ملتقى الفيزيائيين العرب

موجات الميكروويف

لقد أطلق مصطلح (الكهرومغناطيسية) على هذه الأشعة بسبب طريقة توليدها داخل الذرة المُثارة، ونتيجة لحركة الشحنات السالبة (الإلكترونات) يتولد تيار كهربي يتسبب في توليد مجال مغناطيسي مُتعامد معه، وتنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في اتجاه مُتعامد على كل منها. ومن مصادر الضوء المرئي أشعة الليزر، وهو ضوء مرئي أحادي الطاقة ينتشر بكميات هائلة في مسار دقيق، ومن ثم تكون الطاقة الكلية المصاحبة له كبيرة جدا، الأمر الذي أهله للقيام بعمليات القطع واللحام في المجالات الطبية والصناعية.
وتتميز الموجات الكهرومغناطيسية للميكروويف بقدرتها على الانتشار في الأوساط المسامية وعدم الانتشار في الأوساط المعدنية. وقد شاع استخدام أفران الميكروويف في طهي وإعداد الطعام، كما اتسعت دائرة استخدام الميكروويف في الأغراض الطبية، وتنقسم الموجات الكهربية التي تحمل فوتوناتها طاقة أقل من طاقة الميكروويف إلى موجات قصيرة ومتوسطة وطويلة. ويختلف تأثير الإشعاعات الكهرومغناطيسية في المواد بحسب طاقة الإشعاع، ويجري تصنيف الإشعاعات إلى نوعين، المؤينة وغير المؤينة، ويسبب الإشعاع المؤين تأين الذرات بالوسط الذي يعبره، أما الإشعاع غير المؤين فهو الذي لا يسبب تأين ذرات الوسط الذي يعبره حيث يقف عند حد إثارة ذراته. وفي مجال الإشعاعات الكهرومغناطيسية، ينتمي إلى الإشعاع الجامي والأشعة السينية(أشعة اكس) بينما ينتمي إلى الأشعة غير المؤينة الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة دون الحمراء والميكروويف والموجات الكهربية.
ومواكبة للتطور السريع في التقنيات النووية والإشعاعية، حظيت الإشعاعات المؤينة فوتونات كانت أم جسيمات باهتمام واسع من قبل الباحثين، إلا أن الإشعاعات غير المؤينة ظلت بعيدة عن دائرة الاهتمام المباشر من العلماء حتى وقت قريب. ولقد شهدت العقود الماضية تطورا سريعا في استخدامات الإشعاعات غير المؤينة منها أشعة الليزر وأشعة الميكروويف والأشعة دون الحمراء أو ما يسمى بالأشعة الحرارية وغيرها، الأمر الذي دعا العلماء إلى تعميق المعرفة العلمية حول تأثير هذا النوع من الإشعاعات في الكائنات الحية.
تعرض الإنسان للإشعاعات الكهرومغناطيسية
