תאימות אלקטרומגנטית, התפשטות גלים, RF וסיכוני קרינה

"מורה נבוכים" לקרינה האל והשפעותיה על הסביבה

הקדמה

כאשר התורה מתארת את מתן תורה במעמד הר סיני מסביר משה לקב"ה את חששו מפני התקרבות יתר אל הר סיני באומרו "ויאמר משה אל ה' לא יוכל העם לעלות אל הר סיני כי אתה העדות בנו לאצור הגבל את העם וקידשתו" ולאחר מכן מופיעה אזהרת הכתוב "והעם אל יהרסו לעלות אל ה' פן יפרוץ בם" (שמות יט, כג, כד). קביעה ואזהרה זו של התורה באשר לתחומי ההגבלה מזכירה ומעוררת אותנו למחשבה באשר לזהירות מהלא נודע והנעלם מהעין. עידן התקשורת המודרני מלווה בהימצאותם של עשרות סוגי קורנים שמטרתם הינה להעביר מידע חזותי בשילוב דיבור או/ו נתונים לכל מקום בעולם בזמן קצר ובהיקפים כמותיים גדולים של המידע (רוחבי פס). אולם בעוד שהתועלת הנראית מאמצעים אלה גלויה ומוכחת לכל בר דעת והופכת את העולם ל"כפר קטן", הרי הקרינה האלקטרומגנטית אותם פולטים אמצעי התקשורת האלה מעוררת בנו חשש מהלא נודע הסמוי ואינו מושג בחושינו ועינינו. אם נבין יותר חלק מהיבטי הקרינה העומדים מאחרי אמצעי תקשורת אלה ימוזער החשש, כדברי הרמב"ם ב"מורה הנבוכים" שכל "רעה" נובעת מהיעדר החכמה והיכן שקיימת הידיעה שם מצטמצמת הרעה והנזק שעלול להיגרם. בשורות הבאות ננסה להרחיב מעט את המידע המקצועי בנושא זה ולהפיג מעט מהחששות הנובעות ממידע חסר או לקוי.

סוגי הקרינה ועיקרי תופעות הסיכון

בהתייחסות ל"קרינה" מתכונים למעשה בהגה המקצועית לשני סוגי קרינה עיקריים והם הקרינה ה"מיננת" והקרינה ה"בלתי מיננת". הקרינה ה"מיננת" מקורה בקרינת חלקיקים המשתחררים בפעילות מבוקרת או כזאת שאינה מבוקרת של אטומים מסוימים והשפעתה המיידית על גוף האדם ידועה מזה שנים (למשל קרינת רנטגן) ולפיכך אמצעי המיגון והזהירות הננקטים בה ידועים ומוכרים. לעומתה הקרינה ה"בלתי מיננת" הינה קרינת רדיו שמקורה בשדה האלקטרומגנטי הנוצר סביב אנטנות השידור. במאמר זה נעסוק בקרינה ה"בלתי מיננת" היא היא הקרינה מאמצעי שידור אלקטרוניים בלבד והשלכותיה העיקריות על הסביבה. הספק השידור המשודר ע"י האנטנה הינו למעשה אנרגיה שמועברת על ידי התווך עם או ללא מיסוך לעבר אנטנת הקליטה. בפועל אנרגיה זו יכולה להיספג על ידי עצמים שונים המצויים בתווך השידור שבין המשדר למקלט, יהיו אלה עצמים דוממים כגון מערכות אלקטרוניות שאינן מיועדות למעשה לקלוט את האנרגיה המשודרת, אולם בפועל הימצאותם הפיסית בקרבת אנטנת המשדר מאפשרת ספיגת חלק מהאנרגיה ברמות שונות ע"י אותה מערכת, או לחלופין יכולים אלה להיות בני אדם שיספגו חלק מאנרגיה זאת. למשל, ידועה השפעתה של הקרינה האלקטרומגנטית על מחשבים או ציוד רפואי שפעילותו עלולה להשתבש בעת הימצאותו בקרבה מסוימת לאנטנת המשדר. האפקטים להם השלכה על בני אדם מתחלקים לאפקטים "טרמיים" שהם תוצאה ישירה של ה"חום" המופק ע"י המשדר ומובל ע"י תווך השידור לנקודת הקליטה. אנרגיה זאת ניתנת לכימות ולמדידה בצורה קלה יחסית. את האפקטים ה"אטרמיים קשה יותר לשערך, למדוד ולאמוד ולפיכך חלק גדול מהחשש או הזהירובאשר להשפעת הקרינה על בני אדם נובע דוקא מהאפקטים ה"אטרמיים". אין הוכחה מדעית ברורה באשר להשפעתם של האפקטים ה"אטרמיים" וקיימים בעולם מחקרים או נסיונות להראות השפעות כאלה או לשלול אותן. הבעיה המרכזית בשלילת התופעות ה"אטרמיות" הינה שיש לבחון את השפעתם לאורך זמן ולטווח של מס' שנים ואולי עשרות שנים. אולם בודאות ניתן לומר שמירב ההשפעה של הקרינה האלקטרומגנטית הינו תוצאה של האפקטים ה"טרמיים" שהם ברי מדידה וכימות. בכל זאת על מנת לשערך מרחקי מיגון "בטוחים" יש להפעיל שיקול דעת ולעיתים להחמיר אפילו יותר מאשר התקן דורש. בעולם קיימים תקנים שונים, הן באשר לרמת המיגון הנדרשת לציוד אלקטרוני והן באשר לרמת המיגון הנדרשת למניעת סיכוני קרינה לבני אדם. אפקטים נוספים של הקרינה האלקטרומגנטית באים לידי ביטוי בהשפעתה באפשרית על ציוד היגוי ונוריות בקרה במטוסים, מתחים אלה הינם מתחים הפוכים למתחים שמספק מחשב בקרת הטיסה. למשל, תחנות שידור בעוצמה גבוהה כגון תחנת "קול אמריקה" שתוכננה לפני למעלה מעשר שנים להיות ממוקמת בדרום הארץ, עלולות להשפיע על מטוסים הנעים ברדיוס מסויים סביב התחנה. וכן שידורים בתחום תדרי הת"ג שבין 2 ל 30 מה"צ של תחנת רדיו אירופה החופשית ליד מנכן גרמו להתרסקות מטוס טורנדו ב 6 יולי 1984.

