Mobilfunk und Schule - uni-bayreuth.dedid.mat.uni-bayreuth.de/~werner/versuche/handystrahlung/mobilfunk… · veränderliches Feld, das Energie, jedoch keine Materie, durch den Raum

Bayerisches Landesamt fürUmwelt

Mobilfunk und SchuleLehrerfortbildung 2011/I

Dr. Thomas Kurz, LfU-28

*7219/2011* 7219/2011


© LfU / Referat 28 / Thomas Kurz / 2010-09-202

Mobilfunk und Schule: Lehrerfortbildung 2010/II

▌Teilnehmerlisten

▌Teilnahmebestätigung

Organisation

*7219/2011* 7219/2011




▌Messköpfe

befinden

sich an

10 Stützpunkten

▌Ausleihe von dort

an umliegende

Schulen

▌Rückgabe

wieder

an den

Stützpunkt

▌StützpunkteOrganisation

*7219/2011* 7219/2011




▌Physikalische Grundlagen

Elektromagnetische Wellen

▌Mobilfunk

Funktionsweise von Netzen und Handys

▌Wirkungen und Grenzwerte

Immissionen und SAR

▌SAR-Messkopf

Hinweise zur Nutzung

▌InhaltInhalt

*7219/2011* 7219/2011




▌Wellen

▌de.wikipedia.org:

"Eine Welle ist in der Physik ein räumlich und zeitlich

veränderliches Feld, das Energie, jedoch keine Materie,

durch den Raum transportiert."

▌Charakterisierung

Periodendauer T: Dauer einer Schwingung

Frequenz f: Anzahl Schwingungen pro Sekunde

f = 1 / T ; ω = 2π f = 2π / T

Wellenlänge λ: Kleinster Abstand zweier Punkte

gleicher Phase einer Welle

λ = c / f

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Rundfunkstrahlung, Mobilfunkstrahlung, sichtbares Licht

und Wärmestrahlung sind physikalisch völlig gleichwertig.

▌Die Energie (und damit die Frequenz) allein entscheidet

über die Erscheinungsform elektromagnetischer Wellen.

▌Elektromagnetisches SpektrumPhysikalische

Grundlagen

LW, MW

IR

X-ray

Bahn-

stromTV-

Satellit

*7219/2011* 7219/2011




▌Wirkungen elektromagnetischer Strahlung

▌Sichtbares Licht

▌Mittels Sinnesorgan (Auge) als Farben direkt

wahrnehmbar

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌ACHTUNG! Ionisierende Strahlung!

▌Ultraviolette Strahlung

▌Bräunung der Haut, Sonnenbrand, Hautkrebs

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌ACHTUNG! Ionisierende

Strahlung!

▌Röntgenstrahlung,

Gammastrahlung

▌Hochenergetische Strahlung

kann Molekülbindungen

auflösen und zu

Krebsentstehung führen

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Infrarotstrahlung

▌Wahrnehmung als Wärme

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Radio- und Mikrowellen

▌Wärmewirkung

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Kraftwirkungen auf Ladungsträger oder Dipol-Moleküle

Bewegung

von Ionen

und Wasser-

molekülen

Wärme-

wirkung

▌Ursache der thermischen WirkungPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Elektromagnetische Wellen

▌Komponenten

Elektrisches Feld elektrische Feldstärke E

Magnetisches Feld magnetische Feldstärke H

▌Eigenschaften

E ⊥ H

E / H = Z0 ≈ 377 Ω

▌Einheiten

[E ] = 1 V/m

[H ] = 1 A/m

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Leistungsdichte

▌Sendeenergie wird in den Raum abgestrahlt

Energie pro Fläche

Leistungsdichte S

▌Bezug zu Feldstärken

S = E · H = E2 / Z0

▌Einheit

[S ] = 1 W/m2

P

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Specific absorption rate

SAR ist die in einem Gewebevolumen absorbierte (in

Wärme umgewandelte) Hochfrequenzleistung pro

Masse des Volumens

SAR =

abhängig von Leitfähigkeit σ und Permittivität ε

▌SAR-Wert

10 gP

im Gewebe absorbierte Leistung

Masse des Gewebes

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Charakterisierung elektromagnetischer Wellen

▌Stärke

Elektrische Feldstärke E 1 V/m

Magnetische Feldstärke H 1 A/m

H = E / Z0 (Fernfeld)

