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Gesundheitliche Auswirkungen von TETRA

Modellierung der Verteilung von SAR-Werten im gesamten Körper und detailliert im Bereich des Kopfes unter besonderer Berücksichtigung des Auges bei Expositionen durch in Deutschland verwendete TETRA-Endgeräte

  • Ziel des Forschungsprojekts war die Bestimmung der Exposition der Nutzer von Funksendegeräten, die im digitalen BOS-Funknetz in Deutschland verwendet werden.
  • Für den typischen Einsatz von TETRA-Funkgeräten im BOS-Netz (das heißt beim Einsatz zur Übertragung von Sprache und Kurznachrichten ohne Kanalbündelung bei 0,25 W mittlerer Sendeleistung) wurde keine Überschreitung der geltenden Grenzwerte gefunden. Dies gilt grundsätzlich auch für die untersuchten eher untypischen Anwendungsfälle, bei denen hohe Expositionen erwartet wurden.
  • Fragen zur Studie werden beantwortet.

Laufzeit: 2010 bis 2012

Projektleitung: Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)

Hintergrund

Die Einführung des bundesweit einheitlichen digitalen Funksystems für die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) verändert die beruflich bedingte Exposition der Beschäftigten gegenüber elektromagnetischen Feldern. In dem für das Funksystem reservierten Sendefrequenzbereich knapp unterhalb von 400 Megahertz (MHz) stellt der mit Kontakt zum Körper oder in unmittelbarer Nähe zum Körper stattfindende Betrieb leistungsstarker Funksendegeräte eine unter Strahlenschutzgesichtspunkten noch vergleichsweise wenig untersuchte Situation dar. Im "Deutschen Mobilfunk Forschungsprogramm" (DMF) wurden vornehmlich Expositionen bei höheren Frequenzen untersucht, so dass Ergebnisse des DMF nur eingeschränkt auf die Expositionssituationen der Beschäftigten von BOS übertragen werden können.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsprojekts war die Bestimmung der Exposition der Nutzer von Funksendegeräten, die im digitalen BOS-Funknetz in Deutschland verwendet werden. Dabei sollte mit Hilfe von Computersimulationen die Verteilung der Werte der "spezifischen Absorptionsrate"(SAR) im Körper für verschiedene praxisrelevante Gebrauchspositionen, Betriebsszenarien beziehungsweise Einsatzsituationen bestimmt und sowohl maximal mögliche wie auch durchschnittlich zu erwartende Werte ermittelt werden. Zubehör wie zum Beispiel Sonderantennen, Hör-Sprechgarnituren oder Headsets sollten berücksichtigt werden. Schließlich sollten die resultierenden lokalen Temperaturerhöhungen in bestimmten, besonders empfindlichen Zielorganen (unter anderem den Augen) untersucht werden.

Die Computersimulationen wurden anhand von Messungen der spezifischen Absorptionsrate an Messphantomen verifiziert und kalibriert.

Ergebnisse

Trunked Mode Operation (TMO)Einklappen / Ausklappen

Die Handfunksprechgeräte lassen sich in verschiedenen Modi betreiben. Der TMO-Betrieb (Trunked Mode Operation) kann als der alltagstypische Fall betrachtet werden. Dabei werden die Basisstationen des BOS-Funknetzes genutzt. Nach heutigem Stand erfolgt dabei keine Kanalbündelung und die Sendeleistung beträgt dann für alle im BOS-Netz eingesetzten Funkgeräte im zeitlichen Mittel einheitlich maximal 0,25 W. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass in dieser Betriebsart sowohl der in Deutschland geltende Grenzwert für die berufliche Exposition (10 W/kg) als auch die empfohlene Begrenzung für die Allgemeinbevölkerung (2 W/kg) in allen betrachteten Szenarien eingehalten und in der Regel sogar deutlich unterschritten wird. Lediglich beim Betrieb eines Handfunksprechgeräts im Fahrzeuginneren bei minimalem Abstand zur metallischen Karosserie wird die empfohlene Begrenzung für die Allgemeinbevölkerung nahezu ausgeschöpft.

