Chương 1 sẽ trình bày khái quát các vấn đề chính về sóng điện từ, các khái niệm cơ bản về phơi nhiễm và mối liên hệ giữa sóng điện từ phát ra từ các thiết bị điện tử con người sử dụng hàng ngày ảnh hưởng tới sức khỏe như thế nào. Đồng thời tổng hợp, hệ thống lại các văn bản quy phạm pháp luật, các tiêu chuẩn, quy chuẩn của bài toán đo kiểm phơi nhiễm tại Việt Nam. Sóng điện từ 1. Tổng quan Trường điện từ hay điện từ trường (electro magnetic field -EMFs) là một dạng vật chất đặc trưng cho sự tương tác giữa các hạt mang điện.
EMFs biến thiên truyền đi trong không gian tạo thành sóng điện từ. Năng lượng điện từ có thể chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác như nhiệt, điện, …[3]. Sóng điện từ gồm điện trường và từ trường, có quan hệ mật thiết với nhau, được ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật viễn thông với tên gọi thông thường là sóng radio/ sóng vô tuyến (radio waves). Một số loại sóng điện từ như: sóng ánh sáng, tia cực tím, sóng radio, tia Gama,…đều có điểm chung giống nhau ở chỗ bức xạ và lan truyền dưới dạng sóng nhưng khác nhau ở tần số dao động, bước sóng, tính chất truyền lan.
Sóng điện từ được mô tả bằng hệ phương trình Maxwell, viết ở nhiều dạng khác nhau. Giả sử ta xét một sóng phẳng lan truyền trong môi trường điện môi đồng nhất và đẳng hướng có các tham số là hệ số từ thẩm µ và hệ số điện môi ε. Khi không có dòng điện và điện tích ngoài thì hệ phương trình Maxwell được viết dưới dạng vi phân như sau: Ex H y (1.1) t z { Ex H y t t Nghiệm của hệ phương trình này cho ta dạng của các thành phần điện trường và từ trường là một hàm bất kỳ.3) v v Trong đó: F1 , F2 , G1 , G2 là các hàm sóng tùy ý z 1 v (m/s) là vận tốc pha của sóng t F1 F Từ (1.3) G1 và G2 2 với z ( ) là trở kháng của sóng z z môi trường. Trong trường hợp môi trường truyền sóng là chân không thì các tham số của môi trường có giá trị lần lượt là: 0 10 36 (F/m); 0 4 .5) Thực tế thì sóng điện từ thường biến đổi điều hòa theo thời gian.
Đối với các sóng điện từ phức tạp ta có thể coi nó là tổng vô số các dao động điều hòa, có thể biểu thị qua phép phân tích Fourier. Khi giả thiết chỉ có sóng thuận, tức là sóng truyền từ nguồn theo phương trục z và môi trường không có sóng nghịch thì các thành phần điện trường và từ trường được biểu diễn như sau: z Ex Em cos (t ) Em cos (t kz ) (1.7) z v z Trong đó: k v 2 là hệ số pha hay hằng số sóng. 5 Sóng điện từ có mật độ công suất (thông năng lượng), được biểu thị bởi vecto năng lượng k [ ExH ]. Như vậy sóng điện từ có các vecto E và H nằm trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng k.
Bởi vậy sóng điện từ truyền đi trong môi trường đồng nhất đẳng hướng là sóng điện từ ngang TEM [4].1: Sự lan truyền sóng điện từ 1. Một số đặc điểm của sóng điện từ Trường điện từ của sóng vô tuyến điện khi lan truyền trong một môi trường (khí quyển) dao động theo một hướng nhất định. Phân cực là hướng dao động của điện trường. Việc sử dụng các phân cực khác nhau của sóng điện từ còn có một ý nghĩa rất lớn trong việc sử dụng hiệu quả tần số trong thông tin vô tuyến.
Trường tại vùng xa của anten có dạng sóng phẳng TEM và được xác định bằng vecto k [ ExH ]. Điều này có nghĩa là các vecto E và H nằm trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng k. Phương của đường do đầu mút của vecto trường điện vẽ lên sẽ xác định các phân cực của sóng. Trường điện và trường từ là các hàm thay đổi theo thời gian.
Trường từ thay đổi đồng pha với trường điện và biên độ của nó tỷ lệ với biên độ của trường điện, vì thế ta chỉ cần xét trường điện. 6 Sóng vô tuyến được hiểu là một dạng bức xạ điện từ trong đó bước sóng khá dài và được đo là dài hơn bước sóng cùa sóng hồng ngoại. Sóng điện từ được ứng dụng khá nhiều trong cuộc sống. Các đặc điểm của sóng vô tuyến: - Khoảng cách sóng vô tuyến đi được trong 1 giây ở chân không là 299.458 mét, đây là bước sóng của tín hiệu vô tuyến 1 Hertz.
Một tín hiệu vô tuyến 1 Megahertz có bước sóng là 299 mét. - Sóng vô tuyến đập vào vật thể dẫn điện có kích thước bất kỳ, nó sẽ đi chậm lại phụ thuộc vào độ từ thẩm và hằng số điện môi. Hai thành phần điện trường và từ trường của sóng vô tuyến luôn dao động đồng pha với nhau. - Sóng vô tuyến là các sóng điện từ có bước sóng vài mét đến vài km được áp dụng trong thực tế rất nhiều.2: Hướng lan truyền của sóng vô tuyến Sóng vô tuyến được sử dụng trong rất nhiều các sản phẩm cuộc sống, cụ thể: - Liên lạc vô tuyến: Sóng vô tuyến được áp dụng vào việc liên lạc trao đổi thông tin.
