Текст книги "Физика в быту"

Переменное электрическое поле волны возбуждает индукционные токи в проводящих тканях организма (кровь, лимфа, слизистые, хрусталик…). При достаточно низких частотах (менее 1 МГц) на мышцы и нервы воздействуют сами эти токи. А при более высоких частотах механизмом воздействия становится нагревание тканей индукционными токами – подобно тому, как индукционная плита нагревает еду в кастрюле. Организм спасается от перегрева путём дополнительного притока крови к нагретым тканям. Но некоторые органы не содержат кровеносных сосудов или их очень мало, и этот механизм терморегуляции не срабатывает. Так, хрусталик лишён кровеносных сосудов, и СВЧ-облучение может привести к его помутнению и разрушению. По той же причине уязвимы для микроволн мозг, желчный пузырь, мочевой пузырь и желудочно-кишечный тракт: отток теплоты от этих органов с помощью кровотока затруднён.

Тепловой механизм воздействия СВЧ-излучений сомнений не вызывает. Но многие учёные убеждены, что существует ещё специфическое нетепловое воздействие (иногда его называют информационным). Механизм его ещё мало изучен. Но исследования, проведённые в Советском Союзе ещё в 1980-х годах, показали, что даже при отсутствии заметного теплового воздействия радиоволны могут вызывать нервные расстройства (повышенную утомляемость, бессонницу, депрессивные состояния), а также нарушения функций сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Есть подозрения, что СВЧ-излучения подавляют выработку Т-киллеров, главной функцией которых является уничтожение повреждённых клеток собственного организма, а такое подавление является прямым путём к раку. СВЧ-излучения ослабляют также клеточные мембраны (резонансные частоты клеточных мембран как раз порядка нескольких ГГц), облегчая вирусам и прочим микроорганизмам проникновение в клетки (такой способ ослабления клеточных мембран применяют в генной инженерии).

Более 40 лет ведутся споры о нетепловом действии радиоизлучений на организм. В зависимости от того, признаётся или не признаётся в научном сообществе страны это действие, устанавливаются те или иные предельно допустимые уровни (ПДУ) излучений. Теперь вы не будете удивляться, почему эти уровни так сильно отличаются в разных странах.

Отметим, что для радиоволн с частотами менее 300 МГц (с длинами волн более 1 метра) нормируются амплитуды электрического и магнитного полей, причём с ростом частоты допустимые величины полей становятся всё меньше (мы не будем здесь приводить конкретные цифры). А для микроволн (то есть частот более 300 МГц) ограничивается плотность потока энергии, то есть энергии, переносимой волной через поперечную площадку площадью 1 кв. см за 1 секунду (эту величину называют также плотностью излучения), единицей её измерения является Вт/см².

В США предельно допустимая плотность излучения микроволн принята равной 1000 мкВт/см² = 10 Вт/м².

Эта величина соответствует тепловому порогу, то есть заметному нагреванию тканей (в США не признают нетеплового действия полей).

В России и ряде стран Европы предельно допустимая плотность излучения в сто раз меньше:

10 мкВт/см² = 0,1 Вт/м². Это норма для населения; для рабочих мест нормы обычно в 5 раз выше. В некоторых странах (Бельгии, Испании, Италии, Бразилии, Канаде, Великобритании и других) ПДУ ещё меньше. При тестировании устройств – источников микроволн (за исключением мобильных телефонов) требуют соответствия ПДУ плотности излучения, принятому в данной стране.

Самые осторожные нормы для плотности излучения микроволн были в своё время в СССР: 1 мкВт/см². Именно эта величина (для населения) соответствует современной рекомендации Международной ассоциации радиационной защиты.

Основные источники радиофона в местах обитания людей – это передающие радио– и телевизионные станции, а также базовые станции сотовой связи. Излучение, связанное с радио– и телевизионным вещанием, в среднем сильнее, чем излучение антенн базовых станций.

