Elektromagnetische Felder sind aus unserem
heutigen modernen Leben nicht mehr herauszudenken. Allein zur
Versorgung mit Rundfunk- und Fernsehprogrammen werden in der
Bundesrepublik Deutschland ca. 1000 Grundnetzsender mit
Leistungen zwischen 100 und 1000 kW benötigt. Darüber hinaus
gibt es ca. 10.000 lokale Füllsender mit Leistungen bis zu
einigen 100 Watt. In diesem Zusammenhang nicht vergessen
werden sollten Betriebsfunkstellen (Polizei, Feuerwehr,
Rettungsdienste), ca. 10.000 Richtfunksender mit Leistungen
bis zu mehreren 100 Watt, hochfrequente Anlagen in der
Industrie (Trocknungs- und Schweißanlagen), in der Medizin
(Diathermiegeräte), im Haushalt (Mikrowellenherde etc.) sowie
Militär- und Flugsicherungsanlagen.
Man unterscheidet ionisierende
(Röntgenstrahlung, ultraviolettes Licht und Kernstrahlung)
von nichtionisierender Strahlung (sichtbares Licht,
Infrarotstrahlung, Mikrowellenstrahlung und sonstige
elektromagnetische Felder).
Wo entstehen elektromagnetische Felder im täglichen Leben
(Beispiele)?
- Bildsichtgeräte
- U-Bahn- und Strassenbahnen (Gleichstrom)
- Gleisanlagen (Gleich- bzw. Wechselstrom mit 16 2/3 Hz bzw.
50 Hz)
- Sendeanlagen: 145 kHz – 110 MHz (LF, MF, HF, VHF), 144 MHz – 854 MHz
(VHF, UHF, Fernsehen)
elektrische Feldstärke in 30 m Entfernung
eines 75-kW-Sendemasten einer MF-Station wurde
mit etwa 275 V/m gemessen.
- Mobilfunk: analoge Zellularsysteme (150, 200, 450, 900
MHz) digitale Systeme (900 MHz GSM) DGS–1800–System (1800 MHz)
Belastung durch Felder von Handfunktelefonen
normalerweise auf kleinere Körperbezirke
beschränkt (Kopf und Hand)
Mobilfunkbasisstationen: normalerweise auf
freistehenden Masten oder Gebäudedächern
montiert.
Geradläufige Dipolreihen mit
sehr geringer vertikaler Strahlbreite
(Abwärtsneigung der Antennen unter 10°, so
dass die Exposition der Bevölkerung durch die
Hauptstrahlung bei Entfernungen von weniger als
etwa 60 m in der Regel nicht möglich ist und
die Expositionswerte in den meisten Fällen sehr
gering sind).
- Radar: 500 MHz bis etwa 15 GHz, mitunter auch bis 100
GHz.
Gepulste elektromagnetische Felder mit
Querschnittsleistungen mehrere Größenordnungen unter den
Maxima (im Meterbereich des Drehkreises meist mittlere
Leistungsdichte der Hochleistungssysteme von unter 10 W/m2).
Bei den im täglichen Leben entstehenden
elektromagnetischen Feldern unterscheiden wir statische,
nieder- und hochfrequente Felder:
Frequenzbereich |
Anwendungen (privater, medizinischer, gewerblicher
Art) |
Statische Felder (0 Hz) |
- Magnetfeld der Erde
- Permanentmagnete (wie z.B. der Hufeisenmagnet)
- Magnetresonanztomographie (Medizin)
- Elektrolyse
|
Niederfrequente Felder (bis 30 kHz) |
- Energieversorgung (50 Hz)
- Therapeutische Anwendung in der Medizin
- Elektrische Geräte mit Netzstromversorgung
|
Hochfrequente Felder (300 MHz – 300 GHz) |
- Induktionsverfahren (Erwärmen, Schweissen,
Härten)
- Rundfunk
- Medizinische Anwendungen
- Mobilfunk
- Mikrowellengeräte
- Radar
- Navigation
|
Akute Wirkung durch eine Exposition gegenüber
elektromagnetischen Feldern (EMF) sind recht gut dokumentiert,
langfristige gesundheitliche Wirkungen (Krebs?) wurden bereits
in verschiedenen Studien untersucht und veröffentlicht.