يتعرض الإنسان على مدى حياته للموجات الكهرومغناطيسية ذات ترددات متفاوتة تنبعث من عديد من المصادر الطبيعية والاصطناعية، وعلى سبيل المثال، تنشأ المجالات الكهرومغناطيسية عن عدة ظواهر طبيعية منها عمليات التفريغ في الشمس أو الفضاء أو أجواء الأرض ، كما تنشأ عن المصادر الاصطناعية التي تولد الطاقة الكهربائية أو التي تسير بالتيار الكهربائي، وتتسبب المصادر الاصطناعية في إحداث مجالات كهرومغناطيسية تزيد مستوياتها في بعض الحالات عن أضعاف المعدلات الطبيعية لهذه المجالات. ومن بين أهم المصادر الاصطناعية لانبعاث المجالات الكهرومغناطيسية، أجهزة الاتصالات المزودة بهوائيات البث والاستقبال والأجهزة التي تنطلق منها هذه الموجات أثناء تشغيلها منها شاشات العرض التلفزيوني ووحدات رفع قوة التيار الكهربائي والمحولات الكهربائية وغيرها.
ولقد واكب الثورة الصناعية بصفة عامة وثورة المعلومات والاتصالات بصفة خاصة، انتشار واسع لأجهزة التلفاز والفيديو والكمبيوتر والألعاب الإلكترونية والهاتف اللاسلكي والهاتف النقال وأجهزة الليزر والميكروويف، كما تضاعفت أبراج البث الإذاعي والتلفزيوني ومحطات استقبال بث الأقمار الاصطناعية ومحطات الاتصالات اللاسلكية ومحطات الرادار ومحطات تقوية الاتصالات بشبكات الهاتف النقال.
وتتزايد معدلات امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية بفعل العديد من الأجهزة الكهربائية المنزلية ومسار خطوط الجهد العالي المتاخمة للمنازل والمصانع ومواقع التجمعات البشرية، كما تتزايد تلك المعدلات مع التوسع في تقنيات العلاج الطبي باستخدام أجهزة توليد الموجات المغناطيسية وفوق الصوتية والتقنيات الصناعية باستخدام ماكينات لحام المعادن والتقنيات المنزلية باستخدام أفران الميكروويف ووسائل الاتصالات الإلكترونية.
وعلى سبيل المثال تشكل المنظومات الكهربائية المستخدمة في المنازل ، والتي تفتقر إلى التوصيلات الأرضية الفعالة في كثير من البلدان، مصادر لمجالات مغناطيسية تتراوح شدتها بين 5و. حتى 8 جاوس، وتردد موجاتها بين 5 حتى 50 هيرتز، وتصاحب هذه المجالات مجالات كهربية لها نفس الترددات، وتتراوح شدتها على سطح بعض هذه الأجهزة بين 20حتى 30 كيلو فولت على المتر. ويصل المجال الكهربي على سطح تلفاز 22بوصة حتى 30 كيلو فولت على المتر وترددات تصل إلى 12كيلوهيرتز، كما أدخلت في المجال الطبي أجهزة لتوليد موجات مغناطيسية تتراوح شدتها بين 200 حتى 16ألف جاوس.

