeklachten zijn divers van aard: variërend van lusteloosheid en hoofdpijn tot duizeligheid.Maar ook het voorkomen van leukemie wordt in verband gebracht met dergelijke stralingen/of velden.

Dit artikel beoogt inzicht te geven in het fenomeen elektromagnetische niet-ioniserendestraling, in het bijzonder in relatie tot GSM-zendantennes. Daarnaast wordt aandachtgevestigd op risico’s en aandachtspunten die gelden bij het werken met of in de buurtvan GSM-zendantennes. Tot slot wordt een aanzet gegeven tot discussie over (het vaakontbreken van) informatie die ons als veiligheidskundigen verder kan helpen bij onsadvieswerk.

In dit artikel wordt niet nader ingegaan op stralingsperikelen met betrekking tot de GSM- zaktelefoons op zich. Er wordt ook niet ingegaan op de (parasitaire) ioniserende straling zoals datvoor kan komen bij hoog vermogen zenders.

Elektromagnetische straling

We worden dagelijks blootgesteld aan verschillende soorten en niveaus elektromagnetischestraling, variërend van de radiogolven om onze draagbare transistor om Radio 2 te ontvangen tot

kosmische achtergrondruis. Er is een belangrijk onderscheid te maken in de elektromagnetischestraling: de niet-ioniserende straling en de ioniserende straling.

Niet-ioniserende straling is elektromagnetisch straling waarvan de energie niet groot genoeg is ommaterie te ioniseren. In het elektromagnetisch spectrum hebben we het dan over frequenties lagerdan die van UV-straling (<1015 Hz).

Ioniserende straling komen we tegen in zowel industriële als medische toepassingen, de bekendstedaarvan is ongetwijfeld de röntgenstraling voor het maken van röntgenfoto’s in het ziekenhuis. Wezullen in dit artikel niet nader ingaan op de ioniserende straling maar ons beperken tot de niet-ioniserende straling in het frequentiegebied van de GSM.

Mobiele telecommunicatie maakt gebruik van het frequentiegebied van 900 MHz (GSM) en 1800

MHz (DCS, het nieuwe systeem). Ten behoeve van de eenvoud zal in algemene zin wordengesproken over GSM waarbij ook DCS wordt bedoeld. Het eerste mobiele net (NMT) wordt eind1999 buiten bedrijf gesteld en wordt daarom ook niet in de beschouwing meegenomen.

Zoals het begrip al aangeeft bestaat elektromagnetische straling uit een elektrische en eenmagnetische component. De elektrische veldsterkte (E) wordt uitgedrukt in [V/m], de magnetischeveldsterkte (H) wordt uitgedrukt in [A/m] of ook wel als de magnetische fluxdichtheid (B) met alseenheid Tesla [T].

Gezondheidskundige aspecten van niet-ioniserende straling

De toepassing van niet-ioniserende straling is niet geheel zonder risico voor de gezondheid vanmens en dier. De mate waarin schadelijke effecten optreden is afhankelijk van zowel de frequentieals de intensiteit van de uitgezonden straling.



Effecten kunnen worden onderverdeeld in drie groepen:

- Niet thermische effecten

- Thermische effecten

- Indirecte effecten

Niet thermische effecten

Bij lage frequenties (voornamelijk < 100 kHz) komen zogenaamde inductieverschijnselen voor. Inhet lichaam worden als gevolg van blootstelling aan een extern EM-veld kleine stroompjesgeïnduceerd. Deze stroompjes kunnen biologische systemen in het lichaam beïnvloeden.Afhankelijk van de sterkte en de duur van de stroomdichtheid kan spierverkramping enspierschade ontstaan.