Leistungsdichte S 1 W/m2

S = E2 / Z0 (Fernfeld)

SAR 1 W/kg

SAR ~ S

▌Art der Wirkung

Frequenz f 1 Hz

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Heinrich Hertz

▌Entdeckung elektromagnetischer Wellen

▌Technische Nutzung elektromagnetischer WellenTechnische

Nutzung

1886

*7219/2011* 7219/2011




▌1906: Übertragung der ersten Radiosendung (USA)

▌1920: Erste Rundfunkübertragung (BRD)

Inbetriebnahme des Senders Königs Wusterhausen

▌Technische Nutzung elektromagnetischer Wellen

1906

1920

Technische

Nutzung

Joeopitz a

t th

e G

erm

an langu

ag

e W

ikip

edia

*7219/2011* 7219/2011




▌Vorläufer des Mobilfunks

▌Zugfunk Berlin – Hamburg


1926

Technische

Nutzung

Marco Cacozza

*7219/2011* 7219/2011




▌Beginn des Fernsehens

▌Fernsehsender Paul Nipkow


1935

Technische

Nutzung

Eckhard Etzold

*7219/2011* 7219/2011




▌Start des ersten volldigitalen Mobilfunknetzes


1992

Technische

Nutzung

Dubid

ub,

Bene

dik

t S

eid

l

*7219/2011* 7219/2011




▌Rundfunk-Sendeanlagen

UKW, DVB-T, DAB, KW, MW, LW

▌Mobilfunk

▌Haushalt

▌Arbeitsplatz, Medizin, ...

Zugangstransponder, Zeiterfassung, Diathermie, NMR

▌Heutige NutzungPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-MesskopfGigasetCommunications

Jecowa

Linksys by Cisco

Linksys byCisco

*7219/2011* 7219/2011




▌Informationsübertragung

▌Erzeugung einer elektromagnetischen Welle

Schwingkreis (Hertz'scher Dipol)

Elektromagnetische Felder lösen sich ab

Ausbreitung der Felder im Raum mit

Lichtgeschwindigkeit

c = 299 792 458 m/s

t0 t0 + ¼ T t0 + ½ T t0 + ¾ T t0 + T

Technische

Nutzung

Bild: FIZ CHEMIE Berlin

*7219/2011* 7219/2011





▌Hochfrequenzsignal:

s(t) = A · sin (υ(t))

Phase υ(t)

Momentane Frequenz

ω(t) = dυ(t) / dt

▌Unmoduliert: υ0(t) = ω0 t + υ0 ; A = 1

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Hochfrequenzsignal:

s(t) = A · sin (υ(t))

Phase υ(t)

Momentane Frequenz

ω(t) = dυ(t) / dt

▌Unmoduliert: υ0(t) = ω0 t + υ0 ; A = 1

▌Modulation der

Amplitude A = 1 + M · m(t)

Phase υ(t) = υ0(t) + M · m(t)

Frequenz ω(t) = ω0 + M · m(t)

υ(t) = υ0(t) + M · ∫m(t) dt

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Isotropstrahler

▌Sendeleistung wird isotrop

(in alle Richtungen gleichmäßig)

abgestrahlt

▌Equivalent Isotropically

Radiated Power (EIRP)

▌Sendeleistung

PEIRP

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Abschätzung der zu erwartenden

Leistungsdichten aus der Sendeleistung

Abstandsgesetz für Energiegrößen

S(r) = PEIRP / (4π r2)

S(10 m) = 1.6 W/m2

S(20 m) = 0.4 W/m2

S(30 m) = 0.2 W/m2

▌Sendeleistung und Immissionen

Beispiel: PEIRP = 2.0 kW

PEIRP

Bild: Borb

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Bündelnde AntennenPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf Ps

PEIRP

▌Gezieltere Versorgung

▌EIRP gilt in Hauptstrahlrichtung

PEIRP = Ps · G

▌Beispiele

Mobilfunk

ca. 1–2 kW/Kanal

UKW-Rundfunk

bis 164 kW/Programm

Fernsehen DVB-T

bis 164 kW/Bouquet

*7219/2011* 7219/2011




▌Ausbreitung elektromagnetischer Wellen

Bild Tram: http://www.skoda.cz

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Technische Unterscheidung

Global System for Mobile Communications

seit 1992 als GSM-900

seit 1994 als GSM-1800

Universal Mobile Telecommunications System

seit 2004

Long Term Evolution

seit 2011 (reines Datennetz)