Средний фоновый уровень плотности радиоизлучений в больших городах очень невелик по сравнению с ПДУ: он составляет всего 0,05 мкВт/см². Но этот фон распределён очень неравномерно. Вблизи передающих устройств или радарных систем могут наблюдаться повышенные плотности излучения. По оценкам, около 1 % жителей крупных городов подвергаются избыточному облучению. В Москве главные передающие источники – это Останкинская телебашня, Шуховская башня на Шаболовке и Московская радиовещательная станция на улице Демьяна Бедного (Северо-Западный округ). В советское время именно на Московской радиовещательной станции работали мощные «глушилки вражеских голосов», что создавало значительный добавочный радиошум. В конце 1980-х все они были отключены.

Обязанность контролировать соблюдение санитарно-гигиенических норм в районах жилой застройки столицы возложена на московский Центр Госсанэпиднадзора. По данным этого центра, в районах Москвы, прилегающих к передающим радио– и телевизионным станциям, не наблюдается повышенной заболеваемости лейкозами среди детей, которая могла бы стать индикатором неблагополучной электромагнитной обстановки.

Сейчас во всех городах продолжается бурное развитие сотовой мобильной связи. Мы уже на пороге внедрения пятого поколения мобильных сетей 5G (G – это сокращение от Generation: поколение). Для увеличения скорости передачи информации поднимают частоту излучений. Предыдущие поколения сотовой связи работали в частотных диапазонах от 450 МГц до 2,6 ГГц. Сети же 5G будут охватывать диапазон от 6 до 100 ГГц. Между прочим, вблизи частоты 40 ГГц наблюдается резонанс третичной структуры ДНК, так что вблизи этой частоты следует быть особо осторожным.

Запуск сетей нового поколения начался, новая технология уже работает в пилотном режиме в 24 странах мира. Базовых станций будет больше из-за уменьшения радиуса их действия (микроволны более высоких частот сильнее поглощаются в окружающей среде), зато и мощность их излучения будет гораздо меньше из-за уменьшения площади покрываемой зоны. Существующие нормы плотности излучения (у нас 10 мкВт/см²) не будут нарушены.

В марте 2021 года компания МТС запустила первую в России сеть 5G в 14 тестовых зонах Москвы, среди которых Лубянская площадь, инновационный центр Сколково, главная аллея и каток ВДНХ, развлекательный центр «Остров мечты» и другие. Сеть работает в полосе частот от 4,4 до 5 ГГц. В ближайшее время будет использован диапазон 24,25–24,65 ГГц.

Сторонники исключительно теплового механизма воздействия микроволн убеждают, что никакого вредного воздействия не было и не будет. Сторонники нетеплового механизма воздействия опасаются возрастания рисков для населения. Единства мнений здесь не было и нет.

Жертвами поколения 5G могут стать пчёлы и другие насекомые. Излучения с частотами от 12 до 24 ГГц сильнее всего поглощаются телом пчелы и оказывают на него тепловое воздействие. Массовая гибель пчёл, которая уже идёт с начала 2000-х, вызвана различными причинами (пестициды, климатические изменения и другие), среди которых важную роль играют техногенные электромагнитные поля. К такому выводу пришли американские учёные.

На одной и той же башне базовой станции имеются как передающие, так и приёмные антенны. Приёмные антенны, по определению, не излучают, а только принимают. Передающие антенны находятся на самом верху башни. Под ними расположены радиоблоки, преобразующие цифровой сигнал в аналоговый. В самом низу – «мозг» базовой станции (оборудование, обрабатывающее цифровой сигнал, и элементы питания); источником шума являются вентиляторы систем охлаждения, размещённые тут же.

