Exposure and absorption estimation of low and radio frequency electromagnetic fields in human tissues: exposure from new wireless technologies

Abstract

Electromagnetic fields (EMFs) are among the top issues of public concern. Non-ionizing EMF radiation becomes an essential area of investigation as wireless technologies evolve continuously. The penetration of mobile communications is enormous, with a vast number of applications and services available. The scope of this Ph.D. work was to measure (and then evaluate) both Low-Frequency (LF) and Radiofrequency (RF) radiation levels (up to 3000 MHz) in areas of sensitive land use in Greece. This project was a major part of the National EMF research program (EDBM34) with the participation of the Medical Physics Lab of the University of Thessaly (Faculty of Medicine). A thousand (1000) spots were selected for the RF part, while 247 were selected for the LF part. We evaluated human safety by comparing the exposure values with the latest, updated safety limits of ICNIRP issued in 2020 and the adopted Greek limits, which are stricter than the ICNIRP’s guidelines. Spectrum analyzers were used in both projects providing detailed information on the emissions present in the environment. During the current Ph.D. thesis, 5G networks started to be deployed in Greece at 700 MHz, 2100 MHz, and 3500 MHz (known as C-band). Our study in 5G was based on a few indicative measurements. Moreover, we reviewed the most important international 5G surveys, investigating the possible increase in human exposure caused by 5G technologies, including the evolution of the Internet of Things (IoT). Based on all the experimental and theoretical data, this Ph.D. thesis concluded on human safety in LF and RF spectrum area, considering the legacy and the new wireless technologies that are expected to exhibit wide use in Greece in the forthcoming years. The current state of knowledge, derived from this Ph.D. work, supports that the new wireless technologies are not expected to considerably change the EMF background in residential and outdoor environments. All measurements results were well below the strictest Greek safety limits for all the spectrum bands investigated. A review of the scientific literature was also a part of the current thesis, including the updated safety guidelines by ICNIRP (2020). In the following years, re-evaluating the RF exposure levels, at the locations already measured, will provide the scientific community with more detailed information on the RF environment due to 5G emissions (more 5G antennas will be installed, more subscribers will use these services). The focus should also be given to the new spectrum that will be used in 5G, above 24 GHz, known as millimeter wave (mmWave) radiation.

Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία (EMF) είναι μεταξύ των κορυφαίων ζητημάτων που απασχολούν το κοινό. Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία EMF αποτελεί ουσιαστικό τομέα έρευνας καθώς οι ασύρματες τεχνολογίες εξελίσσονται συνεχώς. Η διείσδυση των κινητών επικοινωνιών είναι μεγάλη, με έναν σημαντικό αριθμό εφαρμογών και υπηρεσιών. Ο σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής ήταν μέτρηση (και στη συνέχεια την αξιολόγηση) τόσο των επιπέδων ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας (LF) όσο και των επιπέδων ραδιοσυχνοτήτων (μέχρι 3000 MHz) σε περιοχές ευαίσθητων χρήσεων γης στην Ελλάδα. Το έργο αυτό αποτέλεσε σημαντικό μέρος του Εθνικού ερευνητικού προγράμματος EMF (EDBM34) με τη συμμετοχή του Εργαστηρίου Ιατρικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας (Ιατρική Σχολή). Χίλια (1000) σημεία επιλέχθηκαν για το τμήμα RF, ενώ επιλέχθηκαν 247 για το τμήμα LF. Αξιολογήσαμε την ανθρώπινη ασφάλεια συγκρίνοντας τις τιμές έκθεσης με τα πιο πρόσφατα, ενημερωμένα όρια ασφαλείας του ICNIRP που εκδόθηκαν το 2020 καθώς και τα εγκεκριμένα ελληνικά όρια, τα οποία είναι αυστηρότερα από τις κατευθυντήριες γραμμές του ICNIRP. Και στα δύο έργα χρησιμοποιήθηκαν αναλυτές φάσματος παρέχοντας λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τις εκπομπές που υπάρχουν στο περιβάλλον. Κατά την τρέχουσα Ph.D. διατριβή, τα δίκτυα 5G άρχισαν να αναπτύσσονται στην Ελλάδα στα 700 MHz, 2100 MHz και 3500 MHz (C-band). Η μελέτη μας στο 5G βασίστηκε σε μερικές ενδεικτικές μετρήσεις. Επιπλέον, εξετάσαμε τις πιο σημαντικές διεθνείς έρευνες 5G, διερευνώντας την πιθανή αύξηση της ανθρώπινης έκθεσης που προκαλείται από τις τεχνολογίες 5G, συμπεριλαμβανομένης της εξέλιξης του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT). Με βάση όλα τα πειραματικά και θεωρητικά δεδομένα, η διατριβή κατέληξε σε συμπεράσματα σχετικά με την ανθρώπινη ασφάλεια στην περιοχή του φάσματος LF και RF, λαμβάνοντας υπόψη την προυπάρχουσα τεχνολογία καθώς και τις νέες ασύρματες τεχνολογίες που αναμένεται να παρουσιάσουν ευρεία χρήση στην Ελλάδα τα επόμενα χρόνια. Η τρέχουσα κατάσταση γνώσης, που προέρχεται από αυτό το Ph.D., υποστηρίζει ότι οι νέες ασύρματες τεχνολογίες δεν αναμένεται να αλλάξουν σημαντικά το ηλεκτρομαγνητικό υπόβαθρο σε οικιακά και εξωτερικά περιβάλλοντα. Όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων ήταν πολύ κάτω από τα αυστηρότερα ελληνικά όρια ασφαλείας για όλες τις ζώνες φάσματος που ερευνήθηκαν. Η ανασκόπηση της επιστημονικής βιβλιογραφίας ήταν επίσης μέρος της τρέχουσας διατριβής, συμπεριλαμβανομένων των ενημερωμένων κατευθυντήριων γραμμών για την ασφάλεια από το ICNIRP (2020). Τα επόμενα χρόνια, η επαναξιολόγηση των επιπέδων έκθεσης σε ραδιοσυχνότητες, στις τοποθεσίες που έχουν ήδη μετρηθεί, θα παρέχει στην επιστημονική κοινότητα πιο λεπτομερείς πληροφορίες για το περιβάλλον ραδιοσυχνοτήτων λόγω των εκπομπών 5G (θα εγκατασταθούν περισσότερες κεραίες 5G, περισσότεροι συνδρομητές θα χρησιμοποιούν αυτές τις υπηρεσίες ). Η εστίαση θα πρέπει επίσης να δοθεί στο νέο φάσμα που θα χρησιμοποιηθεί για το 5G, πάνω από 24 GHz, γνωστό ως ακτινοβολία κυμάτων χιλιοστών (mmWave).