M P - Inhaltsverzeichnis - Biologische Wirkungen Nichtionisierender Strahlung

Spektrum der elektromagnetischen Wellen und biologische Wirkungen

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen

Biologische Wirkungen der elektromagnetischen Felder

Technische Vorschriften und Grenzwerte

Medizinische Anwendungen elektromagnetischer Wellen

(Taschenatlas Kapitel 42)

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

• Elektromagnetische Wellen haben
• eine elektrische Feldstärke E und eine magnetische Feldstärke H;
• E und H stehen aufeinander senkrecht und
• schwingen mit gleicher Frequenz.
• Die Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum ist die größte Geschwindigkeit, mit der Energie übertragen werden kann.
• Die Lichtgeschwindigkeit im Medium ist kleiner als die Vakuumlichtgeschwindigkeit.
• Die Brechzahl ist der Quotient aus Vakuumlichtgeschwindigkeit und Mediumlichtgeschwindigkeit.
• Elektromagnetische Wellen entstehen bei periodischen Bewegung elektrischer Ladungen (elektrische Wechselströme. im elektrischen Schwingkreis)
• Abbremsen elektrischer Ladungen (energiereiche Elektronen, Röntgenstrahlung).
• Elektromagnetische Wellen transportieren Energie in Form von Photonen.
• Die Photonenenergie ist direkt proportional der Frequenz der Welle,
• sie ist indirekt proportional der Wellenlänge.
• Die Sonne ist die energiereichste Quelle elektromagnetischer Wellen für die Erde.
• Als Solarkonstante bezeichnen wir den Energiefluss, der die äußere Atmosphäre auf einem Quadratmeter in einer Sekunde erreicht.
• Solarkonstante = 1,35 kW / m²s
• Elektromagnetische Wellen üben einen Strahlungsdruck aus.
• Der Strahlungsdruck der Sonnenstrahlung beträgt an der Erdoberfläche 10 Pa = 0,01% des Luftdruckes.
• Elektromagnetische Wellen verlieren in Materie durch Wechselwirkung mit Atomen und Molekülen ihre Energie.
• Der Massenschwächungskoeffizient ist der Quotient aus Schwächungskoeffizient µ und Dichte d (= µ /d ;m² / kg).
• Die Halbwertschichte dh= 0,692 / Schwächungskoeffizient.

Begriffe:                      Elektrische Feldstärke E Magnetische Feldstärke H

Vakuumlichtgeschwindigkeit     Solarkonstante         Strahlungsdruck

Schwächungskoeffizient         Halbwertschicht        Massenschwächungskoeffizient

Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen

• Das Spektrum der elektromagnetischeWellen reicht von den statischen Feldern mit einer Frequenz von 0 Hz bis zur sekundären Höhenstrahlung mit 10²¹ Hz.
• Für jeden Bereich im Spektrum der elektromagnetischen Wellen können
• die Frequenz in Hertz,
• die Wellenlänge in Meter und
• die Photonenenergie in Elektronenvolt angegeben werden.
   

Elektromagnetisches Feld		Quellen
1. Statische Felder	0 Hz
1.1 Elektrostatische Felder		Elektrisches Feld der Erde
		Reibungselektrizität
1.2 Magnetostatische Felder		Magnetisches Feld der Erde
		Elektromagnete
2. Niederfrequente Felder und Wellen	- 30 kHz
2.1 ELF-Atmospherics		Wetterfronten
2.2 Elektrische Bahnen	16 2/3 Hz	Elektrische Generatoren
2.3 Wechselstromnetz	50 Hz	Hochspannungsleitung
3. Hochfrequenz - Felder und - Wellen	- 300 MHz
3.1 VLF-Atmospherics		Gewitter
3.2 Radiowellen		Rundfunksender
3.2.1 Langwellen LW
3.2.2 Mittelwellen MW
3.2.3 Kurzwellen KW
3.2.4 Ultrakurzwellen UKW	88-107 MHz	Radio-, Fernsehsender
3.7 Dezimeter- und Zentimeterwellen	- 300 MHz	Funkdienste
4. Mikrowellen	-300 GHz	Satellitenfunk
		Wärmetechnik
5. Optische Strahlung	1mm - 100 nm	Sonne
5.1 Infrarot- Strahlung IR	1mm-780 nm	Wärmequellen
5.2 Sichtbares Licht	780 - 380 nm	Lichtquellen
5.3 Ultraviolett - Strahlung UV	380 - 100 nm	UV-Lampen
5.3.1Vakuum-UV- Strahlung	180 - 100 nm
6. Ionisierende Strahlen	12,4eV- .. MeV	Wellenlängen ab 100 nm und kleiner
6.1 Weiche Röntgenstrahlung
6.2 Harte Röntgenstrahlung		Röntgenröhren
6.3 Gammastrahlung		Radioaktive Präparate
6.4 Elektromagnetische Komponente der Höhenstrahlung		Kosmische Höhenstrahlung