Direct Mode Operation (DMO)Einklappen / Ausklappen

Im Direktmodus werden die Gespräche nicht über die Basisstationen vermittelt. Dabei ist im Gegensatz zum TMO-Betrieb die Möglichkeit der Kanalbündelung gegeben. Laut Aussage der Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BDBOS) ist die Kanalbündelung im praktischen Einsatz aber eher untypisch. Die mittlere Sendeleistung kann bei Kanalbündelung auf maximal 1 W steigen. Auch in diesem Betriebsmodus wird der geltende Grenzwert für die beruflich bedingte Exposition von 10 W/kg in allen betrachteten Szenarien eingehalten. Die entsprechende Empfehlung für die Allgemeinbevölkerung kann hier in einzelnen Szenarien überschritten werden, zum Beispiel wenn beim Telefonieren die Antenne dem Kopf sehr nahe kommt. Wenn beim Gebrauch eines Handfunksprechgerätes im Fahrzeuginneren in einer untypischen Position das Handsprechfunkgerät länger als 4,5 Minuten den Kopf berührt, der Kopf zudem am Metallgehäuse des Autos angelehnt wird und alle vier Zeitschlitze gleichzeitig gebündelt werden, kann der SAR-Wert bis zu 80 % des Grenzwertes für berufliche Exposition betragen.

Mobile Fahrzeug-EinbaugeräteEinklappen / Ausklappen

Die mobilen Fahrzeug-Einbaugeräte können im DMO-Betrieb mit vergleichsweise hohen Sendeleistungen von bis zu 10 W betrieben werden. Auch für diesen Fall ergibt sich für Personen, die sich unmittelbar neben einem Fahrzeug mit auf dem Dach montierter Außenantenne befinden, keine Grenzwertüberschreitung. Wird die Antenne berührt, treten allerdings deutlich höhere SAR-Werte auf.

Temperaturerhöhung im GewebeEinklappen / Ausklappen

Die Erwärmung des Gewebes durch die absorbierte Strahlungsleistung beträgt im TMO-Betrieb (0,25 W mittlere Sendeleistung) maximal 0,25 °C und liegt damit unterhalb des von der Internationalen Kommission zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) zugrunde gelegten Bezugswertes von 1 °C. Sie tritt ausschließlich direkt an der Hautoberfläche auf, und zwar bei den typischen Telefonierhaltungen im Bereich der Ohrmuschel und bei der Frontposition an der Nasenspitze. Im Inneren der Augen wurde die stärkste Erwärmung beim Einsatz der Handfunksprechgeräte in Frontposition beobachtet. Sie beträgt 0,075 °C. Bei den Telefonierhaltungen am Ohr ist der maximale Temperaturanstieg mit 0,015 °C für das dem Gerät zugewandte, und nur noch 0,001 °C für das abgewandte Auge erwartungsgemäß bereits deutlich niedriger.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass für den typischen Einsatz von TETRA-Funkgeräten im BOS-Netz (das heißt beim Einsatz zur Übertragung von Sprache und Kurznachrichten ohne Kanalbündelung bei 0,25 W mittlerer Sendeleistung) keine Überschreitung der geltenden Grenzwerte gefunden wurde. Dies gilt grundsätzlich auch für die untersuchten, eher untypischen Anwendungsfälle, bei denen hohe Expositionen erwartet wurden.

Fragen und Antworten zur Studie

Wofür werden die Ergebnisse der Studie benötigt?Einklappen / Ausklappen

Die Energie hochfrequenter Felder führt zu einer Erwärmung des Gewebes, die schädliche gesundheitliche Wirkungen haben kann. Um diese schädlichen Wirkungen auszuschließen, wird die Energieaufnahme durch Grenzwerte beschränkt.

Für die Frequenzbereiche, die für den Mobilfunk genutzt werden, ist die Verteilung der aufgenommenen Energie in biologischem Gewebe und die daraus resultierende Erwärmung in unterschiedlichen internationalen Studien gut untersucht worden. In dem für TETRA genutzten Frequenzbereich ist die Datenbasis dagegen deutlich geringer. Dieses Vorhaben sollte dazu beitragen, die Kenntnislücken zu schließen und so eine breitere Datenbasis für die Risikoabschätzung in diesem speziellen Frequenzbereich zu liefern.

Wie wird eine solche Computersimulation durchgeführt?Einklappen / Ausklappen

Die real eingesetzten Funkgeräte werden am Computer modelliert, sodass eine realistische zeitliche und räumliche Simulation der Ausbreitung der von ihnen ausgehenden elektromagnetischen Felder möglich ist.

Die Ausbreitung dieser Felder im menschlichen Körper wird dann mit Hilfe von hoch aufgelösten „Körpermodellen“ berechnet. Diese Körpermodelle beinhalten

  • den anatomischen Aufbau des menschlichen Körpers, basierend auf Magnetresonanztomographie-Aufnahmen,
  • die dielektrischen Eigenschaften der unterschiedlichen biologischen Gewebearten.

Das Ergebnis dieser Simulation ist die Verteilung des elektrischen und des magnetischen Feldes im Körper.