In Ihrer Ausbreitung unterscheiden sich niederfrequente und
hochfrequente Felder: während niederfrequente Felder an ihre
Quelle gebunden bleiben, lösen sich hochfrequente Felder vom
Ort ihrer Entstehung und breiten sich als elektromagnetische
Strahlung im Raum aus (z.B. Radio- und Fernsehübertragung).
Wirkungsmechanismen
Elektrische Felder entstehen immer durch
Trennung positiver und negativer Ladungen, durch die eine
sogenannte Potentialdiffenz aufgebaut wird. Die
Potentialdifferenz entspricht der elektrischen Spannung.
Wird zwischen die positiven und negativen
Ladungen ein Körper gebracht, wirkt auf diesen eine Kraft
ein, die sogenannte elektrische Feldstärke E [V/m]. Das
elektrische Feld ist umso stärker, je höher die Spannung (V)
ist und je näher sich ein Körper an dieser Spannung befindet
(m).
Bei Bewegen der positiven und negativen
Ladungen – d. h. beim Fliessen des elektrischen Stromes –
entsteht zusätzlich ein magnetisches Feld, das als magnetische
Feldstärke H [A/m] definiert wird und ein Mass für die
Stärke der magnetischen Kraftwirkung darstellt. Zur
Beschreibung von Magnetfeldern kann auch die magnetische
Flussdichte B [T] verwendet werden. Zwischen magnetischer
Feldstärke H und magnetischer Flussdichte B besteht ein
Zusammenhang: Über den Vervielfachungsfaktor
"Permeabilitätszahl" stehen beide Grössen im
Verhältnis zueinander. Die Permeabilitätszahl µr
beträgt für biologisches Gewebe 1, so dass sich in
Verbindung mit µ0 ein Wert der magnetischen
Flussdichte von 1,257 µT bei einer magnetischen Feldstärke
von 1A/m ergibt.
Zwischen dem menschlichen Körper und den
elektromagnetischen Feldern kommt es zu Kopplungsmechanismen,
die bei Kopplung
- an elektrische statische oder niederfrequente EMF zu
wahrnehmbaren Oberflächenentladungen führen
(elektrischer "Funkenschlag", z. B. beim
Aussteigen aus dem Auto).
- an statische Magnetfelder elektrischen Strom und
elektrische Spannungen in Blutgefässen induzieren
(magnetische Induktion)
- an niederfrequente elektrische Felder zu einem
elektrischen Strom, zur Polarisierung gebundener Ladung
(Bildung elektrischer Dipole) und zur Umorientierung
bereits im Gewebe vorhandener elektrischer Dipole führen
- elektromagnetischer Felder an vom Menschen getragenen
medizinischen Geräten zu der Funktionsbeeinträchtigung
führen können.
- durch Energieabsorption bei EMF mit Frequenzen über
etwa 100 KHz zu einer nicht unerheblichen Aufwärmung
führen.
Zum Auslösen biologischer Wirkungen
müssen in der Regel gewisse Schwellenwerte überschritten
werden.
Die Eindringtiefe der elektromagnetischen
Strahlung in wasserreiche Gewebearten (der Mensch besteht zu
ca. 70 bis 80% aus Wasser) ist stark frequenzabhängig. Einige
Beispiele mögen dies verdeutlichen:
Frequenz |
Eindringtiefe |
30 MHz |
etwa 10 cm |
1 GHz. |
etwa 1 cm |
<10 GHz |
einige mm oder kleiner
(Wirkung dieser hochfrequenten Mikrowellen vergleichbar
mit der von Infrarotstrahlung) |
- Wirkungen statischer Felder: derzeit keine schädlichen
Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit erkennbar.
Langfristige Exposition durch Magnetflußdichte von 200 mT
dürfte keine schädliche Folge für die Gesundheit haben.
