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Führende Experten für HF-Dosimetrie analysieren die Auswirkungen von 5G – und den Unterschied zwischen Exposition und Dosis

Kenneth R. Foster verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Erforschung hochfrequenter Strahlung (RF) und ihrer Auswirkungen auf biologische Systeme. Nun ist er gemeinsam mit zwei anderen Forschern, Marvin Ziskin und Quirino Balzano, Mitautor einer neuen Studie zu diesem Thema. Zusammen verfügen die drei (allesamt IEEE-Stipendiaten) über mehr als ein Jahrhundert Erfahrung auf diesem Gebiet.
Die im Februar im International Journal of Environmental Research and Public Health veröffentlichte Studie untersuchte die letzten 75 Jahre der Forschung zur Bewertung der HF-Exposition und Dosimetrie. Darin beschreiben die Co-Autoren detailliert, wie weit das Feld fortgeschritten ist und warum sie es als wissenschaftliche Erfolgsgeschichte betrachten.
IEEE Spectrum sprach per E-Mail mit dem emeritierten Professor Foster von der University of Pennsylvania. Wir wollten mehr darüber erfahren, warum Studien zur Bewertung der HF-Exposition so erfolgreich sind, was die HF-Dosimetrie so schwierig macht und warum die öffentliche Besorgnis hinsichtlich der Gesundheit und der drahtlosen Strahlung scheinbar nie verschwindet.
Für diejenigen, die mit dem Unterschied nicht vertraut sind: Was ist der Unterschied zwischen Exposition und Dosis?

Kenneth Foster: Im Zusammenhang mit der HF-Sicherheit bezieht sich die Exposition auf das Feld außerhalb des Körpers und die Dosis auf die im Körpergewebe absorbierte Energie. Beide sind für viele Anwendungen wichtig – beispielsweise in der Medizin, im Arbeitsschutz und in der Sicherheitsforschung im Bereich Unterhaltungselektronik.
„Einen guten Überblick über die Forschung zu den biologischen Auswirkungen von 5G bietet der Artikel von [Ken] Karipidis, in dem ‚keine schlüssigen Beweise dafür gefunden werden, dass schwache HF-Felder über 6 GHz, wie sie in 5G-Netzen verwendet werden, gesundheitsschädlich sind‘.“ – Kenneth R. Foster, University of Pennsylvania
Foster: Die Messung von HF-Feldern im freien Raum ist kein Problem. Das eigentliche Problem, das in einigen Fällen auftritt, ist die hohe Variabilität der HF-Exposition. Beispielsweise untersuchen viele Wissenschaftler die HF-Feldstärke in der Umwelt, um Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit auszuräumen. Angesichts der großen Anzahl von HF-Quellen in der Umwelt und des schnellen Abfalls des HF-Felds jeder Quelle ist dies keine leichte Aufgabe. Die genaue Beschreibung der individuellen Exposition gegenüber HF-Feldern ist eine echte Herausforderung, zumindest für die wenigen Wissenschaftler, die dies versuchen.

Als Sie und Ihre Co-Autoren Ihren IJERPH-Artikel verfassten, war es Ihr Ziel, auf die Erfolge und dosimetrischen Herausforderungen von Expositionsbewertungsstudien hinzuweisen? Foster: Unser Ziel ist es, auf die bemerkenswerten Fortschritte hinzuweisen, die die Expositionsbewertungsforschung im Laufe der Jahre gemacht hat. Dies hat viel Klarheit in die Untersuchung der biologischen Auswirkungen von Hochfrequenzfeldern gebracht und zu großen Fortschritten in der Medizintechnik geführt.
Inwieweit hat sich die Instrumentierung in diesen Bereichen verbessert? Können Sie mir beispielsweise sagen, welche Instrumente Ihnen zu Beginn Ihrer Karriere im Vergleich zu heute zur Verfügung standen? Wie tragen verbesserte Instrumente zum Erfolg von Expositionsbewertungen bei?
Foster: Die in der Gesundheits- und Sicherheitsforschung verwendeten Instrumente zur Messung von HF-Feldern werden immer kleiner und leistungsfähiger. Wer hätte vor einigen Jahrzehnten gedacht, dass kommerzielle Feldinstrumente robust genug werden würden, um an den Arbeitsplatz mitgenommen zu werden, und HF-Felder messen können, die stark genug sind, um ein Berufsrisiko darzustellen, und gleichzeitig empfindlich genug, um schwache Felder von weit entfernten Antennen zu messen? Und gleichzeitig das genaue Spektrum eines Signals bestimmen können, um dessen Quelle zu identifizieren?
Was passiert, wenn die drahtlose Technologie in neue Frequenzbänder vordringt – beispielsweise Millimeter- und Terahertzwellen für Mobilfunk oder 6 GHz für Wi-Fi?
Foster: Auch hier liegt das Problem in der Komplexität der Expositionssituation und nicht in der Instrumentierung. Beispielsweise senden 5G-Mobilfunkbasisstationen im Hochbandbereich mehrere Strahlen aus, die sich durch den Raum bewegen. Dies erschwert die Quantifizierung der Exposition von Personen in der Nähe von Mobilfunkstandorten, um zu überprüfen, ob die Exposition sicher ist (was fast immer der Fall ist).
„Ich persönlich mache mir mehr Sorgen über die möglichen Auswirkungen von zu viel Bildschirmzeit auf die kindliche Entwicklung und über Datenschutzprobleme.“ – Kenneth R. Foster, University of Pennsylvania