Biologische Wirkungen der elektromagnetischen Felder

• Wir unterscheiden natürliche elektromagnetische Felder = Sferics und
• technisch erzeugte elektromagnetische Felder = Technics.
• Das Leben entwickelte sich unter dem Einfluss der natürlichen Felder, vor allem des elektrostatischen und des magnetostatischen Feldes der Erde und der Felder der Sonne.
• Die zahlreichen technischen Quellen elektromagnetischer Felder bringen zusätzliche Einflüsse, deren Folgen derzeit bei niedrigen Feldstärken noch nicht abzuschätzen sind.
• Bei statischen und niederfrequenten Feldern dominieren die Kraft- und Reizwirkungen, daher werden diese Felder durch die Angabe von Frequenzen und Feldstärken charakterisiert.
• Bei niederfrequenten Feldern dürfen elektrische und magnetische Wirkungen getrennt betrachtet werden.
• Elektrische Felder enden an der Körperoberfläche.
• Magnetische Felder durchdringen den Körper.
• Bei hochfrequenten Wellen dominiert die Erwärmung des Körpervolumens, es werden Frequenzen, Feldstärken und die Dosisgröße Intensität*Zeit angegeben.
• Im optischen Bereich dominieren die Wirkungen auf Auge und Haut, es werden Wellenlängen, Photonenenergien und Bestrahlungsstärken angegeben.
• Infrarotstrahlung führt zur oberflächennahen Erwärmung des Gewebes. Die Wärme wird durch Wärmeleitung abtransportiert.
• Sichtbares Licht erregt die Sehzellen der Netzhaut des Auges.
• Im UV-Bereich kommt es zu photochemischen Vorgängen in der Haut, die von der gewünschten Bräunung (UV-A), Erythembildung (UV-B) bis zur Schädigung und Hautkrebs reichen. UV-C wirkt bakterientötend.
• Ionisierenden Strahlen wirken durch die Ionisation der Atome und Moleküle, es werden Photonenenergien und Dosisgrößen angegeben.
• Die einzelnen Frequenzbereiche werden nach den biologischen Wirkungen noch weiter unterteilt.
   

Ultraviolettstrahlung UV	Wellenlänge		Infrarotstrahlung IR	Wellenlänge
UV - A	380 nm - 315 nm		IR - A	780 nm - 1400 nm
UV - B	315 nm - 280 nm		IR - B	1400 nm - 3000 nm
UV - C	280 nm - 100 nm		IR - C	3000 nm - 1 mm
sichtbares Licht	380 nm - 780 nm

 

	Biologische Wirkungen			Biologische Wirkung
UV - A	Bräunung, Vitamin D Bildung, Hautalterung (Elastose)		IR - A	Thermische Schädigung der Retina, Schädigung der Augenlinse,
UV - B	Erythem, Katarakt, Hautschädigung, - Krebs, DNA - Wirkung		IR - B	Thermische Schädigung der Hornhaut, Schädigung der Augenlinse Thermische Hautverbrennung
UV - C	bakterientötend		IR - C	Thermische Hautverbrennung
sichtbares Licht	Sehvorgang, Steuerung des Tag-Nachtrhythmus, thermische Schädigung der Netzhaut, photochem. Schädigung der Netzhaut (Photoretinitis,bluelighthazard)		sichtbares Licht