▌Kommerzielle Unterscheidung nach Netzbetreibern

▌MobilfunknetzePhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Vodafone

*7219/2011* 7219/2011




▌Rundfunk

unidirektional

Einheitlichkeit

keine Rückmeldungen

beschränktes Angebot

▌Mobilfunk

bidirektional

Individualität

Gleichzeitigkeit

▌Was unterscheidet Rundfunk und Mobilfunk?Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf Gespräch 1

Martin Seyer

Stefan Kühn

Markus Schweiss

Bild:Umairanwer at en.wikipedia

Andre

as P

raefc

ke

*7219/2011* 7219/2011




▌Rundstrahlende Sendeantenne

geringe Kapazität

▌Wie funktioniert ein Mobilfunknetz?Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Bilder Handy:Frédéric Bellaiche (with Jonathan Zuniga)

*7219/2011* 7219/2011




▌Sektor-Sendeantenne

höhere Kapazität


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Bilder Handy:Frédéric Bellaiche (with Jonathan Zuniga)Frédéric Bellaiche

*7219/2011* 7219/2011




▌Verkleinerung der Zellgröße

höhere Kapazität


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Bilder Handy:Frédéric Bellaiche (with Jonathan Zuniga)Frédéric Bellaiche

*7219/2011* 7219/2011




▌Kleine, sektorisierte Zellen

maximale Kapazität


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Zelluläres System

▌Wie funktioniert ein Mobilfunknetz?

06 12

5 3 260

34 5 0

1 426

41 35

26

5 03

0

3541

4126

20 6

1

5 3 0

6 2 1

5 344

▌ 1 Zelle

1 Basisstation

▌ verschiedene Zellen

Abgrenzung

durch Frequenz

oder Code

▌ verschiedene Betreiber

Abgrenzung

durch Frequenz

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Der Kunde bestimmt die Netzdichte, nicht der Betreiber!

▌Wie funktioniert ein Mobilfunknetz?

▌Nutzung

▌Anzahl Zellen

▌"Anzahl Antennen"

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Anfänge des Mobilfunks in Zug-

und Autotelefonen

▌D-Netze 1992 für outdoor-

Nutzung konzipiert

▌Teilnehmer

A-Netz 1971 11'000

B-Netz 1985 25'000

C-Netz 1993 800'000

D-Netze seit 1992 je 4 Mio. (urspr. geplant)

E-Netze seit 1994

▌Nutzung von Mobilfunknetzen – damalsPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

oebl.de

*7219/2011* 7219/2011




▌75 % der Deutschen besitzen mindestens ein Handy

▌Nutzung von MobilfunknetzenPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌170 Mrd. Gesprächs-

minuten

▌33 Mio. GB Daten

(Festnetz: 78-fach!)

▌Nutzung von Mobilfunknetzen

2009

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Nutzer erwarten indoor-Versorgung

▌Technische Weiterentwicklungen

GPRS (seit 2001)

HSDPA (seit 2006)

▌Neue Dienste

SMS (seit 1993)

WAP (seit 1999)

MMS (seit 2002)

Videotelefonie (seit 2002)

▌Nutzung von Mobilfunknetzen – heute

Carl Zeiss AG, Nokia

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Nutzung von Mobilfunknetzen – heutePhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

MVG München

Bild

Notr

ufs

äule

:K

MJ a

t th

e G

erm

an

languag

e W

ikip

edia

Tom

Tom

N.V

.

Bild www:PixBox - Fotolia.com

Markus Kocher, xsmart AG

Martin Seyer

*7219/2011* 7219/2011




▌Warum werden neue Sender errichtet?

Schließung von Versorgungslücken [ Land]

Umzug (z.B. bei Nicht-Verlängerung des Mietvertrags

an einem bestehenden Standort)

Qualitätsansprüche der Nutzer (indoor vs. outdoor)

Steigende Nutzung (Telefonie, Daten) [ Stadt]

▌Senderdichte eines MobilfunknetzesMobilfunk

10'000 Ew. 1 Mio. Ew.100'000 Ew.Senderstandort – alle Maßstäbe gleich (ca. 1.8 km × 1.3 km) – Datenquelle: Bundesnetzagentur