Thermische effecten

Met toenemende frequentie van de elektromagnetische straling vindt een geleidelijke verschuivingplaats van de inductie van elektrische stromen naar de afgifte van energie. In het frequentiegebiedvan 100 kHz tot 10 MHz dient zowel het inductie effect als het warmte-effect te wordenbeschouwd. Boven de 10 MHz is eigenlijk alleen het warmte-effect relevant. Hierbij treedtopwarming van het gehele lichaam plaats voor zover blootgesteld. Normen worden gebaseerd ophet voorkomen van ongewenste thermische effecten. Als basis voor alle normen wordt dezogenaamde SAR (Specific Absorption Rate) – het geabsorbeerde vermogen per massa-eenheidvan weefsel uitgedrukt in watt per kilogram [W/kg] - gebruikt.

Helaas blijkt het in de praktijk nagenoeg onmogelijk om de SAR in een menselijk lichaam te meten.Daarom zijn alle normwaarden voor de sterkte van elektrische en magnetische velden viacomputermodellen afgeleid van deze SAR norm. Hiermee zal ook in het vervolg van dit artikelrekening worden gehouden.

Bij zeer hoge frequenties (>10 GHz) vindt energieopname in toenemende mate plaats aan deoppervlakte van het lichaam. Hierbij wordt dan alleen de huid nog opgewarmd en treden er geenlichaamseffecten meer op.

Over het algemeen kunnen mensen dit warmte-effect goed verdragen, het lichaam heeft immersvaker te maken met temperatuurstijging, denk maar eens aan intensief sporten. Er zijn echterenkele organen die een plaatselijke temperatuurstijging niet goed kunnen verwerken omdat deaangevoerde warmte niet of slecht kan worden afgevoerd. Het gaat hierbij om de ogen en detestes. Bij blootstelling aan hoge energieniveaus kan in het oog cataract optreden: gedeeltelijkstollen van eiwitten in het oog, of kunnen mannelijke zaadcellen worden gedood.

Indirecte effecten

Hierbij kan worden gedacht aan het feit dat metalen delen als antenne kunnen gaan werken.Daardoor bestaat er gevaar bij aanraking door personeel waarbij brandwonden kunnen ontstaan ofschokeffecten kunnen optreden.

Ook ten aanzien van ingebrachte voorwerpen zoals pacemakers of metalen prothesen (bijvoorbeeldpennen die worden ingebracht om het genezen van bepaalde gecompliceerde botbreuken teondersteunen) kunnen klachten ontstaan. Of en zo ja in welke mate deze klachten zullen optredenis vaak van geval tot geval verschillend.

Daarnaast kunnen ook subjectieve klachten zoals hoofdpijn of vermoeidheid voorkomen waarvanhet echter moeilijk is een directe relatie met blootstelling aan hoge energieniveaus vast te stellen.

Er is ook onderzoek gedaan naar effecten die niet met warmte te maken hebben zoals naarerfelijke veranderingen of misvormingen (geboorteafwijkingen), naar kankervorming, naar effecten



op bloedcellen en op het centrale zenuwstelsel. In het algemeen blijken effecten die niet doorwarmte afgifte zijn opgeroepen, niet herhaalbaar aantoonbaar. Dit laatste is voor velen reden ombij gezondheidseffecten bij blootstelling aan elektromagnetische straling in het GSM-spectrumalleen uit te gaan van de warmte-effecten.

Normen

Er zijn intussen al door diverse instanties onderzoeken gedaan naar normen die moeten geldenvoor blootstelling aan elektromagnetische straling. Zo zijn er normen van de ICNIRP/IRPA - vallendonder de WHO, ANSI - van oorsprong uit de US, STANAG - vallend onder NATO. In Nederland heeftde Gezondheidsraad een publicatie geschreven Radiofrequente elektromagnetische velden (300Hz-300GHz), rapport nr 1997/01 waarin op basis van onderzoeken en eerdere publicaties van degenoemde instanties normwaarden zijn vastgelegd. Deze normen worden in Nederland alsalgemeen geldend en conform de stand van de techniek aangehouden. Ook in deze publicatiewordt aan de hand van het rapport van de Gezondheidsraad verder gewerkt. We beperken ons dantot het gebruik van de elektrische veldsterkte omdat er nagenoeg geen gegevens bekend zijn bijGSM-zendantennes over de magnetische veldsterkte.