- Wirkungen zeitvariabler Felder < 100 kHz :
|
|
- wurden u. a. funktionelle Änderungen im
Nervengewebe bei höheren Werten von induzierter
Stromdichte (10 – 100 mA/m2)
beobachtet.
|
|
- Auftreten visueller Phosphene (schwaches visuelles
Flimmern) bei 10 mA/m2 bis 1 kHz
|
|
- geringe Reduktion der Herzfrequenz während der
Einwirkung EMF
|
|
- derzeit kein überzeugender Beweis für
karzinogene/reproduktive Wirkungen
|
- Wirkungen von Feldern zwischen 100 kHz und 300 GHz
|
|
- Gepulste oder amplitudenmodulierte EMF
ausreichender Intensität: u. a.
Mikrowellen-Hör-Phänome (thermoakustische
Effekte).
|
|
- Schlag- und Verbrennungseffekte bei Berührung
metallischer Gegenstände im elektromagnetischen
Feld.
|
|
Schwellenwerte für Kontaktstrom (Frequenzbereich 100
kHz bis 110 MHz): |
|
|
|
Wahrnehmung
Schmerz
Schwere Verbrennung |
25 – 40 mA
30 – 55 mA
> 50 mA |
|
|
|
|
Aufgrund von Ladungsverschiebungen
auf zellulärer Ebene bilden sich Dipole. In
Abhängigkeit der Zelldurchmesser wurde daher ein
Schwellenwert von 10 V/m für die elektrische
Feldstärke im Gewebe festgelegt.
Weiter beschrieben wurden
Spannungsdifferenzen an Zellmembranen (bei einer
Gewebefeldstärke von 100 V/m können über der
Zellmembran Potentialdifferenzen in der Größenordnung
von einigen mV entstehen, die sich dem normalen
Potential der Zelle von 20 bis 60 mV überlagern). Bei
Frequenzen oberhalb von 1 bis 10 MHz wird die
Zellmembran aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften
kapazitiv überbrückt, die felderzeugten
Potenialdifferenzen sind oberhalb von etwa 100 MHz
vernachlässigbar klein. |
|
- Erhöhung der Körpertemperatur um weniger als
1°C bei einer Ganzkörper-Absorptionsrate (SAR) von
1 bis 4 W/kg; über 4 W/kg schädliche
Gewebeerwärmung möglich.
Daher berufliche Expositionsbeschränkung von 0,4
W/kg.
|
|
Die Absorption im ganzen Körper oder in einzelnen
Körperteilen ist stark frequenzabhängig und umfaßt
drei typische Bereiche:
- einen Resonanzbereich (Maximum der
Energieabsorption, beim Erwachsenen etwa 70 bis 100
MHz)
- stark frequenzabhängiger Bereich für Frequenzen
unterhalb des Resonanzbereiches
- wenig frequenzabhängiger Bereich oberhalb des
Resonanzbereiches (mit zunehmenden Frequenzen erfolgt
jedoch eine Absorption immer mehr an der
Körperoberfläche)
- Beschrieben wurde die Aktivierung von
Thermoregulationsmechanismen, Beeinträchtigung des
Stoffwechsels oder des Nervensystems,
Verhaltensänderungen, aber auch degenerative
Wirkungen (z. B. grauer Star). Diese Wirkungen wurden
größtenteils an Tieren untersucht. Es ist davon
auszugehen, dass ähnliche Effekte auch am Menschen
auftreten können, wenn die Exposition (spezifische
Absorptionsrate) von vergleichbarer Größenordnung
ist. Die Erwärmung des Gewebes durch
Hochfrequenzstrahlung führte zu den derzeit gültigen
Grenzwertempfehlungen.
|
|
- "Hot spots" in den Frequenzbereichen von
300 MHz bis 2 GHz durch lokal überhöhte
Energieabsorptionen. Die Größe dieser "hot
spots" ist frequenzabhängig (einige cm bei 915
MHz bis 1 cm bei 3 GHz).