Muốn thu được tín hiệu vô tuyến cần có một dụng cụ thu sóng gọi là anten. 7 Anten sẽ nhận được rất nhiều loại sóng vô tuyến nên phải đi kèm thêm 1 bộ dò sóng để cộng hưởng với một tần số cụ thể cố định. - Ứng dụng trong Y tế: Năng lượng tần số vô tuyến (RF) đã được dùng trong điều trị y tế hơn 75 năm qua nói chung từ các ca phẫu thuật xâm lấn tối thiểu và đông máu, bao gồm cả điều trị ngưng thở khi ngủ chụp cộng hưởng từ (MRI) dùng tần số vô tuyến để tạo ra hình ảnh về cơ thể con người. - Công nghệ nhận dạng: Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến (RFID) sẽ được thực hiện nhằm giám sát và quản lý sách, tạp chí và tài liệu điện tử một cách đơn giản và hiệu quả.
Hệ thống RFID sử dụng các thiết bị phát mã RFID dạng nhỏ có gắn chip (gắn thẻ anten điện tử) dính vào từng cuốn sách hay tài liệu hoặc thậm chí được ẩn bên trong trong suốt quá trình sản xuất. Điều này sẽ giúp cho việc quản lý sách trở nên đơn giản thuận tiện hơn rất nhiều. - Tia tử ngoại: Tia tử ngoại mạnh hơn tia hồng ngoại nên được sử dụng để diệt tế bào ung thư (dùng trong xạ trị) và sát trùng, diệt khuẩn. - Tia Gamma: Dùng trong phẫu thuật các khối u hoặc các khối dị dạng động mạch, tĩnh mạch chỉ với một lần.
Kính viễn vọng tia gamma dùng quan sát các vụ nổ vũ trụ hoặc hố đen.1: Các băng sóng Tên băng tần Ký hiệu Tần số Tần số vô cùng thấp ULF 30-300 Hz Tần số cực thấp ELF 300-3000 Hz Tần số rất thấp VLF 3-30 kHz Tần số thấp (sóng dài) LF 30-300 kHz Tần số trung bình (sóng trung) MF 300-3000 kHz Tần số cao (sóng ngắn) HF 3-30 MHz Tần số rất cao (sóng mét) VHF 30-300 MHz Tần số cực cao (sóng decimet) UHF 300-3000 MHz 8 Tần số siêu cao (sóng centimet) SHF 3-30 GHz Tần số vô cùng (sóng milimet) EHF 30-300 GHz Dưới milimet 300-3000 GHz 1. Mối quan hệ giữa sóng điện từ và sức khỏe con người Sóng điện từ trường tồn tại xung quanh chúng ta có thể tồn tại trong tự nhiên và nhân tạo. Trường điện từ tự nhiên được sản sinh qua các hiện tượng của tự nhiên như: các quá trình khí quyển – sấm sét, điện trường tự nhiên của Trái Đất. Điện từ trường nhân tạo đến từ nhiều nguồn khác nhau như sự hoạt động của máy móc công nghiệp, thiết bị điện, trạm phát thanh truyền hình, trạm BTS.Tác hại của sóng điện từ có thể gây ra nhiều vấn đề lớn đối với sức khỏe, làm tổn thương tới hệ thần kinh, nội tiết tố, thậm chí là nguy cơ ung thư.
Tác động của sóng điện từ lên cơ thể con người có thể chia thành tác động kích thích (tần số thấp) và tác động nhiệt (tần số cao): - Tần số thấp (dưới 100kHz): gây ra tác động kích thích đối với thần kinh và cơ - Tần số cao (từ 100kHz trở lên): năng lượng điện từ được hấp thụ vào cơ thể con người và gây ra các tác động nhiệt. Tác động đầu tiên của năng lượng điện từ lên cơ thể con người là tác động nhiệt. Máu được coi là một chất điện phân, dưới tác động của trường điện từ, trong máu sinh ra các dòng ion, làm nóng các mô và tế bào. Sự đốt nóng này đặc biệt nguy hiểm đối với các cơ quan có hệ thống mao mạch kèm với sự lưu thông máu ít như: mắt, não, dạ dày…đặc biệt nhạy cảm đối với hiệu ứng nhiệt là thủy tinh thể của mắt, túi mật, bọng đái và một số cơ quan khác.
Cùng với tác động nhiệt, điện từ trường còn gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh và não: rối loạn chức năng của hệ thống thần kinh trung ương, biểu hiện dễ nhận thấy là sự mệt mỏi, đau đầu, kém hưng phấn và hay cáu gắt, … Điện từ trường còn gây rối loạn chức năng của hệ thống tim mạch và hệ thống trao đổi chất. Sự tác động lâu dài của điện từ trường gây ra hiện tượng đau thắt ở vùng tim. Bức xạ sóng điện từ còn gây ra sự thay đổi về huyết áp. Ngoài ra, những tác hại của sóng điện từ ảnh hưởng đến cơ thể có thể bao gồm: 9 - Hệ thống thần kinh và não: gây ảnh hưởng thần kinh như rối loạn giấc ngủ, mất ngủ, mệt mỏi, đau đầu, triệu chứng trầm cảm, thiếu tập trung, rối loạn chức năng nhận thức, chóng mặt, bồn chồn… - Hệ thống nội tiết tố: Khi tiếp xúc với sóng điện từ kéo dài, nồng độ hormone steroid, hormone thần kinh và nồng độ insulin bị suy giảm.
- Stress oxy hóa và tổn thương do gốc tự do: Điều này là một trong những nguyên nhân chính gây ra tổn thương do tất cả các bệnh mãn tính. - Tấn công DNA tế bào: Điều này liên quan đến nguyên nhân ung thư và tạo ra những thay đổi đột biến ở người. - Chết rụng tế bào (Apoptosis): Điều này có thể gây ra cả bệnh thoái hóa thần kinh và vô sinh.