Wenn die Expositionsbewertung ein gelöstes Problem ist, was macht den Sprung in die genaue Dosimetrie so schwierig? Was macht Ersteres so viel einfacher als Letzteres?
Foster: Die Dosimetrie ist anspruchsvoller als die Expositionsbewertung. Normalerweise kann man eine HF-Sonde nicht in den Körper einer Person einführen. Es gibt viele Gründe, warum man diese Informationen benötigen könnte, beispielsweise bei Hyperthermiebehandlungen zur Krebsbehandlung, bei denen das Gewebe auf genau festgelegte Werte erhitzt werden muss. Bei zu geringer Hitze gibt es keinen therapeutischen Nutzen, bei zu starker Hitze kommt es zu Verbrennungen beim Patienten.
Können Sie mir mehr darüber erzählen, wie Dosimetrie heute durchgeführt wird? Wenn Sie einer Person keine Sonde in den Körper einführen können, was ist dann die nächstbeste Lösung?
Foster: Es ist in Ordnung, altmodische HF-Messgeräte zu verwenden, um Felder in der Luft für eine Vielzahl von Zwecken zu messen. Dies ist natürlich bei der Arbeitsicherheit der Fall, wo Sie die Hochfrequenzfelder messen müssen, die auf den Körper der Arbeiter wirken. Bei der klinischen Hyperthermie müssen Sie Patienten möglicherweise immer noch mit Wärmesonden benetzen, aber die computergestützte Dosimetrie hat die Genauigkeit der Messung thermischer Dosen erheblich verbessert und zu wichtigen Fortschritten in der Technologie geführt. Für Studien zu biologischen Auswirkungen von HF (z. B. mithilfe von Antennen, die an Tieren angebracht sind) ist es wichtig zu wissen, wie viel HF-Energie vom Körper absorbiert wird und wohin sie gelangt. Sie können Ihr Telefon nicht einfach vor einem Tier herumwedeln und es so einer Strahlenbelastung aussetzen (manche Forscher tun dies jedoch). Für einige wichtige Studien, wie beispielsweise die jüngste Studie des National Toxicology Program zur lebenslangen Exposition von Ratten gegenüber HF-Energie, gibt es keine wirkliche Alternative zur computergestützten Dosimetrie.
Warum gibt es Ihrer Meinung nach so viele anhaltende Bedenken hinsichtlich der Funkstrahlung, dass die Menschen die Strahlung zu Hause messen?

Foster: Die Risikowahrnehmung ist eine komplexe Angelegenheit. Die Eigenschaften der Funkstrahlung geben oft Anlass zur Sorge. Man kann sie nicht sehen, es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen der Belastung und den verschiedenen Auswirkungen, die manche Menschen beunruhigen, und Menschen neigen dazu, Hochfrequenzenergie (nicht ionisierend, d. h. ihre Photonen sind zu schwach, um chemische Bindungen aufzubrechen) mit ionisierender Röntgenstrahlung usw. zu verwechseln. Strahlung (wirklich gefährlich). Manche glauben, sie seien „überempfindlich“ gegenüber drahtloser Strahlung, obwohl Wissenschaftler diese Empfindlichkeit in ordnungsgemäß verblindeten und kontrollierten Studien nicht nachweisen konnten. Manche Menschen fühlen sich durch die allgegenwärtige Anzahl von Antennen für die drahtlose Kommunikation bedroht. Die wissenschaftliche Literatur enthält viele gesundheitsbezogene Berichte unterschiedlicher Qualität, in denen man Gruselgeschichten finden kann. Manche Wissenschaftler glauben, dass tatsächlich ein Gesundheitsproblem vorliegen könnte (obwohl die Gesundheitsbehörde feststellte, dass sie wenig Bedenken hatte, aber sagte, es sei „mehr Forschung“ nötig). Die Liste ließe sich fortsetzen.