OpenS

tre

etM

ap u

nd M

itw

irkende

, C

C-B

Y-S

A

OpenS

tre

etM

ap u

nd M

itw

irkende

, C

C-B

Y-S

A

OpenStreetMap und Mitwirkende, CC-BY-SA

*7219/2011* 7219/2011




▌GSM-Basisstationen senden mehrere Kanäle

Kontrollkanal

Verkehrskanal

▌Sendeaktivitäten von BasisstationenPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Ein Kanal bedient i.d.R. maximal 8 Mobilgeräte

Gespräch auf Kontrollkanal

Leistungsregelung beim Mobilteil


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Ein Kanal bedient i.d.R. maximal 8 Mobilgeräte

Gespräch auf Verkehrskanal

Leistungsregelung beim Mobilteil


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Wegen Leistungsregelung und dynamischer Zuschaltung

von Gesprächskanälen hängen die Immissionen der

Basisstation vom Gesprächsaufkommen ab!

▌Für den Immissionsschutz ist der Betriebszustand

maximaler Auslastung ("Sylvesterfall") maßgeblich!

alle genehmigten Kanäle in Betrieb

alle Kanäle mit maximaler Sendeleistung


Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Handys senden aktiv ...

beim Einschalten

während Auto- oder Bahnfahrten

bei aktiver Nutzung

sehr selten im Standby-Mode

▌In allen anderen Situation sind Handys reine

Empfangsgeräte!

▌Sendeaktivitäten von HandysPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Aktives Gespräch

Gesprächsdaten: jeder 8. Slot wird gesendet

1 sec = 1733 slots, davon ca. 217 gesendet

einige Slots für Kontrolldaten umgewidmet

▌In Gesprächspausen DTX-Mode (Discontinuous TX)

▌Wie oft senden Handys?Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Die BTS regelt die Sendeleistung von Handys anhand

der ankommenden Signalqualität

▌Regelbereiche (RMS bei einem Telefonat):

GSM-900: 375 µW – 250 mW 28 dB

GSM-1800: 125 µW – 125 mW 30 dB

UMTS: 1 nW – 125 mW 80 dB

▌Leistungsregelung von HandysPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Mobilfunk verursacht in der Regel Immissionen durch

Ganzkörper-Exposition von der Basisstation

Teilkörper-Exposition vom Handy

▌Mobilfunk-Immissionen

Bundesamt für Strahlenschutz

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Einwirkung hochfrequenter EMF auf den gesamten

Körper

▌Absorption führt zu Gewebeerwärmung

▌Ziel:

Grenzwerte begrenzen

die Temperaturerhöhung

Grenzwert-

ausschöpfung

von 100 % führt nur

zu vernachlässigbarer

Erwärmung

▌Ganzkörper-ExpositionPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Bild:hkannn,

shutterstock.com

*7219/2011* 7219/2011




▌Grenzwertkonzept nach ICNIRP

▌ICNIRP

Internationale unabhängige

Vereinigung von Wissen-

schaftlern zur Erforschung

der Auswirkung nicht-

ionisierender Strahlung

auf die menschliche Gesundheit

▌Entwicklung des Grenzwertkonzepts

Sichtung aller Studien

Beurteilung der Relevanz einzelner Studien

im Kontext der Gesamtstudienlage

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Zusammensetzung der ICNIRP-Hauptkommission

Agnette

Peralta

Rüdiger Matthes

Eric Van

Rongen

Maria Feychting

Karl Schulmeister

Adele

Green

Bruce Stuck

Kari Jokela

Bernard Veyret

James

Lin

Anthony

Swerdlow

Richard Saunders

Paolo Vecchia

Per Söderberg

▌Physik

▌Medizin

▌(Elektro)technik ▌Epidemiologie ▌Biologie▌Augenmedizin

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

*7219/2011* 7219/2011




▌gesicherte Effekte

▌Ableitung der Ganzkörpergrenzwerte

▌Hitzestress 4 W/kg

Temperatur-

erhöhung

um 1 K

nach 30 min

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Basisgrenzwert

berufliche Exposition



▌SAR < 0.4 W/kg

zum Vergleich:

Grundumsatz

des Menschen

ca. 1 W/kg

Faktor 10

Unsicherheit bei Extrapolation

auf den Menschen

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Basisgrenzwert


▌Basisgrenzwert

Allgemeinbevölkerung



▌SAR < 0.4 W/kg

▌SAR < 0.08 W/kg

Faktor 10


auf den Menschen

Faktor 5

Vorsorge für Allgemeinbevölkerung

(Kinder, Kranke, Senioren)