امتصاص الإشعاعات الكهرومغناطيسية بالجسم

تتأثر معدلات امتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية تأثرا كبيرا بعديد من العوامل الفيزيائية والبيولوجية منها، قيمة ذبذبة الإشعاع الساقط ووضع الجسم داخل المجال الكهرومغناطيسي. وقد أوضحت الدراسات أن معدل امتصاص الجسم للطاقة الكهرومغناطيسية يعتمد بقدر كبير على توجه المحور الأكبر لجسم الإنسان بالنسبة للمجال الكهربي ويبلغ معدل الامتصاص قمته عندما يكون طول الجسم مساويا إلى 4و0 تقريبا من طول الموجة وعند ذبذبات تتراوح قيمتها بين 70ـ80ميجاهيرتز (الذبذبات الرنينية) وعندما يكون الإنسان معزولا عن التلامس الأرضي. وقد لوحظ أن ملامسة الإنسان للأرض تحت هذه الظروف تخفض الذبذبات إلى ما يقرب من النصف(35ـ40ميغا هيرتز) ، ويوضح ذلك أهمية العناية بإقامة نظم التوصيلات الأرضية في الشبكات الكهربائية بالمدارس والمنازل ومنشآت العمل المختلفة.

حدود التعرض في حالات الضرورة

تعتمد حدود التعرض الممكن السماح بها على تعرض الجسم الكلى لمعدل امتصاص نوعي Specific Absorption Rate لفترة زمنية قدرها 6 دقائق. وتشير نتائج الدراسات التي أجريت حتى الآن إلى أنه يمكن للإنسان أن يتعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية وبصورة متكررة حتى هذا المستوى دون حدوث تأثيرات صحية ضارة. ويعبر عن هذا الحد بمتوسط كثافة القدرة الملى وات/سم2، ويؤخذ في الاعتبار أن متوسط قدرة الجهاز الذي تصدر منه الإشعاعات تحتسب بالحد الأعلى للقدرة منقوصا منه عامل Transmitter modulationوحركة الهوائي، ويتم الحساب على أساس القدرة القصوى.
وفي مجال حساب حدود التعرض الممكن السماح به في حالات الضرورة، يجب التمييز بين معايير التعرض الشخصي ومعدلات الانبعاث من أداء المُعدة مصدر الإشعاعات، وتعنى معايير التعرض الشخصي بالمستوى الأقصى الآمن لكثافة القدرة وزمن التعرض ومساحته( الجسم الكلي أو أجزاء منه). أما معدل الانبعاث من أداء المُعدة فيشير إلى الحد الأقصى للانبعاث على مسافات متفاوتة من المعدة ، والتي يجب أن تؤكد أن مستوى هذا الانبعاث يتسبب في تعرض شخصي لمستويات من الإشعاعات الكهرومغناطيسية تقل كثيرا عن الحد الأقصى الممكن السماح به لهذا التعرض.