Expositionsbewertungen spielen dabei eine Rolle. Verbraucher können preiswerte, aber sehr empfindliche HF-Detektoren kaufen und die HF-Signale in ihrer Umgebung untersuchen, von denen es viele gibt. Einige dieser Geräte „klicken“, wenn sie Hochfrequenzimpulse von Geräten wie WLAN-Zugangspunkten messen, und klingen für die Welt wie ein Geigerzähler in einem Kernreaktor. Beängstigend. Einige HF-Messgeräte werden auch für die Geisterjagd verkauft, aber dies ist eine andere Anwendung.
Letztes Jahr veröffentlichte das British Medical Journal einen Aufruf, die 5G-Einführung zu stoppen, bis die Sicherheit der Technologie geklärt sei. Was halten Sie von diesen Aufrufen? Glauben Sie, dass sie dazu beitragen werden, den Teil der Öffentlichkeit zu informieren, der sich Sorgen über die gesundheitlichen Auswirkungen der HF-Exposition macht, oder werden sie für noch mehr Verwirrung sorgen? Foster: Sie beziehen sich auf einen Meinungsartikel von [dem Epidemiologen John] Frank, und ich bin mit dem größten Teil davon nicht einverstanden. Die meisten Gesundheitsbehörden, die die wissenschaftlichen Erkenntnisse überprüft haben, haben lediglich mehr Forschung gefordert, aber mindestens eine – das niederländische Gesundheitsamt – hat ein Moratorium für die Einführung von 5G im Hochbandbereich gefordert, bis weitere Sicherheitsforschung betrieben wurde. Diese Empfehlungen werden mit Sicherheit die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich ziehen (obwohl HCN es auch für unwahrscheinlich hält, dass gesundheitliche Bedenken bestehen).
In seinem Artikel schreibt Frank: „Die zunehmenden Erkenntnisse aus Laborstudien deuten auf die zerstörerischen biologischen Auswirkungen von HF-EMF [elektromagnetischen Feldern im Radiofrequenzbereich] hin.“

Das ist das Problem: Es gibt Tausende von Studien zu den biologischen Auswirkungen hochfrequenter Felder in der Literatur. Endpunkte, gesundheitliche Relevanz, Studienqualität und Expositionsniveaus variierten stark. Die meisten von ihnen berichteten über irgendeine Art von Wirkung, bei allen Frequenzen und allen Expositionsniveaus. Die meisten Studien wiesen jedoch ein erhebliches Risiko für Bias auf (unzureichende Dosimetrie, fehlende Verblindung, kleine Stichprobengröße usw.), und viele Studien waren nicht mit anderen konsistent. „Neue Forschungsstärken“ sind in dieser obskuren Literatur wenig sinnvoll. Frank sollte sich auf eine genauere Prüfung durch die Gesundheitsbehörden verlassen. Diese haben durchweg keine klaren Beweise für schädliche Auswirkungen von hochfrequenten Umgebungsfeldern gefunden.
Frank beklagte sich über die Inkonsistenz bei der öffentlichen Diskussion von „5G“ – aber er machte denselben Fehler, indem er bei der Bezugnahme auf 5G keine Frequenzbänder erwähnte. Tatsächlich arbeitet das Low-Band- und Mid-Band-5G auf Frequenzen, die nahe an den aktuellen Mobilfunkbändern liegen und keine neuen Belastungsprobleme aufwerfen. Das High-Band-5G arbeitet auf Frequenzen knapp unterhalb des mmWellenbereichs, beginnend bei 30 GHz. Es gibt nur wenige Studien zu den biologischen Auswirkungen in diesem Frequenzbereich, aber die Energie dringt kaum in die Haut ein und Gesundheitsbehörden haben keine Bedenken hinsichtlich ihrer Sicherheit bei üblichen Belastungsniveaus geäußert.
Frank hat nicht angegeben, welche Forschung er vor der Einführung von „5G“ durchführen wollte, was auch immer er damit meinte. Die [FCC] verlangt von den Lizenznehmern, dass sie ihre Belastungsgrenzwerte einhalten, die denen in den meisten anderen Ländern ähneln. Es gibt keinen Präzedenzfall dafür, dass eine neue HF-Technologie vor der Zulassung direkt auf ihre gesundheitlichen Auswirkungen durch HF geprüft wird, was eine endlose Reihe von Studien erfordern könnte. Wenn die Beschränkungen der FCC nicht sicher sind, sollten sie geändert werden.

