ΤΕΙ Πειραιά, Τμ. Ηλεκτρονικής, Θηβών 250 & Π.Ράλλη, Αιγάλεω-12244, τηλ.5381225

Στην εργασία μας περιγράφονται ορισμένες από τις τυχόν λειτουργικές ή/και βιολογικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που οφείλονται στους σταθμούς βάσης της κυψελωτής τηλεφωνίας. Οι λειτουργικές επιπτώσεις προέρχονται κυρίως από τις τυχόν αισθητικές ή/και ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις του σταθμού στο περιβάλλον που ίσως προκαλέσουν υποβιβασμό της αισθητικής του τοπίου, πρόκληση παρασίτων σε άλλες ηλεκτρονικές διατάξεις ή επιτόπια αλλαγή των ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών παραμέτρων. Οι βιολογικές επιπτώσεις μπορεί να προέλθουν από την έκθεση και απορρόφηση των τυχόν ισχυρών ραδιοηλεκτρικών ακτινοβολιών του σταθμού που ίσως προκαλέσουν μεταβολές ή αλλοιώσεις του βιολογικού υλικού από θερμικές ή/και μη-θερμικές επιδράσεις. Η εργασία μας καταλήγει με την ανάλυση των παραμέτρων της έκθεσης και την σύγκριση της με τα όρια της βιολογικά αποδεκτής έκθεσης. Από τα αποτελέσματα προκύπτει το συμπέρασμα ότι στην δυσμενέστερη περίπτωση σε μια ζώνη με ακτίνα 8~12m (για σταθμό 900ΜΗz) ή 5,6m~10,6m (για σταθμό 1800ΜΗz) η έκθεση μέσα στον λοβό της κεραίας θα υπερβαίνει τα αποδεκτά όρια και ίσως είναι βλαπτική, ενώ σε ακτίνα μεγαλύτερη από 147,1m γύρω από την κεραία δεν προκύπτουν εικαζόμενες ή τεκμηριωμένες βλαπτικές επιπτώσεις από την έως τώρα επιστημονική τεκμηρίωση.

Οι σταθμοί βάσης της κινητής (κυψελωτής) τηλεφωνίας εξυπηρετούν τις αμφίδρομες (ανοδικές και καθοδικές) ραδιοζεύξεις με τα κινητά τηλέφωνα των συνδρομητών (περιοχή συχνοτήτων 900MHz ή 1800MHz), εξυπηρετούν επίσης και τις μόνιμες ραδιοζεύξεις (περιοχή συχνοτήτων 8GHz, 18GHz, 21GHz κ.ά.) με το υπόλοιπο τηλεφωνικό δίκτυο. Οι εκπομπές ανήκουν στις μη-ιονίζουσες ακτινοβολίες (Non-Ionizing Radiation, NIR), δηλαδή στα ΗΜ κύματα με μήκος κύματος λ>100nm.

Οι λειτουργικές επιπτώσεις^[1], από τους σταθμούς βάσης της κυψελωτής τηλεφωνίας προέρχονται από τις πάσης φύσης αλληλεπιδράσεις του σταθμού και των λειτουργιών του με τις λειτουργίες άλλων συστημάτων στο περιβάλλον του.

Οφθαλμοφανείς λειτουργικές επιπτώσεις είναι οι αισθητικές επιδράσεις που εμφανίζονται ως υποβιβασμός της αισθητικής του τοπίου από τους πυλώνες και τις κεραίες της κυψελωτής τηλεφωνίας. Η υποβάθμιση αυτή άλλοτε είναι βαρύτατη ή προκλητική και άλλοτε είναι τόσο ασήμαντη ώστε να περνάει απαρατήρητη μέσα στην γενική κακογουστιά της εποχής. Τα θέματα αισθητικής είναι μία παράμετρος του επιπέδου ζωής και της ψυχικής υγείας, η οποία εν γένει παραμένει άγνωστη και αδιερεύνητη, παρά το ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η θέαση των κεραιών του σταθμού φαίνεται ότι προκαλεί αισθητική δυσφορία και κάποια ψυχολογική καταπίεση ή άγχος για τις συνέπειες της ακτινοβολίας στην υγεία κλπ. Για τον λόγο αυτό τα κριτήρια επιλογής των κεραιών και της θέσης που θα εγκατασταθούν πρέπει να μην είναι μόνο ραδιοηλεκτρικά, αλλά να έχουν και ως κύριο στόχο την ελαχιστοποίηση της αισθητικής ενόχλησης.