|
Rechtsvorschriften der Gemeinschaft für
Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz |
- Arbeit an Bildschirmgeräten 90/270/EWG
|
- Massnahmen zur Verbesserung der Gesundheit und
Sicherheit bei der Arbeit von schwangeren Frauen
92/85/EWG
|
Eine Mindestvorschrift zum Schutz von Sicherheit und
Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch
physikalische Einwirkungen wurde 1993 vorgelegt, ist
aber derzeit noch nicht verabschiedet. |
Rechtsvorschriften in Deutschland |
- Berufsgenossenschaftliche Verordnung B11 (BGV B11)
|
|
International werden von der IRPA
Empfehlungen für Grenzwertfestlegungen für die
Allgemeinbevölkerung ausgesprochen. Aus den folgenden
Tabellen können einige Leistungsdaten von Erzeugern
hochfrequenter EMF entnommen werden: |
Typische-Werte der Exposition durch hochfrequente
elektromagnetische Felder in Wohnungen und Umgebung
Quelle |
Frequenz |
Abstand |
Typische Werte für die Exposition |
Genzwerte (Allgemeinheit) |
Bemerkungen |
Mikrowellen-Kochgerät |
2,45 GHz |
0,3 m
0,5 m
1,0 m |
< 10 W/m2
< 5 W/m2
< 1 W/m2 |
DIN VDE: 10 W/m2
IRPA 88:10 W/m2 |
Worst Case angenommen, d. h.: 50
W/m2 in 5 cm Abstand ist erreicht |
Verkehrsradar |
9-35 GHZ |
3 m
10 m |
<250 mW/m2
< 10 mW/m2 |
DIN VDE: 10 W/m2
IRPA 88: 10 W/m2 |
Leistung
0,5-100 mW |
Diebstahl-Sicherungs-Systeme |
0,9 –10 GHz |
|
< 2mW/m2 |
DIN VDE: 5 – 10 W/m2 |
im Nutzstrahl |
CB-Funk, Walkie-Talkies |
27 MHz |
5 cm
12 cm |
bis 1000 V/m
bis 200 V/m |
DIN VDE:27,5 V/m
IRPA 88: 27,5 V/m |
Leistung wenige Watt |
Starke Rundfunk- u. Fernsehsender, UKW, VHF-TV |
88-108 MHz
54- 88 MHz
174-216 MHz |
~ 1,5 km
~ 1,5 km |
< 50 mW/m2
< 20 mW/m2 |
DIN VDE: 2 W/m2
IRPA 88: 2 W/m2 |
Leistung bis 100 kW
100-300 kW |
UHF-TV |
470-890 MHz |
~ 1,5 km |
< 5 m W/m2 |
DIN VDE: 2 – 4 W/m2
IRPA 88: 2 – 4 W/m2 |
bis 5 MW |
Kurzwelle |
6 –10 MHz |
220 m
50 m |
27,5 V/m
121 V/m |
DIN VDE: 27,5-45 V/m
IRPA 88: 27,5-36 V/m |
Leistung 750 KW |
Mittelwelle |
1,4 MHz |
300 m
50 m |
90 V/m
450 V/m |
DIN VDE: 200 V/m
IRPA 88: 73,5 V/m |
Leistung 1,8 MW |
HF-Belastung in
Ballungsgebieten |
Rundfunk- und Fernsehsender
|
|
100 - 400 mW/m2 |
DIN VDE: 2 – 4 W/m2
IRPA 88: 2 – 4 W/m2 |
An einigen Orten in Großstädten der
Bundesrepublik Deutschland (1985) |
Flugüberwachungs- und Militärradar
|
1 – 10 GHz |
0,1 – 1 km
> 1 km |
0,1–10 W/m2
< 0,5 W/m2 |
DIN VDE: 5 – 10 W/m2
IRPA 88: 5 – 10 W/m2 |
Leistung
0,2 – 20 kW |
Expositionen durch hochfrequente elektromagnetische Felder
bei medizinischen Anwendungen
Quelle |
Frequenz
[MHz] |
Abstand
[m] |
Exposition |
Grenzwerte
(berufliche
Exposition) |
Bemerkungen |
Kurzwellendiathermie |
27,12
27,12
27,12 |
0,2
1,0 |
Bis 1000 V/m
bis 140 V/m
100-1000 V/m |
DIN VDE: 61 V/m
IRPA 88: 61 V/m
entfällt |
Behandlungspersonal
Patient, unbehandelte Körperstellen |
Mikrowellen-Erwärmung |
433
2450
433 |
0,5
1
0,3 -3 |
25 W/m2
10 W/m2
6 – 100 W/m2
20-140 W/m2 |
DIN VDE: 11 W/m2
IRPA 88: 11 W/m2
DIN VDE: 50 W/m2
IRPA 88: 50 W/m2
(entfällt) |
Behandlungspersonal
Hyperthermiebehandlung von Patienten, unbehandelte
Körperstellen |
Magnetische Resonanz |
6 – 100 |
im Gerät |
bis 1 W/kg |
(entfällt) |
Patient, gemittelt über den ganzen Körper |
Typische Expositionswerte durch
elektromagnetische Felder, die an Arbeitsplätzen auftreten
können. Der Vergleich mit den Grenzwerten zeigt, dass in
vielen Fällen durch Messungen die Notwendigkeit von
Schutzmaßnahmen geprüft werden muss.