De normwaarden zijn berekend op een blootstelling gedurende 8 uur per dag, 7 dagen in de week.In de literatuur is soms sprake van een tijdseffect (de 6 minuten grens). Hierbij wordt gezegd datvoor kortdurende blootstelling de waarden hoger mogen zijn dan de normwaarden uit de tabel,

mits het gemiddelde over een periode van 6 minuten maar niet boven deze normwaarde uitkomt.In de praktijk leidt dit tot een onwerkbare situatie, voor het uitvoeren van werkzaamheden is 6minuten in het algemeen veel te kort.We houden daarom aan dat het tijdseffect niet in berekeningen en beschouwingen wordtmeegenomen.

In het algemeen wordt onderscheid gemaakt tussen blootstellingslimieten voor mensen dieberoepsmatig aan EM straling worden blootgesteld en passanten. Grofweg is de limiet voorberoepsmatige werkers twee maal zo hoog.In het rapport van de Gezondheidsraad is sprake van een limiet van 49,13 V/m bij 900 MHz en80,92 V/m bij 1800 MHz voor het algemene publiek.

Argumentatie voor het verschil tussen beroepsmatige blootstelling en de algemene bevolking is dat

mensen die beroepsmatig worden blootgesteld beter op de hoogte zijn van de risico’s en ook beterin staat zijn om zichzelf te beschermen. Ik vind deze stelling niet sterk - het menselijk lichaam en



de daarbij behorende eigenschappen zijn voor beide groepen gelijk - en ik wil er dan ook voorpleiten om de blootstellingslimieten voor de algemene bevolking in het vervolg aan te houden. Bijhet berekenen van veilige gebieden in een volgende paragraaf zal worden uitgegaan van delimieten voor de algemene bevolking.

GSM zendantennes

Het land wordt langzaam volgebouwd. Iedereen kan ze nagenoeg vanuit elk kantoor wel zien:masten met antennes ten behoeve van de mobiele telefonie, de GSM-zendmasten. Soms zie je eenmast met drie 'dozen', soms één met wel tien. Steeds vaker worden zendmasten geplaatst opgebouwen, vooral in stedelijke gebieden.

foto 1

foto 2



Op de foto’s zijn enkele veel voorkomende vormen van zendantennes afgebeeld. De langwerpige'doos' is in werkelijkheid een samengestelde antenne van over het algemeen 10 dipolen. De rondeantenne onder op de mast op foto 2 is een speciale antenne die wordt gebruikt voor hetonderhouden van een straalverbinding met een ander basisstation. Met deze antenne moet in hetbijzonder rekening worden gehouden als het gaat om het vaststellen van veilige afstanden.

Over het algemeen worden tegenwoordig zogenaamde sectorantennes gebruikt. Deze zenden ineen bepaalde hoek in het horizontale vlak uit. Met drie of vier antennes op één mast wordt zo eentotaal veld van 3600 bestreken. Antennes zenden niet al hun vermogen naar alle kanten opdezelfde wijze uit. Het stralingspatroon van een zendantenne is te vergelijken met een pannenkoekdie zich in het horizontale vlak bevindt. In figuur 1 zijn antennestralingsdiagrammen weergegeven.Wat opvalt is dat de antenne blijkbaar zo is gebouwd dat het merendeel van de energie aan devoorzijde wordt uitgestraald en dat er aan de achterkant en aan de zijkanten een nagenoegverwaarloosbare hoeveelheid energie wordt uitgezonden (een voor-achter verhouding van meerdan een factor 100). Om deze reden is het ook veilig aan de achterzijde van een antenne. Ook aande onderzijde van de antenne is de uitgestraalde energie te verwaarlozen.

figuur 1

Berekening van veldsterkten

Hierboven is reeds uitgebreid ingegaan op normen. Hoe stel je nu vast hoe hoog het uitgezondenvermogen is en of dit dan ook schadelijk is.