Οι μη ορατές λειτουργικές επιπτώσεις, από τους σταθμούς βάσης της κυψελωτής τηλεφωνίας, είναι οι πάσης φύσης ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις με το γήινο ηλεκτρικό πεδίο ή με άλλες ηλεκτρονικές διατάξεις. Η επίπτωση στο γήινο ηλεκτρικό πεδίο εκδηλώνεται με αλλαγές στην κεραυνόπτωση που προέρχονται από το αλεξικέραυνο ή το αντικεραυνικό σύστημα της κεραίας. Ειδικότερα μπορεί να υπάρξουν αλλαγές στα σημεία κεραυνόπτωσης και στην συχνότητα της f_h. Εάν είναι Θ ο αριθμός των θυελλωδών ημερών ανά έτος, Φ ο αριθμός κεραυνοπτώσεων ανά μονάδα επιφανείας και ημερών θύελλας στην θέση εγκατάστασης ενός πυλώνα ύψους h που εδράζεται σε ύψος h_a από το μέσο υψόμετρο μιας περιοχής, η οποία έχει παράγοντα αναγλύφου C, τότε

κεραυνοί/έτος

Οι αλληλεπιδράσεις με άλλες ηλεκτρονικές διατάξεις είναι τα φαινόμενα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (Electro-Magnetic Compatibility, EMC)^[2}. Τα φαινόμενα EMC ποικίλουν και μπορεί να εκτείνονται από την αστοχία ή λάθη αυτοματισμών, ενδείξεων κλπ. έως την παρενόχληση της ραδιοτηλεόρασης, ραδιοεπικοινωνιών κλπ. εξ αιτίας παρεμβολών (Electro-Magnetic Interference ΕMI)^[3]. Στο απόμακρο πεδίο σε απόσταση R προς την διεύθυνση θ,φ στο κενό (Ζ=377Ω), η παρεμβολή Ε_emi (V/m) από ένα στοιχείο που τροφοδοτείται με (παρασιτική) ισχύ κορυφής P_p, και την ακτινοβολεί με απολαβή G(θ,φ), δίδεται από την

Γεγονότα σαν αυτά αναγνωρίζονται ως διεθνές πρόβλημα και οδήγησαν στην θέσπιση ορίων αντοχής στην ΕMΙ για διατάξεις "ανεπηρέαστες" από ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία (Ε_emi=1~2 ΚV/m για στρατιωτικές συσκευές και αυτοκίνητα, Ε_emi=10~200 V/m για εμπορικές συσκευές κλπ.). Στην EMC επίσης υπάρχουν και αντίστοιχα πρότυπα επιδόσεων για την εκπομπή και την λήψη με βάση την ένταση του ηλεκτρικού Ε_emc (V/m) ή του μαγνητικού Η_emc (Α/m) πεδίου. Συνεπώς τα φαινόμενα EMC δεν θα έχουν συνέπειες εάν ισχύει

Οι βιολογικές επιπτώσεις που συνεπάγεται η έκθεση σε ισχυρές NIR, οφείλονται στην απορρόφηση ακτινοβολίας που προκαλεί μεταβολές ή αλλοιώσεις των κυττάρων ή των συστημάτων κυττάρων ή γενικότερα του βιολογικού υλικού. Οι τυχόν βλάβες μπορεί να είναι μη αναστρέψιμες. Οι βιολογικές επιδράσεις διακρίνονται στις θερμικές (thermal) που εκδηλώνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών και στις μη-θερμικές (non-thermal, athermal) που εκδηλώνονται ποικιλότροπα. Η έκθεση του πληθυσμού σε ασθενείς NIR είναι συνεχής, χωρίς η βιολογική επίδραση να έχει προφανείς συνέπειες, ενώ η έκθεση σε ισχυρές επιφέρει βιολογικές επιδράσεις αποδεδειγμένα ή ενδεχόμενα επικίνδυνες για την υγεία. Αναφέρονται επιδράσεις γενετικές, δερματικές, κυτταρολογικές, αναπαραγωγικές, αισθητηριακές, νευρολογικές κλπ.