Quelle |
Frequenz
[MHz] |
Exposition |
Grenzwerte
(berufliche
Exposition). |
Bemerkungen |
Induktives Löten |
300 – 600 kHz |
Bis 1000 V/m |
DIN VDE: 1000-1500 V/m
IRPA 88: 614 V/m |
|
Dielektrische Erwärmung |
27,12 MHz |
Bis 1000 V/m |
DIN VDE: 61,4 V/m
IRPA 88: 61 V/m |
Leistungen bis 2000 kW |
Nachrichten-Übertragung |
UKW- und Fernsehsender
Sender-Generatoren |
2000 W/m2
bis 2000 W/m2
|
DIN VDE: 10 W/m2
IRPA 88: 10 W/m2 |
Unmittelbar an Antenne bzw. Generator |
![](Bilder/GWLFD-MW.gif)
![](Bilder/GWLFD-SW.gif)
Expositionsbereich 1: Bereich, der kontrollierte Bereiche
sowie Bereiche umfasst, in denen aufgrund der Betriebsweise
oder aufgrund der Aufenthaltsdauer sichergestellt ist, dass
eine Exposition oberhalb der zulässigen Werte von
Expositionsbereich 2 nur vorübergehend erfolgt.
Expositionsbereich 2: Bereich, der alle Bereiche eines
Unternehmens umfasst, sofern sie nicht dem Expositionsbereich
1, dem Bereich erhöhter Exposition oder dem Gefahrenbereich
(Expositionsbereich, Bereich erhöhter Exposition,
Gefahrberieich) zuzuordnen sind.
Bereich erhöhter Exposition: kontrollierter Bereich, in
dem die Werte des Expositionsbereiches 1 überschritten
werden.
Gefahrbereich: kontrollierter Bereich, in dem die Werte
für Bereiche erhöhter Exposition überschritten werden.
Die Einhaltung der abgeleiteten Werte gewährleistet nicht
zwangsläufig die Sicherheit von Trägern aktiver
elektronischer Körperhilfsmittel. |
Expositionsbereich 2 |
|
Frequenz f /MHz |
Elektr. Feldstärke Eeff [V/m] |
Magn. Feldstärke Heff [A/m] |
Mittelwert Leistungsflussdichte [W/m2] |
0,091 – 0,14 |
333,3 |
16,8 |
(-) |
0,14 – 0,826 |
333,3 |
2,35 / f |
(-) |
0,826 – 10 |
275 / f |
2,35 / f |
(-) |
10 – 30 |
27,5 |
2,35 / f |
(-) |
30 – 400 |
27,5 |
0,073 |
2 |
400 – 2000 |
1,375 *
√f |
3,64 *
√f
* 10-3 |
f/ 200 |
2000 – 300.000 |
61,5 |
0,163 |
10 |
Werte Expositionsbereich 2 bei
Expositionszeiten ³ 6 min |
|
Expositionsbereich 1 |
|
Frequenz f /MHz |
Elektr. Feldstärke Eeff [V/m] |
Magn. Feldstärke Heff [A/m] |
Mittelwert Leistungsflussdichte [W/m2] |
0,091 – 0,576 |
1066 |
4,9 / f |
(-) |
0,576 - 10 |
614 / f |
4,9 / f |
(-) |
10 – 30 |
61,4 |
4,9 / f |
(-) |
30 – 400 |
61,4 |
0,163 |
10 |
400 – 2000 |
3,07 *
√f |
8,14 *
√f
* 10-3 |
f / 40 |
2000 – 300.000 |
137,3 |
0,364 |
50 |
Werte Expositionsbereich 1 bei
Expositionszeiten ³ 6 min |
|
Bereich höherer Exposition |
|
Frequenz f /MHz |
Elektr. Feldstärke Eeff [V/m] |
Magn. Feldstärke Heff [A/m] |
Mittelwert Leistungsflussdichte [W/m2] |
1 - 10 |
2,26 * 106 / f2 |
143 / f2 |