Daraus kann man zusammen mit den Materialeigenschaften die Absorptionsraten (SAR-Werte) berechnen. Aus dem Ergebnis lässt sich mit einem ähnlichen numerischen Verfahren der Temperaturanstieg aufgrund der absorbierten Strahlungsenergie vorhersagen.

Welche Erkenntnisse gewinnt man aus den Computersimulationen im Vergleich zu Messungen?Einklappen / Ausklappen

Messungen der Strahlenexposition werden an Messphantomen durchgeführt. In ihrem Inneren lassen sich Feldstärkewerte messen, die dann anhand der elektrischen und physikalischen Materialeigenschaften der Messflüssigkeit im Phantom in SAR-Werte umgerechnet werden. Allerdings sind solche Phantome mit einer homogenen Flüssigkeit gefüllt, die den tatsächlichen Eigenschaften des menschlichen Gewebes nur im Mittel entspricht. Der reale anatomische Aufbau eines Menschen mit seinen unterschiedlichen Organen und Geweben und mit unterschiedlicher Durchblutung wird nicht berücksichtigt.

Durch die Computersimulationen erhält man sehr detaillierte Informationen aus dem Inneren des Körpers, die auf direktem messtechnischem Weg nicht zugänglich sind:

  • Man kann die Exposition und die Erwärmung einzelner Organe unter Berücksichtigung unterschiedlicher Durchblutungsraten mit hoher örtlicher Auflösung berechnen.
  • In der Simulation können spezielle Anwendungsszenarien nachgebildet werden.

Die Computersimulation wird anhand von Messungen überprüft und an die Realität angepasst.

Welchen Erkenntnisgewinn bringen diese Messungen und Berechnungen hinsichtlich der gesundheitlichen Wirkungen?Einklappen / Ausklappen

Der erste Schritt ist die Überprüfung, ob die im Arbeitsschutz gültigen Grenzwerte für den bei TETRA genutzten Frequenzbereich in einem realistischen Körpermodell durch die eingesetzten Funkgeräte unter realistischen Bedingungen eingehalten werden, und zwar sowohl in typischen Anwendungssituationen als auch in Situationen, bei denen besonders hohe Strahlenbelastungen zu erwarten sind (sogenannte "Worst-Case-Szenarien").

Im zweiten Schritt wird überprüft, ob die Einhaltung der Grenzwerte garantiert, dass eine möglicherweise schädliche Temperaturerhöhung im Gewebe vermieden wird. Dabei ist besonders bedeutsam, dass mit Hilfe der Computersimulation die Temperaturerhöhung auch für sehr kleine Gewebevolumina ermittelt werden kann. Besonders wichtig ist die Fragestellung für das Auge, das einerseits schlecht durchblutet ist und andererseits beim Telefonieren höheren Feldern ausgesetzt sein kann.

Wer garantiert, dass die verwendeten Geräte die Grenzwerte einhalten?Einklappen / Ausklappen

Die Hersteller sind verpflichtet, die SAR-Werte der Geräte nach der europäischen Norm "EN 62209-1" zu ermitteln und dafür zu sorgen, dass die verwendeten Funkgeräte die für eine Teilkörperexposition in dem entsprechenden Frequenzbereich gültigen Grenzwerte einhalten.

Gibt es zu der Frage der Exposition der Gerätenutzer Erkenntnisse aus anderen Studien oder anderen Ländern?Einklappen / Ausklappen

Es gibt in der internationalen Fachliteratur nur wenige Studien, die sich mit der TETRA-Technologie befassen. Vergleichbare Vorhaben, bei denen konkrete, realistische Anwendungssituationen mit Hilfe von Computersimulationen detailliert untersucht wurden beziehungsweise werden, sind dem BfS nicht bekannt.

Wird die Exposition durch die Sendeanlagen auch untersucht?Einklappen / Ausklappen

Die Endgeräte verursachen eine wesentlich höhere Exposition der Nutzer als die Sendeanlagen. Deshalb sind gesundheitsrelevante Auswirkungen - wenn überhaupt - bei Endgeräten zu erwarten. In dieser Studie wurde daher der Einfluss von Endgeräten untersucht.

Für die Überprüfung der Sendeanlagen ist die Bundesnetzagentur (BNetzA) zuständig. Wie alle ortsfesten Sendeanlagen, die mit mehr als 10 Watt äquivalenter isotroper Strahlungsleistung (EIRP) senden, benötigen auch die Sendeanlagen des Behördenfunknetzes eine Standortbescheinigung der BNetzA. Die BNetzA überprüft regelmäßig, ob die Voraussetzungen der Standortbescheinigung eingehalten werden.

Stand: 14.02.2017

© Bundesamt für Strahlenschutz