Η έκθεση των ιστών στην ακτινοβολία δεν συνεπάγεται και την πλήρη απορρόφηση της. Έτσι χρησιμοποιείται ο ειδικός ρυθμός απορρόφησης (Specific Absorption Rate, SAR), σαν μια βιολογική παράμετρος που εκφράζει την απορρόφηση της στοιχειώδους ενέργειας dW από την στοιχειώδη ιστική μάζα dm στο στοιχειώδες χρονικό διάστημα dt (δηλ. η απορροφούμενη ισχύς ανά μονάδα μάζας ιστού, W/Kg) που εξαρτάται από την έκθεση στο ηλεκτρικό πεδίο E_exp (V/m) και έχει ως παραμέτρους την ειδική αγωγιμότητα σ (S/m) και την πυκνότητα ρ (Kg/m³) του ιστού:

O SAR εξαρτάται^[4,5] επίσης και:

α)-Από τα υπόλοιπα στοιχεία τoυ πεδίου στο οποίο εκτίθενται οι ιστοί, δηλαδή από το μέτρο Η_exp (Α/m) της έντασης του μαγνητικού πεδίου ή από το μέτρο της ισοδύναμης (επιφανειακής) πυκνότητας ισχύος S_exp (W/m²) (άνυσμα Pointing ), από την συχνότητα F και την πόλωση του κύματος, από τις σχετικές θέσεις ιστού-πηγής και τέλος από το εάν η έκθεση γίνεται στο εγγύς πεδίο (near field) ή στο απόμακρο πεδίο (far field) ^[4,6].

Η απορρόφηση συγκεντρώνεται μέσα στο σώμα στη ζώνη θερμής κηλίδας (hot spot) 400~ 2000MHz, ενώ παραμένει επιφανειακή σε F>2GHz. Η επιστημονική γνώση για τους κινδύνους που συνεπάγεται η πρόσκαιρη ή η μακροχρόνια έκθεση στις NIR είναι ελλιπής. Οι επιπτώσεις μπορεί να ελεγχθούν με εφαρμογή^[7] των εξής γενικών αρχών:

Mε βάση την αρχή της οριοθέτησης προσδιορίζεται η αποδεκτή τιμή SAR και εξάγονται τα όρια αποδεκτής έκθεσης (που κακώς αναφέρονται ως όρια ασφαλείας) των ιστών στο ηλεκτρικό πεδίο Ε_el και στο μαγνητικό πεδίο Η_el, τα οποία συνοψίζονται και ως αποδεκτή έκθεση στην (ισοδύναμη) πυκνότητα ισχύος S_el με βάση τη σχέση S_el=Ε_el.H_el. Συνεπώς η ακτινοβολία είναι ασθενής με κριτήριο τη σχέση Ε_exp<Ε_el, ή Η_exp<Η_el ή/και S_exp<S_el. Διαφορετικά θα είναι ισχυρή.

Σε κάθε περίπτωση έκθεσης πρακτικό ενδιαφέρον έχει ο υπολογισμός και η μετρητική επιβεβαίωση της ακτίνας R_h που καταλαμβάνει η ζώνη της (βιολογικής) επικινδυνότητας (hazard zone) μέσα στον λοβό της κεραίας, δηλαδή η έκταση της περιοχής μέσα στην οποία S_exp³ S_el, οπότε αφού η ακτινοβολία θα υπερβαίνει τα όρια αποδεκτής έκθεσης, ίσως αποβεί και επιβλαβής.