מושגי יסוד בקרינה האלקטרומגנטית

מרכיבי הגל האלקטרומגנטי הינם:השדה החשמלי והשדה המגנטי והיחס המרחבי ביניהם קובע את "קיטוב הגל" שמגדיר את כיוונו המרחבי והזוויתי של הגל. מושג היסוד הבסיסי בהתייחסות למקורות שידור הינו ה"שדה החשמלי" המתאר את תצורת האנרגיה במרחב ומאופין ביחידות של וולט למטר, בד"כ ביחס הפוך למרחק, כך שככל שאנו מתרחקים ממקור השידור, כך קטנה עוצמתו של גל זה. לעיתים, קיימים מספר מקורות שידור והאנרגיה הנקלטת הינה סכום וקטורי מסויים של עוצמות השידור בהתאמה. הגלים האלקטרומגנטיים מאופינים ע"י "ספקטרום השידור" המבטא למעשה את תחום תדרי השידור של האמצעים השונים המופעלים בספקטרום (מערכות תקשורת, משדרי רדיו וטלויזיה לציבור, משדרים סלולריים, מערכות מכ"ם, עורקי תמסורת, לווינים ועוד). בעוד שהגל האלקטרומגנטי מאופיין ע"י אורך גל מסויים, אותו ניתן לראות במכשיר מדידה המכונה בשפה המקצועית "ספקטרום אנלייזר" או "נתח ספקטרום" וערכיו נעים בסקלה המטרית בערכים שנמדדים בד"כ במילימטרים או ביחידות קטנות הרבה יותר, למס' מטרים, הרי תדר השידור הינו המאפיין המרכזי של המשדר והוא נמדד ביחידות של "הרץ" מהרצים אחדים ועד למליוני או אלפי מליון הרץ. הספק השידור נמדד בד"כ בווטים והוא נע בדרך כלל בין ווטים אחדים למגהווטים (מליוני וט). אנטנת השידור מתאמת ומגבירה את הספק השידור לתווך כדי לאפשר העברתו בצורה אופטימלית. בדרך כלל מקובל להגדיר את ספקטרום תדרי הרדיו בתחום התדרים שבין 10 קילוהרץ ל 300 גיגהרץ, למרות שבפועל קיימות מערכות גם בתדרים נמוכים יותר.