Eine detaillierte Übersicht über die Forschung zu den biologischen Auswirkungen von 5G finden Sie in [Ken] Karipidis‘ Artikel. Darin heißt es: „Es gibt keine schlüssigen Beweise dafür, dass schwache HF-Felder über 6 GHz, wie sie beispielsweise in 5G-Netzen verwendet werden, gesundheitsschädlich sind.“ In der Übersicht wird auch zu mehr Forschung aufgerufen.
Die wissenschaftliche Literatur ist gemischt, doch bislang haben Gesundheitsbehörden keine eindeutigen Hinweise auf Gesundheitsgefahren durch HF-Felder in der Umgebung gefunden. Allerdings ist die wissenschaftliche Literatur zu den biologischen Auswirkungen von Millimeterwellen mit etwa 100 Studien relativ klein und von unterschiedlicher Qualität.
Die Regierung verdient viel Geld mit dem Verkauf von Frequenzen für die 5G-Kommunikation und sollte einen Teil davon in hochwertige Gesundheitsforschung investieren, insbesondere in High-Band-5G. Persönlich mache ich mir mehr Sorgen über die möglichen Auswirkungen von zu viel Bildschirmzeit auf die Entwicklung von Kindern und über Datenschutzprobleme.
Gibt es verbesserte Methoden für die Dosimetrie? Wenn ja, welche sind die interessantesten oder vielversprechendsten Beispiele?

Foster: Der größte Fortschritt liegt wahrscheinlich in der computergestützten Dosimetrie mit der Einführung von Methoden der finiten Differenzen im Zeitbereich (FDTD) und numerischen Körpermodellen auf der Grundlage hochauflösender medizinischer Bilder. Dies ermöglicht eine sehr genaue Berechnung der Absorption von HF-Energie durch den Körper aus beliebigen Quellen. Die computergestützte Dosimetrie hat etablierten medizinischen Therapien, wie der Hyperthermie zur Behandlung von Krebs, neues Leben eingehaucht und zur Entwicklung verbesserter MRT-Bildgebungssysteme und vieler anderer medizinischer Technologien geführt.
Michael Koziol ist Mitherausgeber von IEEE Spectrum und deckt alle Bereiche der Telekommunikation ab. Er hat einen BA in Englisch und Physik von der Seattle University und einen MA in Wissenschaftsjournalismus von der New York University.
Im Jahr 1992 übernahm Asad M. Madni die Leitung von BEI Sensors and Controls und betreute eine Produktlinie, die eine Vielzahl von Sensoren und Trägheitsnavigationsgeräten umfasste, aber einen kleineren Kundenstamm hatte – hauptsächlich aus der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungselektronikindustrie.

Der Kalte Krieg endete und die US-Rüstungsindustrie brach zusammen. Und das Geschäft wird sich nicht so schnell erholen. BEI musste schnell neue Kunden identifizieren und gewinnen.
Um diese Kunden zu gewinnen, muss das Unternehmen seine mechanischen Trägheitssensorsysteme durch eine neue, noch nicht erprobte Quarztechnologie ersetzen, Quarzsensoren miniaturisieren und einen Hersteller, der jährlich Zehntausende teurer Sensoren produziert, auf die kostengünstigere Produktion von Millionen umstellen.
Madni setzte sich mit aller Kraft für die Verwirklichung dieses Ziels ein und erzielte mit dem GyroChip einen größeren Erfolg, als sich irgendjemand hätte vorstellen können. Dieser kostengünstige Trägheitsmesssensor ist der erste seiner Art, der in ein Auto integriert wurde. Er ermöglicht es elektronischen Stabilitätskontrollsystemen (ESC), ein Schleudern zu erkennen und die Bremsen zu betätigen, um ein Überschlagen zu verhindern. Da im Fünfjahreszeitraum von 2011 bis 2015 in allen Neuwagen ESCs eingebaut wurden, retteten diese Systeme der National Highway Traffic Safety Administration zufolge allein in den USA 7.000 Menschenleben.
Die Ausrüstung ist nach wie vor das Herzstück unzähliger kommerzieller und privater Flugzeuge sowie von Stabilitätskontrollsystemen für US-Raketenleitsysteme. Sie reiste sogar als Teil des Pathfinder Sojourner Rovers zum Mars.
Aktuelle Funktion: Distinguished Adjunct Professor an der UCLA; Präsident im Ruhestand, CEO und CTO von BEI Technologies