In het meest eenvoudige geval zendt een antenne zijn vermogen P [W/m2] in gelijke mate naar

alle richtingen uit. We spreken dan van een puntbron. We hebben echter hierboven al gezien dathet stralingsdiagram van een antenne geen mooie cirkel is maar dat de antenne in eenvoorkeursrichting meer energie uitzendt dan in andere richtingen. De mate waarin in deze richtingmeer energie wordt uitgezonden wordt de versterkingsfactor ofwel Gain van een antennegenoemd.

Om een veilige afstand tot een antenne te kunnen berekenen zijn twee gegevens van groot belang:

1. De veldsterkte2. Het antennediagram

De veldsterkte (E) wordt berekend aan de hand van het uitgezonden vermogen (P), de gain (G)van de antenne en enkele constanten die de voortplanting in de atmosfeer weergeven.

Pd = (P*G)/4p r2 [W/m2]



E2 = Pd * 120p [V/m] {120p is de impedantie van het vrije veld}

Het bleek bij navraag bij enkele operators van mobiele telefonie netten zeer moeilijk te zijn omopgave te krijgen van de vermogens en versterkingsfactoren van de zendantennes. Uiteindelijkbleek dat het maximaal effectief uitgestraalde vermogen, de zogenaamde ERP ( effective radiatedpower = vermogen (P) maal versterkingsfactor (G)) ongeveer 27 Watt ERP per kanaal is. Gaan we

uit van 10 kanalen per antenne dan komen we op een uitgezonden vermogen van 270 Watt ERP.

Bij de vervolgberekeningen is met deze waarde rekening gehouden. Ik houd mij aanbevolen voormeer accurate gegevens. Daarover aan het einde van dit artikel meer.

Als we nu op basis van de normen die door de Gezondheidsraad zijn gegeven voor de categorie Algemeen publiek een rekensom maken dan zien we dat een veilige afstand tot de zendantenne alsvolgt kan worden vastgesteld:

Emax = 53 * 0,90,72 = 49,13 V/m (bij 900 MHz) Þ Pd, max = 6,40 W/m2

r = Ö {(P*G)/4p Pd} Þ r = Ö {270/80,42} = 1,83 m

Dit betekent dus dat op een afstand van meer dan 1,83 meter bij de gegeven zendvermogens delimieten niet worden overschreden.

Als we dezelfde berekening uitvoeren voor het nieuwe DCS netwerk (1800 MHZ) dan komen we opeen minimale afstand van 1,11 meter.

Deze afstanden zijn bepaald in het midden van de bundel. Zoals te zien is aan destralingsdiagrammen, is buiten de bundel nagenoeg geen blootstelling te verwachten.

Nog even aandacht voor de paraboolantenne - de kleine ronde antenne voor het onderhouden vaneen straalverbinding - die soms op een zendmast is aangebracht. Deze straalverbindingen wordenonderhouden in een ander frequentiegebied dan de reguliere GSM-verbinding. Een typische

frequentie voor het onderhouden van straalverbindingen kan zijn 3 GHz. Uit de tabel 1 blijkt danook een andere norm.

Een bijzonder aspect van een paraboolantenne is - naast het werken in een ander frequentiegebied- dat de versterkingsfactor voor zo’n antenne vaak veel groter is dan die voor de dipolen in de'dozen' (bijvoorbeeld 316 maal voor de parabool ten opzichte van 10 maal voor de dipool). Ditbetekent dan ook dat de veilige afstand die bij een paraboolantenne in acht moet worden genomengroter is dan voor een GSM-zendantenne.

Het antennediagram voor een paraboolantenne is ook anders dan voor een dipool. De bundel wordtnog sterker gericht en men kan er van uitgaan dat alleen in een rechte lijn voor de antenne energiewordt uitgezonden.