לאנטנת השידור משוייך עקום הקרינה המרחבי המתאר את התנהגותו המרחבית של הגל האלקטרומגנטי והשדה החשמלי, כפי שיפורט בהמשך.

תחומי התדר של הגלים האלקטרומגנטיים ואופני ההתפשטות

ארגון התקינה הבינ"ל ה ITU קובע וממליץ על תחום תדרי פעולה לכל סוג שרות בתחום תדרי הספקטרום האלקטרומגנטי. למשל, חלק מתחום התדרים שבאיזור ה 1600 מה"צ נקבע בעולם עבור שימושי לווין ולווינים מטאורולוגיים. הארגון מנתב את השימושים השונים בספקטרום התדרים האלקטרומגנטי ומפלח את תחומי התדר לפי יעודי השימוש, למשל, תחומי שידור לציבור (BROADCASTING), תחומי תדר לשימושים ימיים ואויריים ( (AERONAUTICAL & MARITIMEתחומי תדר המיועדים לחובבים (AMATEUR), תחומי תדר לשימושים לוויניים נייחים וניידים (FIXED SATELLITE) ועוד תחומים נוספים ויעודים נוספים. מנגנוני ההתפשטות העיקריים של הגלים האלקטרומגנטיים הינם:הגל הישיר הנע בתווך שבין אנטנה לאנטנה, הגל המוחזר, גל חלל המוגדר כשילוב בין הגל הישיר לגל מוחזר מהקרקע או/ו ממבנים, גלי קרקע המועברים בעיקר על פני הקרקע (שימושי בקשר HF בתחום התדרים שמתחת ל 10 גה"צ) וגל רקיע המוחזר משכבות היונוספירה (שימושי עבור קשר רדיו לציבור לטווחים ארוכים מאד בין מדינות). ה"מיסוכים" בדרכם של הגלים האלקטרומגנטיים נובעים מהטופוגראפיה המרחבית של פני השטח, כגון, הרים, ימים ונהרות, סוג הקרקע ועוד וכן ממבנים או מחסומים אחרים שנמצאים בדרכו של הגל האלקטרומגנטי הנובעים מתכסית פני השטח, עוצמת החסימה והניחות המירבית לגל האלקטרומגנטי מתקבלת כתוצאה מעצמים מתכתיים או ממבני בטון. מעבר ל"מיסוכים" אלה קיים ניחות טבעי בעוצמתו של הגל המשודר שנקרא "הפסד הנתיב" והוא מותנה כמובן במרחק ובתדר השידור. בהתייחסותינו להיבטי סיכוני הקרינה אנו מגדירים מרחקי "שדה קרוב" שמוגדרים בטווחים של ממטרים בודדים ופחות מכך(עבור קורנים בהספקי שידור והגברי אנטנה נמוכים) ועד מאות מטרים בודדים עבור מערכות המשדרות בהספקים גבוהים מאד (כגון מכ"מי איכון וגילוי חזקים), האיזורים שמעבר ל"שדה קרוב" נקראים "שדה רחוק" ובהם השדה החשמלי נחלש לרמות זניחות ביותר ואין לו השפעה על בני אדם או/ו ציוד.

התקנים וסיכוני הקרינה לבני אדם

התקנים הבינ"ל בנושא מביאים בחשבון את האפקטים ה"טרמיים" ומחמירים מעבר להם ובכך מבוצע תיקון מסויים לתופעות שאינן נצפות ואינן מדידות בטווח הקצר. כאמור לעיל עיקר התופעה מתבטא בחימום גוף האדם החשוף לקרינה, כאשר אפקטים אלה באים לידי ביטוי בעיקר במערכות המשדרות בהספקים גבוהים וברמות חשיפה גבוהות, בסדרי גודל של עשרות ומאות קילווטים. תופעת החימום הינה כוללת את כל גוף האדם או ממוקדת באיברים מסוימים. האיבר הרגיש ביותר לנזקי החימום הינו עדשת העין העלולה לפתח קטרקט במקרים של חשיפה חריגה. איזור החשיפה מוגדר כאיזור ה"שדה הקרוב" והוא מחושב בדרך כלל בתלות במימדי אנטנת השידור וביחס הפוך לאורך הגל בו מבוצע השידור. התקן מבוסס על תופעה של בליעת אנרגיה שתלויה בעוצמת השדות החשמליים והמגנטיים של הקרינה האלקטרומגנטית. ישנם תקני חשיפה לעובדים העוסקים בנושא ויש כאלה לציבור הרחב, התקנים קושרים את ההספק למשקל הגוף והמידה הינה ידועה בשפה המקצועית כ S.A.Rׂ((SPECIFIC ABSORPTUON RATE, עבור התדרים שבין 10 ל 300,000 מה"צ לפי התקן המערבי 0.4 וט לק"ג בממוצע. הגוף פגיע יותר לתדרים שבין 3 ל 300 מה"צ כי אז הגוף בתהודה עם חצי אורך הגל. הרמה המירבית שבתחום התדרים הנמוך הוגדרה בשעתו להיות 61.4 וולט למטר (תקן IRPA).