Ausbildung: 1968, RCA College; BS, 1969 und 1972, MS, UCLA, beide in Elektrotechnik; Ph.D., California Coast University, 1987
Helden: Im Allgemeinen lehrte mich mein Vater, wie man lernt, wie man ein Mensch ist und was Liebe, Mitgefühl und Empathie bedeuten; in der Kunst Michelangelo; in der Wissenschaft Albert Einstein; in der Technik Claude Shannon
Lieblingsmusik: In der westlichen Musik die Beatles, Rolling Stones, Elvis; in der östlichen Musik Ghazals
Mitglieder der Organisation: IEEE Life Fellow; US National Academy of Engineering; UK Royal Academy of Engineering; Canadian Academy of Engineering
Bedeutendste Auszeichnung: IEEE Medal of Honor: „Bahnbrechende Beiträge zur Entwicklung und Kommerzialisierung innovativer Sensor- und Systemtechnologien sowie herausragende Forschungsleitung“; UCLA-Alumni des Jahres 2004
Madni erhielt die IEEE Medal of Honor 2022 für seine Pionierarbeit im Bereich GyroChip sowie für andere Beiträge zur Technologieentwicklung und Forschungsleitung.
Ingenieurwesen war nicht Madnis erste Berufswahl. Er wollte ein guter Künstler und Maler werden. Doch die finanzielle Situation seiner Familie in Mumbai, Indien (damals Mumbai) in den 1950er und 1960er Jahren brachte ihn dazu, sich für das Ingenieurwesen zu entscheiden – insbesondere für die Elektronik, da er sich für die neuesten Innovationen in Form von Transistorradios für die Hosentasche interessierte. 1966 zog er in die USA, um am RCA College in New York City Elektronik zu studieren. Das College wurde Anfang des 20. Jahrhunderts gegründet, um Funker und Techniker auszubilden.
„Ich möchte Ingenieur werden und Dinge erfinden“, sagte Madeney, „und Dinge tun, die letztlich Auswirkungen auf die Menschheit haben. Denn wenn ich keinen Einfluss auf die Menschheit habe, habe ich das Gefühl, dass meine Karriere unerfüllt bleibt.“

Madni begann sein Studium an der UCLA 1969 mit einem Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik, nachdem er zwei Jahre lang am Programm für Elektroniktechnologie am RCA College teilgenommen hatte. Anschließend absolvierte er einen Master- und einen Doktortitel, wobei er für seine Abschlussarbeit Telekommunikationssysteme mithilfe der digitalen Signalverarbeitung und der Frequenzbereichsreflektometrie analysierte. Während seines Studiums arbeitete er auch als Dozent an der Pacific State University, in der Bestandsverwaltung beim Einzelhändler David Orgell in Beverly Hills und als Ingenieur für die Entwicklung von Computerperipheriegeräten bei Pertec.
Dann, im Jahr 1975, bewarb er sich, frisch verlobt und auf Drängen eines ehemaligen Klassenkameraden, um eine Stelle in der Mikrowellenabteilung von Systron Donner.
Madni begann bei Systron Donner mit der Entwicklung des weltweit ersten Spektrumanalysators mit digitalem Speicher. Er hatte zuvor noch nie einen Spektrumanalysator benutzt – sie waren damals noch sehr teuer –, aber er kannte die Theorie gut genug, um sich davon zu überzeugen, den Job anzunehmen. Anschließend verbrachte er sechs Monate mit Tests und sammelte praktische Erfahrungen mit dem Instrument, bevor er versuchte, es neu zu konstruieren.
Das Projekt dauerte zwei Jahre und führte laut Madni zu drei wichtigen Patenten, was den Beginn seines „Aufstiegs zu Größerem und Besserem“ markierte. Es lehrte ihn auch, den Unterschied zu schätzen zwischen „dem, was es bedeutet, über theoretisches Wissen zu verfügen und Technologie zu kommerzialisieren, die anderen helfen kann“, sagte er.

Wir können die passiven HF-Komponenten auch an Ihre Anforderungen anpassen. Sie können die Anpassungsseite aufrufen, um die gewünschten Spezifikationen anzugeben.
https://www.keenlion.com/customization/

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