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011





▌Basisgrenzwert


▌Basisgrenzwert

Allgemeinbevölkerung

▌Immissionsgrenzwerte

frequenzabhängig



▌SAR < 0.4 W/kg

▌SAR < 0.08 W/kg

▌Messgrößen

E, H, S

Faktor 10


auf den Menschen

Faktor 5

Vorsorge für Allgemeinbevölkerung

(Kinder, Kranke, Senioren)

Zusammenhang zwischen

SAR im Gewebe und äußerer

Feldstärke

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Abhängigkeit der SAR

von der Körpergröße

S = 10 W/m2

▌Folge:

Frequenzabhän-

gigkeit der abge-

leiteten Grenz-

werte

Minimum zwischen

10 MHz und

400 MHz


Resonanz-

bereich

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Quelle: Tagungsband zur 21. Jahrestagung "Nichtionisierende Strahlung" des Deutsch-Schweizerischen Fachverbands für Strahlenschutz e.V. Köln, November 1988

*7219/2011* 7219/2011




▌Mobilfunk-Grenzwerte:

GSM-900:

41.7 V/m

GSM-1800:

58.4 V/m

UMTS:

61.0 V/m

▌Ganzkörpergrenzwerte

Resonanzbereich

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Grenzwerte für ortsfeste Funkanlagen mit EIRP > 10 W

▌Konzept des Sicherheitsabstands

▌Praktische Umsetzung der GrenzwertePhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Aufsichtsbehörde:

Bundesnetzagentur

legt Sicherheits-

abstand für jede

Funkanlage und

jeden Standort

fest

Standortbescheinigung

verbindlich für Betreiber

▌Praktische Umsetzung der GrenzwerteGanzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

*7219/2011* 7219/2011




▌Grenzwerte Sicherheitsabstände

▌Grenzwerte

effektiv: Sendeleistung

mehr Sender!

kaum geringere Immissionen

▌sehr niedrige Grenzwerte

Mobilfunk nur noch mit äußerst dichtem Sendernetz

oder nicht mehr möglich

▌Zusammenhang: Grenzwerte – Sicherheitsabstand

Gre

nzw

ert

Sic

her-

he

itsabsta

nd

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Woher kommen die Grenzwerte?

▌Die heutigen Grenzwerte ...

basieren auf gesicherten wissenschaftlichen

Erkenntnissen

orientieren sich an gesundheitlichen Auswirkungen

von EMF

spiegeln (anders als z.B. die TCO-Standards) nicht

das technisch Machbare wider

▌Restunsicherheiten bestehen bei jeder Technik

▌Deutsches Mobilfunk-Forschungsprogramm

ca. 50 Teilprojekte von 2002 bis 2008

Ziel: Klärung offener Fragen

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Definitionen von "nicht-thermisch"

Laie alles unter 1 K Temperaturerhöhung

Biologe Temperaturerhöhung nicht messbar

(schwaches Feld, Thermometer zu

unempfindlich, Thermoregulation, ...)

Physiker andere Mechanismen als Energie-

absorption (direkte elektrische

Einwirkungen)

▌Aber: Nicht-thermische Reaktion treten erst auf, wenn

auch thermische Reaktionen bereits vorliegen.

▌Nicht-thermische WirkungenPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Die früheren Hinweise auf gesundheits-

relevante Wirkungen hochfrequenter

Felder konnten nicht bestätigt werden.

Schlaf

Hirnleistung

Blut-Hirn-Schranke

Immunparameter

Fortpflanzung

Entwicklung oder Verarbeitung von äußeren Reizen

Verursachung von Krebserkrankungen, Tinnitus oder

Kopfschmerzen

▌Aktueller Sachstand (allgemein)Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf


*7219/2011* 7219/2011




▌Es wurden auch keine neuen Hinweise

für mögliche gesundheitsrelevante

Wirkungen gefunden. Insbesondere

auch keine nichtthermischen Wirk-

mechanismen.

▌Die Ergebnisse geben deshalb

insgesamt keinen Anlass, die beste-

henden Grenzwerte zu korrigieren.

▌Offene Fragen

Mögliche Langzeitrisiken für Handynutzungszeiten von

mehr als 10 Jahren?

Reagieren Kinder empfindlicher als Erwachsene?

▌Aktueller Sachstand (allgemein)

Handys!