Για τις (θερμικές) βιολογικές επιδράσεις από τις ακτινοβολίες των σταθμών βάσης της κυψελωτής τηλεφωνίας (ισχύς πομπού P=15~45W, απολαβή κεραίας G=50~80) στην ζώνη των 900ΜΗz ή των 1800ΜΗz, η INIRC (International Νon-Ionizing Radiation Committee) της IRPA (International Radiation Protection Association) σε συνεργασία με την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας, έχουν υιοθετήσει ως αποδεκτό όριο για την συνεχή έκθεση του πληθυσμού την τιμή SAR=0,08 W/Kg, από την οποία προκύπτει^[8,9] το όριο της S_el=4,5W/m² (900ΜΗz) ή S_el=9W/m² (1800ΜΗz) για τις ακτινοβολίες του σταθμού που συνιστά η Ευρωπαϊκή Ένωση. Επομένως μέσα στο λοβό ακτινοβολίας (far field) της κεραίας του σταθμού θα είναι:

R_h==8,0m (για σταθμό 900ΜΗz) ή R_h=5,6m (για σταθμό 1800ΜΗz)

Όμως πολλές χώρες της ανατολικής Ευρώπης, στηριζόμενες σε παρατηρήσεις μη-θερμικών επιδράσεων, έχουν θέσει αυστηρότερα όρια αποδεκτής έκθεσης. Ειδικά στην πρώην Σοβιετική Ένωση το αποδεκτό όριο συνεχούς έκθεσης ήταν S_el=0,05W/m², οπότε θα είναι:

R_h=75,7m (για σταθμό 900ΜΗz) ή R_h=53,5m (για σταθμό 1800ΜΗz)

Στις κατευθύνσεις που στοχεύουν οι μόνιμες ραδιοζεύξεις του σταθμού σε κάποια από τις ζώνες συχνοτήτων 8GHz, 18GHz, 36GHz κλπ. υπάρχει πρόσθετη ακτινοβολία με τυπικές τιμές ισχύος πομπού p=0,1W και απολαβής κεραίας g=10⁴~10⁵. Συνεπώς με την άθροιση και της έκθεσης από ραδιόζευξη η R_h αυξάνεται:

σε R_h==12,0m με τα όρια της IRPA (S_el=4,5W/m², s_el=10W/m²)

ή σε R_h=147,1m με τα όρια της πρώην Σοβιετικής Ένωσης (S_el=s_el=0,05W/m²)

σε R_h==10,6m με τα όρια της IRPA (S_el=9W/m², s_el=10W/m²)

ή σε R_h=147,1m με τα όρια της πρώην Σοβιετικής Ένωσης (S_el=s_el=0,05W/m²).

Οι λειτουργικές επιπτώσεις στο περιβάλλον και πιθανόν στην υγεία εξαρτώνται από πολλές τοπικές ή ειδικές παραμέτρους και δεν προκύπτουν ευθέως με τους υπολογισμούς ή τις άμεσες μετρήσεις. Συχνά απαιτούνται διαχρονικές παρατηρήσεις-μετρήσεις για την εξαγωγή οριστικών συμπερασμάτων. Οι βιολογικές επιπτώσεις στην υγεία εξαρτώνται από την έκθεση στην ακτινοβολία και την απορρόφηση της.

Τελικά συνιστάται η προσεκτική εφαρμογή της συνετούς αποφυγής^[10], ενώ όπου είναι εφικτό πρέπει να γίνεται επισήμανση των ορίων της R_h. Σημαντική είναι και η τακτική μέτρηση των εντάσεων των ακτινοβολιών με παράλληλη μελέτη για την διερεύνηση όλων των λειτουργικών επιδράσεων και τέλος είναι χρήσιμη η κατάλληλη και σε βάθος ενημέρωση των περιοίκων στα ζητήματα των λειτουργικών και των βιολογικών επιπτώσεων, για να μην υπάρξει η αντίδραση γνωστή ως τεχνοφοβία (technophobia) που μπορεί να τους βλάψει πολύ περισσότερο από τις όποιες επιπτώσεις έχει ο σταθμός βάσης της κυψελωτής τηλεφωνίας και οι ακτινοβολίες του.