التأثيرات الصحية للإشعاعات الكهرومغناطيسية

ü تتركز شكوى التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية في الصداع المزمن والتوتر والرعب والانفعالات غير السوية والإحباط وزيادة الحساسية بالجلد والصدر والعين والتهاب المفاصل وهشاشة العظام والعجز الجنسي واضطرابات القلب وأعراض الشيخوخة المبكرة.
ü تتفق العديد من البحوث العلمية الإكلينيكية على أنه لم يستدل على أضرار صحية مؤكدة نتيجة التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية بمستويات اقل من 5و0 مللى وات/سم2، إلا أن التعرض لمستويات أعلى من هذه الإشعاعات وبجرعات تراكمية قد يتسبب في ظهور العديد من الأعراض المرضية ومنها:
- أعراض عامة وتشمل الشعور بالإرهاق والصداع والتوتر.
- أعراض عضوية وتظهر في الجهاز المخي العصبي وتتسبب في خفض معدلات التركيز الذهني والتغيرات السلوكية والإحباط والرغبة في الانتحار، وأعراض عضوية وتظهر في الجهاز البصري والجهاز القلبي الوعائي والجهاز المناعي.
ü التأثير في أداء الأجهزة الطبية المستخدمة في تنشيط النبضات القلبية ومعدلات التنفس وغيرها.
ü ظهور الأورام السرطانية.
ü الشعور بتأثيرات وقتية منها النسيان وعدم القدرة على التركيز وزيادة الضغط العصبي وذلك بعد التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية بمستويات من 01و0 إلى 10مللى وات/سم2، وسميت تلك الأعراض بالتغيرات السيكولوجية.
ü التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية يتسبب في اختلال عمليات التمثيل الغذائي بالأنسجة والخلايا الحية ويرجع ذلك للحمل الحراري الزائد.
ü أوضحت الاختبارات أن التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية يؤثر في النظام العصبي المركزي، ويترتب على ذلك تأثيرات في العصب السمعي والعصب البصري.
ü التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية بمستويات تبدأ من 120مللى وات/سم2 يؤثر في وظيفة إفراز الهرمونات من الغدة النخامية، الأمر الذي قد يؤثر في مستوى الخصوبة الجنسية.
ü يتخيل المتعرضون للإشعاعات الكهرومغناطيسية بمستويات تبدأ من 700مللى وات/سم2، سماع أصوات كما لوكانت صادرة من الرأس أو بالقرب منه.
ü التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية يلحق الضرر بشبكية العين وعدسة العين البلورية، وأن ارتفاع درجة حرارة عدسة العين إلى حوالي 41درجة مئوية، يمكن أن يؤدي إلى ظهور عتامات في عدسة العين(كتاركت)، إلا أن قيمة الذبذبات وكثافة القدرة لهذه الإشعاعات القادرة على إحداث عتامة عدسة العين في الإنسان مازالت متضاربة. وقد وجد أن تعريض حيوانات التجارب لمدة ساعة واحدة للإشعاعات الكهرومغناطيسية بذبذبة 2450ميغاهرتز عند 100مللى وات/سم2 يكون كافيا لإحداث الـ «كتاركت».
ü أوضحت بعض الدراسات الميدانية في فنلنده حدوث سرطانات في الأنسجة المختلفة نتيجة التعرض للطاقات العالية من الميكروويف.
ü تأثر أداء الأجهزة الاصطناعية لتنظيم ضربات القلب ، وذلك عند تعرض المرضى المستخدمين لهذه الأجهزة للإشعاعات الكهرومغناطيسية بذبذبات من 1و0 إلى 5غيغاهرتز أو لسعة ذبذبة أكثر من 10ميكروثانية أو مجال كهربي شدته أكثر من 200فولت/أمبير.
ü رغم عدم توافر دراسات كافية عن تأثير للإشعاعات الكهرومغناطيسية في المعادن، إلا أنه ينصح بعدم التعرض للمستويات المؤثرة لهذه الإشعاعات، وذلك لمرضى كسور العظام الحاملين للشرائح أو المسامير المعدنية المستخدمة في تثبيت الكسور.
ü يتزايد القلق في شأن تأثير التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية على ميكانيكية التنبيه العصبي بمنظومات الجسم الحي، إذا ما أخذ في الاعتبار نتائج البحوث العلمية عن تأثير الإشعاعات المنبعثة من الهاتف النقال على الرقائق الإلكترونية المنظمة لعمل عدادات محطات ضخ البنزين والتشويش الذي تحدثه في التحكم الإلكتروني في إقلاع وهبوط الطائرات.
.