איזור ההשפעה של המשדר – ה"שדה הקרוב"

איזור ההשפעה של המשדר הנבחן מותנה בעקום הקרינה של אנטנת השידור, עקום זה מפרט את ההתנהגות המרחבית של אנרגית השידור והוא שונה מאנטנה לאנטנה. לפי עקום הקרינה של האנטנה ניתן לתאר מסדרון משוערך שבו הגל האלקטרומגנטי נע במרחב. לעיתים, קיימים מספר משדרים היוצרים השפעה משוקללת של מס' משדרים סמוכים, הן כאשר מדובר על מס' אנטנות זהות או שונות על גבי תורן אחד או כאשר קיים משדר נוסף אחד או יותר המשפיע על האוביקט הנצפה. את ההשפעה המשוקללת של משדר אחד או יותר ניתן לאמוד ולכמת באמצעות אלגוריתמי חישוב וכן תוכנות מחשב קיימות. באמצעות תוכנות אלה ניתן למשל, לתאר ולסמן באופן גראפי את איזורי הסיכון בצבעים שונים, כאשר כל צבע וצבע מתאר רמה מסוימת של עוצמת שדה חשמלי. רמות אלה ניתן להשוות לתקנים הקיימים ובכך למפות על גבי מפות גיאוגראפיות באופן מדעי את איזורי הסיכון.

מקורות שידור אזרחיים עיקריים במדינת ישראל המשפיעים על בני אדם

מקורות השידור העיקריים המוכרים לנו במדינת ישראל הינם:תחנות שידור לרדיו ולטלויזיה, תחנות קרקע לוויניות, עורקי ממסור כיווניים וכן מערכות תקשורת וסלולר שונות המצויות במידה רבה בשטחים עירוניים ואחרים, מכ"מי מזג אויר ועוד. למרות שעוצמת השידור הכוללת של אותם עורקי ממסור הינה גבוהה יחסית הרי היא כיוונית ובדרך כלל השידור מבוצע באלומת שידור צרה ולא לעבר איזורים מיושבים, זאת מכיוון שמנגנון ההתפשטות של עורקים אלה מחייב קיום "קווי ראיה" בין 2 קצוות השידור. תחנות השידור משדרות בדרך כלל גם כן באלומת שידור כיוונית אולם גזרת השידור הינה רחבה ונעה בין 10 ל 60 מעלות ויותר. האנטנות הסלולריות בערים משדרות בגזרת שידור כיוונית של כ 120 מעלות אולם צירוף מס' אנטנות נותן בדרך כלל אלומת שידור כלל כיוונית במרחב. למניעת סכנות קרינה מתחנות השידור נדרש לעמוד בתקנים הבינ"ל בנושא (תקן IRPA שהוזכר לעיל) ולתחם את איזור הסיכון כפונקציה של פרמטרי השידור של אחד או יותר מהמשדרים.

סיכום

סקרנו מעט מההשפעות האפשריות של קורנים על בני אדם ומערכות אלקטרוניות.רוב מקורות השידור הפרושים בערים ובקרבתם הינם מקורות שידור סלולריים בעוצמת שידור נמוכה ולפיכך מרחקי ההפרדה הנדרשים על מנת למנוע חריגה מהתקן הקיים ובעקבותיו סיכוני קרינה לבני אדם הינם נמוכים ובסדר גודל של מס' מטרים בלבד. הימצאותם של "מיסוכים" כגון מבנים או גופים מתכתיים בין אנטנת השידור למטרה באיזור הנבדק ממזערת מאד את איזור הסיכון.