Begriffe:      Sferics        Technics       Reizwirkung

               Erwärmung      UV-A,B,C       Charakteristische Größen

Technische Vorschriften und Grenzwerte

• Für alle Wellenlängenbereiche gibt es Grenzwerte für die Feldstärken, Leistungsdichten und Dosisgrößen, die bei technischen Geräten nicht überschritten werden dürfen, um eine Gefährdung der Gesundheit von Menschen auszuschließen.
• Für statische und niederfrequente Felder werden die Grenzwerte so bemessen, dass keine Reize (Elektro-, Magnetophosphene, Muskelkontraktionen, Herzaktionsstörungen) ausgelöst werden .
• Hochfrequente elektromagnetische Wellen werden so begrenzt, dass unter ungünstigsten Umständen maximal 1 W/kg Körpergewicht = 4facher Grundumsatz absorbiert wird.
• Die Strahlstärke optischer Quellen wird so bemessen, dass keine Schädigung des Auges und der Haut eintreten können.
• Für Laser als spezielle Strahlungsquellen gelten besondere Schutzbestimmungen, insbesonders werden Laserschutzbrillen vorgeschrieben.
• Für den Bereich der Nichtionisierenden Strahlung sind die Grenzwerte zum Schutz vor Nichtionisierender Strahlung in internationalen, europäischen und nationalen Normen niedergelegt.
• Für den Bereich der ionisierenden Strahlen wird die maximal zulässige Strahlenbelastung durch das Strahlenschutzgesetz festgesetzt.

Begriffe:      Grenzwerte     Normen         

                Schutz vor Nichtionisierender Strahlung

               Strahlenschutzgesetz

Medizinische Anwendungen elektromagnetischer Wellen

• Elektromagnetische Wellen aller Frequenzbereich werden heute in der Medizinischen Diagnostik und Therapie eingesetzt.
• Technische Normen sorgen jedoch dafür, dass sich medizinische Anwendungen und andere Nutzung wie Funkverkehr von Polizei und Flugverkehr, drahtlose Telephonie oder die Ausstrahlung von Radio- und Fernsehprogrammen gegenseitig nicht stören.
• Elektromedizinische Geräte für Diagnostik und Therapie dürfen daher nur
• Ströme, Felder und elektromagnetische Wellen in bestimmten engen Frequenzbereichen nützen.
• Sie unterliegen strengen Sicherheitsvorschriften und müssen periodisch überprüft werden, um eine Gefährdung von Leben zu vermeiden.
• Diese Vorschriften gelten sowohl für die Humanmedizin, als auch für die Veterinärmedizin.
• Diese Sicherheitsprüfungen dürfen nur autorisierte Prüfstellen durchführen.
• Die Kommission der Europäischen Gemeinschaft hat insgesamt vier Richtlinien (Direktiven) über die Sicherheit medizintechnischer Produkte erlassen.
• Diese Richtlinien haben für die Mitgliedsländer, so auch für Österreich Gesetzescharakter.
   

          VERFAHREN                      WELLENBEREICH

          Kernspinresonanztomographie    Magnetostatische Felder

          Reizstromdiagnostik, - Therapie Niederfrequente Ströme

          Hochfrequenzchirurgie          Hochfrequente Ströme

          Diathermie                     Mikrowellen

          Wärmebehandlung                Infrarotstrahlung

          Thermographie

          Phototherapie                  Sichtbares Licht

          Akupunktur                     Laser

          Laserskalpell

          Provitamin D-Umwandlung UV-A

          Bakterientötende Wirkung       UV-C

          Röntgendiagnostik              Röntgenstrahlung

          Strahlentherapie               Röntgenstrahlung, Gammastrahlung

          Gamma-Knife

Begriffe: Richtlinie  Sicherheitsvorschriften  Autorisierte Prüfstelle

Natürliche und künstliche Elektromagnetische Felder

1. Natürliche elektromagnetische Felder, Wellen und Strahlen

Der Mensch ist in seiner Umwelt zahlreichen elektromagnetischen Feldern ausgesetzt, die in der Sonne, in der Erde und in der Atmosphäre ihre Quellen haben.

2. Zivilisationsbedingte elektromagnetische Felder, Wellen und Strahlen

Die elektromagnetische Wellen umfassen einen Frequenzbereich von 20 Größenordnungen, die alle medizinisch und technisch genutzt werden. Alle bis auf die radioaktiven Strahlen werden durch elektrische Ströme erzeugt. In der Anwendung wird die elektromagnetische Energie zur Erzeugung von Kräften, von Ladungsverschiebungen, zur Erregung von Zellen, zur Erwärmung und schließlich für photochemische Reaktionen und Ionisation von Molekülen genutzt.

 

Fragen: Elektromagnetische Wellen

Fragen: Biologische Wirkungen von Wellen

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