(-) |
10 – 30 |
22,6 * 103 |
143 / f2 |
(-) |
30 – 400 |
22,6 * 103 |
0,16 |
60 |
400 – 2000 |
56,5 * f |
0,4 * 10-3 * f |
0,15 * f |
2000 – 300.000 |
113 * 103 |
0,8 |
300 |
Werte im Bereich höherer Exposition bei
Expositionszeiten < 6 min |
|
Bereich höherer Exposition |
|
Frequenz f /MHz |
Elektr. Feldstärke Eeff [V/m] |
Magn. Feldstärke Heff [A/m] |
Mittelwert Leistungsflussdichte [W/m2] |
0,091 – 0,1 |
2222 |
10 / f |
(-) |
0,1 – 0,2 |
22222 * f |
10 / f |
(-) |
0,2 – 0,3 |
22222 * f |
50 |
(-) |
0,3 - 3 |
6667 |
50 |
(-) |
3 - 10 |
20.000 / f |
150 / f |
(-) |
10 – 30 |
2000 |
150 / f |
(-) |
30 – 400 |
2000 |
5 |
10.000 |
400 – 2000 |
100 * √f |
0,25 *
√f |
25 * f |
2000 – 300.000 |
4472 |
11,2 |
50.000 |
Spitzenwerte im Bereich höherer
Exposition bei Expositionszeiten <
6 min |
Ausblick
Der bereits oben erwähnte Vorschlag der
Mindestvorschrift zum Schutz von Sicherheit und
Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch
physikalische Einwirkungen sieht folgendes vor: |
Grundbeschränkungen: |
direkt auf nachgewiesenen
Gesundheitswirkungen und auf biologischen Erwägungen
beruhende Beschränkungen der Exposition durch
zeitvariable, magnetische und elektromagnetische Felder. |
Referenzwerte: |
dienen der praktischen Expositionsbewertung zur
Entscheidung der Frage, ob die Grundbeschränkungen
überschritten werden können. |
Die folgende Tabelle gibt die Werte für die
Allgemeinbevölkerung nach IRPA 4/98 wieder: |
Grundbeschränkungen für elektrische, magnetische und
elektromagnetische Felder (0 Hz – 300 GHz).
Frequenzbereich |
Magnet.
Fluß-
Dichte
[mT] |
Stromdichte
[mA/m2]
[rms] |
Mittlere Ganzkörper SAR
[W/kg] |
Örtliche SAR (Kopf und Rumpf)
[W/kg] |
Örtliche SAR
(Extremitäten)
[W7kg] |
Leistungsdichte
S
[W/m2] |
0 Hz
>0-1 Hz
1-4 Hz
4-1000 Hz
1000 Hz-100kHz
100 kHz-10 MHz
10 MHz-10 GHz
10-300 GHz |
40
-
-
-
-
-
-
- |
-
8
8/f
2
f/500
f/500
-
- |
-
-
-
-
-
0,08
0,08
- |
-
-
-
-
-
2
2
- |
-
-
-
-
-
4
4
- |
-
-
-
-
-
-
-
10 |
f ist die Frequenz in Hz |
Bei gepulsten Expositionen im Frequenzbereich 0,3 bis
10 GHz und bei lokalisierten Expositionen des Kopfes
wird zur Begrenzung bzw. Vermeidung auditiver Effekte
durch thermoelastische Dehnung als zusätzliche
Grundbeschränkungen empfohlen, dass die über 10g
Gewebe gemittelte spezifische Energieabsorption 2 mJ/kg
nicht überschreitet. |
Literatur
- Schmid, Dr. Heinz: Elektromagnetische Felder, Teil 1, DIE
BG, Februar 2002
- Ausführliche
Frequenznutzungspläne (Amateurfunk, Mobilfunk etc.) -
Link mit freundlicher Genehmigung der AAronia AG
|