الخلفية العلمية للتأثيرات الحيوية للإشعاعات الكهرومغناطيسية
يترتب على امتصاص الطاقة من الموجات الكهرومغناطيسية إلى الجسم الحي انتقالها إلى الأنسجة والخلايا الحية، الأمر الذي يتسبب في ارتفاع مستوى الطاقة في الجزيئات ثنائية القطب Dipoles الموجودة بالأنسجة والخلايا الحية . ويشكل الماء الجزيء الأساسي ثنائي القطب بالمادة الحيوية، ومن ثم يعمل كوسط امتصاص جيد للطاقة الكهرومغناطيسية. ومن المعلوم أن الأنسجة والخلايا الحية تحتفظ بمستويات من الأحمال الحرارية تنتج عن التفاعلات الأيضية Metabolicبالأعضاء الحيوية، ويترتب على امتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية عبئا حراريا يضاف إلى الحمل الحراري للأنسجة والخلايا الحية. وتمتلك بعض أجناس الكائنات الحية ومنها الثدييات والطيور القدرة على تنظيم درجة حرارتها الداخلية، بما تمتلكه من ميكانيكية بيولوجية تعمل على طرد الحرارة الزائدة وتحقيق الاتزان بين الحرارة المكتسبة والحرارة المفقودة. وتسهم في هذه الميكانيكية عمليات زيادة سرعة التنفس وزيادة إفراز العرق وسرعة تدفق الدم بأنسجة الجلد، وفي الحالات التي تزيد فيها الحرارة المكتسبة عن الحرارة المفقودة ترتفع درجة حرارة النسيج الحي، وإذا ما تجاوزت درجة الحرارة مستوى معينا، وظلت لفترة زمنية كافية، فإن النسيج الحيوي يتعرض للأضرار التي يمكن أن تنتهي بتدمير الأنسجة والخلايا الحية. وتتسبب العديد من ظواهر التأثيرات البيولوجية للإشعاعات الكهرومغناطيسية في ظاهرة التسخين، بمعنى ارتفاع درجة الحرارة وما يتبعها من أنشطة فيزيولوجية تستهدف استعادة المستوى الطبيعي للحمل الحراري بالأنسجة والخلايا الحية.
وقد أشارت نتائج البحوث التي أجريت على حيوانات التجارب إلى أن التعرض للمجالات الكهربية والمغناطيسية بالترددات المنخفضة يؤثر في التركيب الجزئي لجدار الخلية الحية، حيث يُضعف من معدلات نفاذيته للأيونات ويغير من تركيب محتواه من الدهون الفسفورية والبروتينيات، الأمر الذي يؤثر في معدلات الأداء الحيوي للخلايا. وأوضحت بعض الدراسات أن التأثيرات البيولوجية للتعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية يمكن إرجاعها إلى عدة عوامل منها التأثير في مستوى الكالسيوم داخل الخلايا الحية والتخليق البروتيني والتعبير ارجيني وانقسام الخلايا والاتصالات الخلوية ودورة الخلية والمادة الوراثية.
كما أشارت نتائج البحوث العلمية إلى التأثيرات السمية للإشعاعات الكهرومغناطيسية في المادة الوراثية الخلوية وما يترتب على ذلك من ارتفاع معدلات الإجهاض وانخفاض وزن الأجنة ومعدلات نموها وزيادة احتمالات تشوهاتها الخلقية، كما تشير البحوث إلى ارتفاع معدلات إصابة الأطفال بسرطان الدم نتيجة التعرض للموجات الكهرومغناطيسية. وتشير التجارب العلمية إلى ان التعرض للإشعاعات الكهرومغناطيسية يتسبب في اختلالات وظيفية تنطوي على تغيرات في تدفق مادة الكالسيوم، مما يؤثر في معدلات الانقسام الخلوي وتغير في نفاذية الأغشية الخلوية وتغيرات في أداء الحاجز المخي واختلال في وظائف الجهاز المناعي.
وحديثا أشارت بعض الدراسات البيولوجية إلى ظاهرة توليد مجالات مغناطيسية بالخلايا الحية عند قيامها بوظائفها الحيوية وقيام الخلايا بالاتصال فيما بينها عن طريق هذه المجالات التي تؤثر في حركة الأيونات داخل الخلايا المجاورة، ومنها تنتقل الإشارة كلغة تخاطب خلوية، وإذا ما أخذنا ذلك في الاعتبار يمكن تفسير تأثير المجال المغناطيسي الخارجي في الخلايا الحية وأسلوب التدخل في النظام الفسيولوجى
للخلية وما يترتب على ذلك من اختلالات وظيفية ومرضية. كذلك أشارت بعض التجارب إلى تأثير الموجات القصيرة في الجنين البشري والأعضاء التناسلية للأنثى، حيث سجلت زيادة في إفراز الهرمونات واختلال تدفق الدورة الدموية في المشيمة في الحوامل، والتي تؤدي إلى انخفاض معدلات تدفق الدم إلى الجنين مما يؤثر في معدلات نموه ومراحل تطوره. كما أوضحت نتائج بعض التجارب أن التعرض للموجات الكهرومغناطيسية يتسبب في الحد من معدل إفراز هرمون الميلاتونين وزيادة معدل إفراز بعض الهرمونات خاصة هرمون الأستروجين، مما يسهم في زيادة معدل ظهور الأورام السرطانية، خاصة سرطان الثدي في الإناث كما أثبتت الدراسات أن تعرض جسم الإنسان على بعد 50سم من شاشات أجهزة الكمبيوتر الشخصية تتسبب في حدوث بعض الاختلالات في الدورة الدموية.