Передающая антенна не «светит» равномерно во все стороны. В направлении собственной оси (по вертикали) она вообще не излучает. Максимально антенна излучает в направлении, перпендикулярном своей оси, то есть в горизонтальной плоскости, причём основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком секторе – его называют главным лепестком. По своей конструкции антенны бывают разные. Всенаправленные антенны излучают равномерно по всем направлениям, перпендикулярным оси антенны. На рисунке 20 схематически изображена диаграмма, которая даёт представление о сравнительной интенсивности излучения по разным направлениям от антенны. Мысленно вращайте эту картинку вокруг оси, совпадающей с антенной, – примерно такую форму в пространстве будет иметь опасная зона, в которой плотность излучения превышает ПДУ. Протяженность опасной зоны по горизонтали зависит от мощности антенны и для антенн базовых станций обычно составляет не более 40 метров. Эта величина зависит не только от мощности излучателя, но и от принятого ПДУ для плотности излучения. К примеру, в Украине принят ПДУ 2,5 мкВт/см² (в 4 раза ниже, чем в России), поэтому расстояния от базовых станций до линии застройки должны быть примерно в 2 раза больше. Но гораздо чаще на базовых станциях применяют направленные антенны, основное излучение которых сосредоточено в одном горизонтальном секторе шириной 30, 60 или 120 градусов. Антенну устанавливают так, чтобы главный лепесток её излучения был направлен в сторону от прилегающих построек. Это необходимо не только для охраны нашего здоровья, но и для нормального качества передаваемого сигнала.

Рис. 20. Упрощённый вид диаграммы направленности излучения всенаправленной антенны. Возможно также наличие более слабых дополнительных боковых лепестков

Поскольку антенны базовых станций располагают обычно на высотах 17–30 м от уровня земли, самыми безопасными с точки зрения облучения являются нижние этажи зданий. Если станция размещена на крыше дома, то квартиры прямо под ней находятся в мёртвой зоне воздействия. Проявлять беспокойство могут жильцы, чьи квартиры находятся примерно на уровне передающей антенны на небольшом расстоянии от неё. Но наверняка главный лепесток излучения этой антенны направлен в сторону от дома. Если вы всё же подозреваете, что подвергаетесь повышенному уровню облучения от антенн ближайшей базовой станции, можете вызвать специалиста по замеру облучения на сайте Роспотребнадзора или воспользоваться телефоном горячей линии по безопасности сотовой связи. В случае выявления превышения ПДУ решать проблему будет тот, кто построился позже: оператор базовой станции или застройщик дома.

Оконное стекло уменьшает плотность микроволнового излучения в 2–3 раза, бетонные стены – примерно в 30 раз. На балконе напротив вышки вы подвержены более сильному облучению, чем в квартире.

Даже если все нормы по уровню внешнего излучения соблюдены, мы имеем шанс подвергать себя избыточному облучению от собственных гаджетов. Как уже упоминалось, ПДУ плотности излучения 10 мкВт/см² не относится к аппаратам мобильной связи: для них допустимая плотность излучения в 10 раз больше, то есть 100 мкВт/см². Так сильно аппарат излучает не всегда, а в тех случаях, когда приём слабый или сеть не ловится, а также когда он переключается от одной вышки на другую. Тогда ваш аппарат выходит на максимальную мощность своего передатчика и постоянно посылает запрос. Так что в наших интересах, чтобы базовые станции стояли достаточно часто, а максимальная мощность излучения гаджетов была как можно меньше. Мощность современных гаджетов варьируется от 0,125 Вт до 2 Вт. Мобильные телефоны первого поколения имели мощность излучения до 5 Вт (ведь базовых станций было ещё мало), и потенциальный риск для здоровья от их применения был гораздо выше.

Очень важно не прижимать аппарат к уху во время разговора. Вблизи передающей антенны телефона каждый лишний сантиметр имеет значение, потому что интенсивность излучения в ближней зоне очень быстро убывает с ростом расстояния от антенны. Желательно держать аппарат не ближе 10–20 см от тела.