Als we hier een rekenvoorbeeld uitwerken voor een paraboolantenne met een vermogen van 6 Wvoor de zender, een Gain van 316 maal voor de antenne en een zendfrequentie van 3 GHz dankomen we met behulp van de bovenstaande formules op een veilige afstand van 5,6 meter.

Dat betekent dus dat je niet zomaar mag uitgaan van een veilig gebied van ongeveer 2 meterrondom de zendmast, maar dat je heel goed rekening moet houden met die kant van de zendmastwaarheen de paraboolantenne staat gericht.

Discussie

Op zich weten we al best wel veel over gezondheidseffecten van elektromagnetische straling, maarover effecten op lange termijn bij langdurige blootstelling zijn nog weinig goed onderbouwdegegevens voorhanden, simpelweg omdat we ons pas enkele tientallen jaren rekenschap geven vanmogelijke negatieve effecten van elektromagnetische straling op de gezondheid.



De laatste tijd zijn er steeds meer signalen dat blootstelling aan EM-straling kan leiden tot (vormenvan) kanker. Via de FNV-website (www.xs4all.nl/~jan99) krijgt men toegang tot diverse websiteswaarin over dit soort resultaten van onderzoek wordt gesproken. In Nederland is de algemeneteneur nog dat er geen onomstotelijk en wetenschappelijk bewijs is en dat daarom deze risico’sniet worden meegenomen.

Daarnaast is het de vraag of we er zonder meer vanuit mogen gaan dat bij frequenties boven de10MHz het inductie-effect geen rol meer speelt, dit vooral gezien effecten op metalen implantatendie steeds vaker worden gebruikt.

Voor veiligheidskundigen moet deze onduidelijke discussie ertoe leiden dat zij zeer voorzichtigomgaan met het doen van uitspraken over schadelijke effecten en dat vermijden van blootstellingvoorop dient te staan.

Ik wil er dan hierbij ook voor pleiten dat providers van mobiele netwerken zo open mogelijk,duidelijke gegevens verstrekken over de zendantennes die zij exploiteren. Hierbij gaat het om deuitgestraalde (maximale) vermogens en de antennestralingsdiagrammen zodat we zo goedmogelijk in staat zijn om - op basis van de huidige normen - veilige gebieden uit te rekenen.

Werkgevers moeten het zekere voor het onzekere nemen als zij hun medewerkers in de buurt vanzendantennes werkzaamheden willen laten verrichten. In ieder geval moeten onveilige zonesworden gemarkeerd, zo mogelijk moeten bij werkzaamheden zendantennes worden uitgeschakeld.Alleen op die manier weten we zeker dat geen blootstelling zal optreden.

Ik houd mij aanbevolen voor een voortzetting van discussie over dit onderwerp. Wellicht dat wijgezamenlijk komen tot goede beheersing van de risico’s en daarbij tot goede voorlichting over hetwerken met en in de buurt van GSM-zendantennes of andere bronnen voor niet-ioniserendestraling.

LiteratuurRadiofrequente Elektromagnetische velden (300Hz-300GHz), Gezondheidsraad rapport 1997/01Veilig werken met niet-ioniserende straling en velden, Uitgave ministerie SZW, brochure B233 november 1997

Informatie over antenne-installaties voor mobiele telecommunicatie, Gezondheidsraad brochure B164, augustus1999Praktijkgids Arbeidsveiligheid 1998, Samsom 1998.H.A. Klok, Stralingsgevaar en –regelgeving bij de Koninklijke Marine, in Marineblad oktober 1998 p. 294-302.F.R. Connor, Antennas, Edward Arnold (Publishers) Ltd, London 1972

(c) 1999, NVVKAlle rechten voorbehouden. Niets van deze tekst mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in eengeautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch,mechanisch, of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Niet-ioniserende elektromagnetische straling bij GSM-zendantennes

Documents

Transcript of Niet-ioniserende elektromagnetische straling bij GSM-zendantennes