مخاطر تعرض الإنسان للإشعاعات الكهرومغناطيسية

تختلف حدة التأثيرات البيولوجية والصحية للمجالات الكهربية والمغناطيسية و الكهرومغناطيسية بحسب معدلات تردد الإشعاعات وشدتها وزمن التعرض لها ومدى الحساسية البيولوجية للتأثير الإشعاعي في الفرد أو العضو أو النسيج أو الخلية الحية، وتزداد حدة التأثير الإشعاعي مع زيادة مستوى الجرعة الإشعاعية الممتصة داخل أعضاء الجسم المختلفة ومع تصاعد الجرعات التراكمية وبفعل التأثير المؤازر لبعض المؤثرات البيئية، ومن ثم وضعت الضوابط التي تكفل منع أي تعرض إشعاعي يترتب علىه أضرارا قطعية بأنسجة الجسم وخلايا الجسم الحي، وقصر التعرض على المستوى الآمن الذي يمثل أدنى مستوى يمكن الوصول إلىه لتحقيق الهدف من هذا التعرض مهنيا كان أو تقنيا أو خدميا أو طبيا، إلا أنه يجدر الأخذ في الاعتبار أن المستويات المتفق علىها دوليا للتعرض الآمن للإشعاعات لاتضمن عدم استحداث الأضرار الاحتمالية جسدية كانت أم وراثية، والتي قد تنشأ بعد فترات زمنية طويلة نسبيا سواء في الأفراد الذين تعرضوا لهذه المستويات أو في أجيالهم المتعاقبة.
وتنشأ الأضرار القطعية للجرعات الإشعاعية العالية والمتوسطة في خلال دقائق إلى أسابيع معدودة، وتتسبب في الاختلال الوظيفي والتركيبي لبعض خلايا الجسم الحي والتي قد تنتهي في حالات الجرعات الإشعاعية العالية إلى موت الخلايا الحية. أما التعرض لجرعات إشعاعية منخفضة التي قد لا تتسبب في أمراض جسدية سريعة، إلا أنها تحفز سلسلة من التغيرات على المستوى تحت الخلوي وتؤدى إلى الإضرار بالمادة الوراثية بالخلية الجسدية مما قد يترتب علىه استحداث الأورام السرطانية التي قد يستغرق ظهورها عدة سنوات، أما الإضرار بالمادة الوراثية بالخلية التناسلية فيتسبب في تشوهات خلقية وأمراض وراثية تظهر في الأجيال المتعاقبة للآباء أو الأمهات ضحايا التعرض الإشعاعي، وتُعرف الأضرار الجسدية أو الوراثية متأخرة الظهور بالأضرار الاحتمالية للتعرض الإشعاعي.
وإذا كان من اللازم أن تصل الجرعات الإشعاعية الممتصة إلى مستوى محدد حتى يمكنها أن تحدث الأضرار القطعية الحادة، إلا أن بلوغ هذا المستوى ليس ضروريا لاستحداث أي من الأضرار الاحتمالية، جسدية كانت أم وراثية، حيث إنه يمكن لأقل مستوى من الجرعات الإشعاعية إحداث الأضرار البيولوجية المتأخرة، إلا انه يجدر الأخذ في الاعتبار عدم وجود التجانس بين الأفراد في مستوى الاستجابة البيولوجية للتعرض الإشعاعي، إذ قد يتأثر بها فرد دون الفرد الآخر أو عضو حي دون العضو الآخر، ويرجع ذلك إلى العديد من الأسباب البيولوجية والبيئية، ومنها اختلاف معدلات ميكانيكية الجسم الحي في إصلاح الأضرار التي تلحق بالأنسجة والخلايا الحية، واختلاف العمر والجنس، ومستوى التعرض لبعض العوامل البيئية التي تلحق الضرر بالمادة الوراثية الخلوية منها الملوثات الكيميائية والعدوى بالميكروبات والطفيليات وسوء التغذية بالبروتينات وارتفاع درجة حرارة الجسم.
وقياسا على ذلك، فإن تعرض شخص ما لجرعة إشعاعية لا يعني على وجه اليقين أن قدره يحتم إصابته بالأورام السرطانية أو تعرض ذريته للأضرار الوراثية، إلا أنه يكون في الغالب مُعرضا بدرجة أكبر لمواجهة تلك الأضرار إذا ما قورن بحالته إذا لم يكن قد تعرض لمثل تلك الجرعة الإشعاعية، ويزداد معدل احتمالات مثل تلك الأضرار مع تصاعد مستوى الجرعة التي تعرض لها.
ورغم الدراسات المستفيضة التي تجرى على مستوى العالم حول المخاطر الصحية التي يواجهها البشر بفعل التعرض الإشعاعي، إلا أن النتائج التي تم التوصل إلىها حتى الآن في مجال التأثيرات الجسدية المتأخرة للتعرض للمستويات المنخفضة من الإشعاع، مازالت تواجه صعوبات بالغة تعترض سبيل دقة التنبؤ بأخطارها، وتزداد تلك الصعوبات كلما انخفض مستوى الجرعة الإشعاعية الممتصة. وإذا كانت هذه هي الحال بالنسبة لدقة قياس احتمالات ظهور الأورام السرطانية، فإن دراسة التأثيرات الوراثية للتعرض لمستويات منخفضة من الإشعاع تواجه صعوبات أكثر تعقيدا ، وذلك بسبب ندرة المعلومات الدقيقة عن الأضرار الوراثية للتعرض الإشعاعي المنخفض ولطول الفترة الزمنية التي تنقضي قبل ظهورها عبر أجيال متعاقبة وصعوبة التمييز بين التأثيرات الوراثية التي يُحدثها التعرض الإشعاعي ، وتلك التي تنشأ عن وسائل أخرى منها الملوثات البيئية والكيميائية