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf


*7219/2011* 7219/2011




▌Wasserstoffbrücken

Ehydr ≈ 0.2 eV

schwache Bindung

sorgen für Verbindung der

Einzel-DNA-Stränge zur

Doppelhelix

▌Quantenenergie

bei 1 GHz

E1GHz = h f ≈ 4·10-6 eV

▌Mittlere kinetische Energie

E293K = 3 kB T / 2 ≈ 0.04 eV

▌Größenvergleich verschiedener EnergienPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

I, Splette

*7219/2011* 7219/2011




▌Mobilfunk verursacht in der Regel Immissionen durch

Ganzkörper-Exposition von der Basisstation

Teilkörper-Exposition vom Handy

▌Mobilfunk-Immissionen


Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌SAR

ICNIRP, DIN: Mittelung über 10 g Körpergewebe

▌SAR = Maximum über alle 10-g-Würfel

▌SAR des Handys

10-g-Würfel, gering exponiert

10-g-Würfel, mäßig exponiert

10-g-Würfel, stark exponiert

▌SAR = Maximum über

alle 10-g-Würfel

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Rechnerische Simulation

▌Messung

DIN EN 62209-1

maximale Sendeleistung

alle Frequenzbänder

linke und rechte Kopfseite

touch / tilt

▌SAR des HandysPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

IMST GmbH

Niels Kuster, ETH Zürich

*7219/2011* 7219/2011




▌Höhere SAR bei Teilkörper-Exposition erlaubt

Wärmeabfuhr in nicht-exponierte Körperregionen

möglich

▌Lokale SAR von 100 W/kg gefährdet sensible Organe

Linsentrübung am Auge bei 100 W/kg

Wärmeabfuhr am Auge besonders

schwer möglich

▌Teilkörper-Exposition

Rakesh Ahuja

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




Petr Novák, Wikipedia

▌Teilkörper-Exposition mit 2 W/kg

(= maximal zulässige Einwirkung)

▌Grundannahmen:

τ = 200 s Zeitconstante für Temp.-Erhöhung

c = 4.2 kJ / (kg K) Spez. Wärmekapazität

m = 10 g Masse

SAR = 2 W/kg Grenzwert Teilkörper-Exposition

▌Beispiel: Erwärmung des Auges

Bild: Bundesamt für Strahlenschutz

2 W/kg

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




Petr Novák, Wikipedia



▌Aufgenommene Wärme:

ΔQ = SAR · τ · m = m · c · ΔT

▌Resultierende Temperaturerhöhung:

ΔT = SAR · τ / c

ΔT ≈ 2 W/kg · 200 s / (4.2 kJ / (kg K))

= 0.1 K

▌Teilkörper-Grenzwert schützt ausreichend vor

Gesundheitsschäden (Auge: ΔT ≈ 3 K notwendig)

▌Beispiel: Erwärmung des Auges


2 W/kg

!

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




Peter Niemayer



▌Resultierende Temperaturerhöhung:

ΔT ≈ 0.1 K

▌"Aber das Ohr wird doch spürbar warm...?"

kein HF-Effekt!

Blutstau durch Druck des Handys auf das Ohr

Handy-Erwärmung durch Verlustwärme des Akkus

Behinderung der Wärmeabgabe (Wärmestau)

▌Beispiel: Erwärmung des Ohrs


2 W/kg

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Absorbierte Gesamtenergie

E = SAR · Δt

Basisstation mit QE = 5 % Grenzwertausschöpfung

SAR = (0.05)2 · 0.08 W/kg = 2·10-4 W/kg

Zeitraum: 1 Tag

EBTS = 2·10-4 W/kg · 86400 s ≈ 17 J/kg

Handy mit 0.6 W/kg (Blauer-Engel-Kriterium)

SAR = 0.6 W/kg

Zeitraum: 5 Minuten

Ecp = 0.6 W/kg · 300 s ≈ 180 J/kg

▌Dominierende Immissionsquelle ist immer das Handy!