В Европе и США для характеристики аппаратов мобильной связи и других источников микроволн используют параметр SAR (Specific Absorption Rate) – удельный коэффициент поглощения. Он характеризует поглощение мощности излучения единицей массы тела, единицей его измерения является Вт/кг. От величины SAR зависит, на сколько градусов нагреются ткани головы при разговоре или ткани тела при ношении аппарата. Так, если SAR равен 2 Вт/кг, температура тканей при использовании аппарата возрастёт на 0,3 градуса (такой допустимый уровень SAR принят в Европе для гаджетов). Опасным считается повышение температуры тканей тела более чем на 1 градус. SAR измеряется отдельно для головы и для тела, поскольку они по-разному поглощают излучение. При измерениях SAR используют специальные манекены, а не живых людей. Разработчики следят, чтобы SAR не превышал установленного допустимого уровня в режиме максимальной мощности, иначе аппарат не будет сертифицирован. Типовые значения SAR лежат в диапазоне 0,8–1,5 Вт/кг. Чем выше SAR, тем лучше качество связи. И всё же, очевидно, чем этот параметр меньше, тем безопаснее для здоровья.

Научно обоснованных данных по длительному, в течение десятилетий, воздействию излучению сотовых телефонов на мозг пользователя ещё не накоплено. В данных условиях, согласно рекомендации ВОЗ, разумно придерживаться предупредительного принципа: лучше переоценить опасность, чем недооценить.

Над внешним фоном радиоизлучений мы не властны, но в наших возможностях избегать избыточных уровней облучения, правильно выстраивая свои отношения с личными гаджетами. Правила просты и всем известны: использование проводной гарнитуры или громкой связи, небольшая продолжительность разговоров. Желательно избегать звонков при низком уровне сигнала, требующем максимальной мощности излучения. В частности, нежелательны звонки из автомобиля, автобуса, тоннелей, подвальных помещений.

В 2011 году Международное агентство исследования рака (IARC), входящее в структуру ВОЗ, на основе результатов серии исследований классифицировало электромагнитные поля радиочастот как возможное канцерогенное излучение для людей.

Дети особо беззащитны перед электромагнитными излучениями, в том числе от мобильных телефонов. Черепная коробка ребёнка тоньше, глубина проникновения излучений в мозговые ткани больше, а объём мозга меньше. Если у взрослого зона облучения захватывает около 15 % мозговых структур, то у пятилетнего ребёнка зона охвата целых 80 %! Кроме того, именно растущие организмы особо чувствительны к воздействию экологических угроз. У разных органов и систем имеются свои «окна восприимчивости», когда они особенно уязвимы.

По мнению Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений, сформулированному ещё в 2008 году, у детей, активно использующих мобильные телефоны, можно ожидать ближайшие расстройства в виде ослабления памяти, снижения внимания и умственных способностей, раздражительность, нарушения сна. А в более старшем возрасте (25–30 лет), по мере накопления побочных эффектов в клетках, повышается вероятность опухолей головного мозга. В возрасте 50–60 лет возрастает риск болезни Альцгеймера и других проявлений дегенерации нервных структур головного мозга. Возможно, российские учёные перестраховываются, сгущают краски? Но исследования, которые проводятся с 1997 года в ряде других стран, тоже указывают на увеличение риска развития глиомы мозга при длительном пользовании мобильными телефонами, особенно для людей, которые начали пользоваться мобильниками с 8–10-летнего возраста.

Есть крупномасштабные эксперименты, убедительно доказывающие негативное влияние микроволн на грызунов и куриные эмбрионы. Но очень сложно отследить долгосрочные результаты воздействия излучений на здоровье людей, потому что неясно, как отделить их от влияния прочих негативных факторов. Строго научно обоснованных доказательств долгосрочного вреда от излучения мобильных телефонов и прочих гаджетов нет. Также нет доказательств их безопасности. Юные пользователи первых мобильных телефонов только входят в зрелый возраст. Исследования продолжаются.