▌Verhältnis von Teil- zu Ganzkörper-ExpositionPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Gesprächsverhalten

sich kurz fassen

Festnetz nutzen

SMS schreiben

▌UMTS nutzen

bessere Leistungsregelung während des Gesprächs

Leistungsregelung schon beim Verbindungsaufbau

meist dichteres Netz

▌Wie kann man Handy-Immissionen minimieren?Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

Scared Poet

*7219/2011* 7219/2011




▌Leistungsregelung nutzen

auf gute Funkversorgung

achten

Telefonate in Kellern,

Tiefgaragen, etc. vermeiden

▌SAR minimieren

beim Kauf auf niedrigen SAR-Wert achten

Headset benutzen

▌Wie kann man Handy-Immissionen minimieren?Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf


Andreas Praefcke

ed g2s

*7219/2011* 7219/2011




▌Basisstationen gehören in die Nähe der Nutzer!

▌Standortfrage bei Mobilfunk-Basisstationen

geringe Kapazität

(nur 1 Sektor nutzbar)

HSPA-Datenrate leidet

unter Entfernung

Technischer Aspekt

OpenStreetMap und Mitwirkende, CC-BY-SA

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Basisstationen gehören in die Nähe der Nutzer!

▌Standortfrage bei Mobilfunk-Basisstationen

Hohe Sendeleistung auf

Handy-Seite erforderlich

Immissionsschutz-Aspekt

Karte: OpenStreetMap und Mitwirkende, CC-BY-SAHandy: Frédéric Bellaiche

Physikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌SAR-Sensor befindet

sich auf der rechten

Geräteseite

Mittelung über 1 g

entspricht

ANSI C95.1-199

▌Lichtwellenleiter darf

nicht geknickt werden

▌Gerät während des

Ladens nicht mess-

bereit

▌ DATA /

CHARGE

Anschlüsse

▌Maschek ESM-120 SAR-Messkopf

▌SENSOR

*7219/2011* 7219/2011




▌RANGE

Bargraph-

Skalierung

(nur Geräteanzeige)

▌ONPower on/off


▌MODE1x Umschaltung

Frequenzbereich

GSM-900, GSM-1800,

UMTS, TETRA, auto

2x Umschaltung

RMS / PEAK

▌TONE1x Gesprächs-

ton on/off

2x SAR-

Indikator-

Ton

▌LIGHT1x Display-

Beleuchtung

2x Permanent

*7219/2011* 7219/2011





▌MEASUREMENTS

Zeitliche

Darstellung

der Messwerte

*7219/2011* 7219/2011





▌OSCILLOSCOPE

Oszilloskop-

Funktion;

Darstellung im

ms-Bereich

▌MODE

kontinuierlich

auto-trigger

triggert auf

25-%-Pegel

des Y-Bereichs

*7219/2011* 7219/2011





▌FREQUENZ-

BEREICH

GSM-900

GSM-1800

UMTS

<...> Auto

TETRA

*7219/2011* 7219/2011





▌CONFIGURE

Establish

communication

ANSI limit

(1.6 W/kg)

ICNIRP limit

(2.0 W/kg)

peak-value

display

*7219/2011* 7219/2011




▌Verbindungsaufbau

am Fenster (3. Stock)

▌Bewegung

vom Fenster

weg

(schlechte-

rer Empfang)

▌MessbeispielPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Pflege und Reinigung

nur mit leicht angefeuchtetem Tuch reinigen

keine Lösungsmittel verwenden

Schläge und Stöße sind zu vermeiden!

▌Maschek ESM-120 SAR-MesskopfPhysikalische

Grundlagen

Technische

Nutzung

Mobilfunk

Ganzkörper-

Exposition,

Grenzwerte

Teilkörper-

Exposition

SAR-Messkopf

*7219/2011* 7219/2011




▌Begleitende Projektseite

http://www.mobilfunkundschule.bayern.de

▌EMF-Datenbank der Bundesnetzagentur

http://emf.bundesnetzagentur.de

▌Ergebnisse des Mobilfunk-Forschungsprogramms

http://www.bfs.de/de/elektro/forsch_mobil.html

▌Empfehlungen und Stellungnahmen der SSK

http://www.ssk.de

▌Diskussionsforum

http://www.izgmf.de/scripts/forum/

▌Weblinks

*7219/2011* 7219/2011




▌EMF-Team des LfU

▌Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

▌EMF-Infoline

0821 / 9071 – 3518

▌EMF-Postfach

[email protected]

Andrea Wellhöfer Clemens Mehnert Thomas Kurz

Karamellzucker

Mobilfunk und Schule - uni-bayreuth.dedid.mat.uni-bayreuth.de/~werner/versuche/handystrahlung/mobilfunk… · veränderliches Feld, das Energie, jedoch keine Materie, durch den Raum

Documents