Так, в 2019 году на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений» учёные из Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, Института космических исследований и Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений представили результаты единственного в мире 14-летнего исследования воздействия электромагнитного излучения мобильных телефонов на психофизические показатели детей и подростков. Мониторинг таких показателей проводился в двух группах школьников: использующих мобильные телефоны (1161 человек) и не использующих (370 человек). Установлены статистически значимые ухудшения показателей сенсомоторных реакций, утомления, работоспособности, когнитивных функций пользователей по сравнению с контрольной группой. Показано, что безопасные режимы пользования гаджетов (наушники, громкая связь, использование SMS, MMS) улучшают все психофизические показатели.

В России с 2003 года в санитарных правилах и нормах рекомендовалось ограничение возможности использования мобильных телефонов лицами, не достигшими 18 лет, из-за того, что стандарты безопасности для мобильных телефонов были разработаны для взрослых и не учитывали особенности детского организма.

Но, в обход этой рекомендации, смартфоны уже прочно вошли в обиход школьников. С 1 января 2021 года действует новый свод санитарных правил, в котором сказано: «Для образовательных целей мобильные средства связи не используются».

По интенсивности воздействия на людей с личными гаджетами конкурируют прежде всего Wi-Fi роутеры – устройства, которые подключаются к Интернету через кабель, а потом «раздают» Интернет всем устройствам домашней сети с помощью радиосигналов, беспроводным способом. Плотность излучения Wi-Fi сети меньше, чем для мобильного телефона, но это, во-первых, облучение всего тела, а во-вторых, это облучение не кратковременное, а длящееся часами.

Wi-Fi роутеры могут использовать две полосы частот: 2,4 ГГц и 5 ГГц. Что существенно, все устройства беспроводной связи, включая Wi-Fi, обмениваются данными с помощью импульсного излучения. Между тем импульсные электромагнитные поля более агрессивно влияют на живые организмы, чем непрерывные излучения.

В инструкции к Wi-Fi роутеру указывается безопасное расстояние, на котором плотность излучения не будет превышать ПДУ (обычно это 2–3 метра). Проблема в том, что в многоквартирном доме накладываются друг на друга сигналы сразу от нескольких Wi-Fi сетей (их может быть более десятка), ведь радиус действия Wi-Fi роутеров в помещении около 50 метров (он зависит от мощности роутеров). Возможно, вы отключаете свой Wi-Fi роутер на ночь или при длительном перерыве в использовании, но ваши соседи могут этого не делать.

Несмотря на все заверения производителей о полной безвредности этих излучений, накапливается всё больше данных о результатах нетеплового воздействия микроволн на две наиболее важные регуляторные системы организма: нервную и эндокринную. Чем выше частота, тем сильнее повреждающее действие. И что не вызывает сомнений – это то, что влияние излучений на детей сильнее, чем на взрослых. Кроме того, эффекты воздействия носят накопительный характер и могут проявиться спустя годы.

Эксперименты на мышах показали: воздействие микроволн, не превышающих «человеческий» ПДУ, в течение 1–2 месяцев вызывало очень малые изменения в структуре головного мозга и нейронов, причём эти изменения исчезали после прекращения воздействия. Однако при более длительном облучении изменения становились необратимыми. А через несколько поколений эти мыши стали стерильны.

Конечно, нельзя результаты опытов на мелких грызунах переносить на людей, потому что мы имеем совсем другое отношение площади поверхности к объёму (излучение поглощается в поверхностном слое тела). Но поневоле задумаешься: возможно, мы сильно недооцениваем ущерб, который Wi-Fi может нанести в долгосрочной перспективе, даже через несколько поколений.

А пока следует стараться умеренно оградить себя от Wi-Fi и по возможности использовать проводные технологии.

Группа учёных в Нидерландах исследовала влияние Wi-Fi на деревья. Через 3 месяца облучения деревья сбрасывали часть листвы, страдали от аномального отмирания коры и замедления роста. Схожие симптомы проявляются у большинства деревьев в голландских городах, где хорошее покрытие Wi-Fi.