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Führende Experten der HF-Dosimetrie analysieren die Belastungen durch 5G – und den Unterschied zwischen Exposition und Dosis.

Kenneth R. Foster verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Erforschung von Hochfrequenzstrahlung (HF-Strahlung) und deren Auswirkungen auf biologische Systeme. Nun hat er gemeinsam mit zwei weiteren Forschern, Marvin Ziskin und Quirino Balzano, eine neue Übersichtsarbeit zu diesem Thema verfasst. Zusammen verfügen die drei (alle ordentliche IEEE Fellows) 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 vergangenen 75 Jahre der Forschung zur HF-Expositionsbewertung und Dosimetrie. Darin beschreiben die Koautoren detailliert, wie weit das Gebiet fortgeschritten ist und warum sie es als wissenschaftliche Erfolgsgeschichte betrachten.
IEEE Spectrum sprach per E-Mail mit Professor Emeritus Foster von der University of Pennsylvania. Wir wollten mehr darüber erfahren, warum Studien zur HF-Expositionsbewertung so erfolgreich sind, was die HF-Dosimetrie so schwierig macht und warum die Bedenken der Öffentlichkeit hinsichtlich Gesundheit und drahtloser Strahlung scheinbar nie verschwinden.
Für diejenigen, die mit dem Unterschied nicht vertraut sind: Was ist der Unterschied zwischen Exposition und Dosis?

Kenneth Foster: Im Kontext der HF-Sicherheit bezieht sich die Exposition auf das Feld außerhalb des Körpers, die Dosis hingegen auf die im Körpergewebe absorbierte Energie. Beides ist für viele Anwendungen wichtig – beispielsweise in der Medizin, der Arbeitsmedizin und der Forschung zur Sicherheit von Unterhaltungselektronik.
„Für einen guten Überblick über die Forschung zu den biologischen Auswirkungen von 5G siehe den Artikel von Ken Karipidis, der ‚keine eindeutigen Beweise dafür findet, dass niederfrequente Hochfrequenzfelder oberhalb von 6 GHz, wie sie von 5G-Netzen verwendet werden, gesundheitsschädlich sind‘.“ – Kenneth R. Foster, Universität von Pennsylvania
Foster: Die Messung von HF-Feldern im freien Raum ist unproblematisch. Das eigentliche Problem liegt in der hohen Variabilität der HF-Exposition. Beispielsweise untersuchen viele Wissenschaftler die HF-Feldstärke in der Umwelt, um Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit auszuräumen. Angesichts der Vielzahl an HF-Quellen in der Umwelt und des schnellen Abfalls der HF-Feldstärke ist dies keine leichte Aufgabe. Die individuelle Exposition gegenüber HF-Feldern präzise zu charakterisieren, stellt eine echte Herausforderung dar, zumindest für die wenigen Wissenschaftler, die dies versuchen.

War es Ihr Ziel, mit Ihrem Artikel in IJERPH die Erfolge und dosimetrischen Herausforderungen von Expositionsbewertungsstudien aufzuzeigen? Foster: Unser Ziel ist es, auf die bemerkenswerten Fortschritte hinzuweisen, die die Expositionsbewertungsforschung im Laufe der Jahre erzielt hat. Dies hat wesentlich zur Klarheit der Untersuchung der biologischen Wirkungen von Hochfrequenzfeldern beigetragen und bedeutende Fortschritte in der Medizintechnik ermöglicht.
Inwieweit haben sich die Instrumente in diesen Bereichen verbessert? Können Sie mir beispielsweise sagen, welche Instrumente Ihnen zu Beginn Ihrer Karriere zur Verfügung standen, im Vergleich zu den heutigen? Wie tragen verbesserte Instrumente zum Erfolg von Expositionsbewertungen bei?
Foster: Die Instrumente zur Messung von HF-Feldern in der Gesundheits- und Sicherheitsforschung werden immer kleiner und leistungsfähiger. Wer hätte vor einigen Jahrzehnten gedacht, dass kommerzielle Feldmessgeräte so robust sein würden, dass sie am Arbeitsplatz eingesetzt werden können, dass sie HF-Felder messen können, die stark genug sind, um eine Gefährdung am Arbeitsplatz darzustellen, und gleichzeitig empfindlich genug sind, um schwache Felder von weit entfernten Antennen zu messen? Und gleichzeitig das genaue Spektrum eines Signals bestimmen, um seine Quelle zu identifizieren?
Was geschieht, wenn drahtlose Technologien in neue Frequenzbänder wechseln – beispielsweise in Millimeter- und Terahertz-Wellen für Mobilfunk oder in 6 GHz für Wi-Fi?
Foster: Auch hier liegt das Problem in der Komplexität der Expositionssituation, nicht in den Messgeräten. Beispielsweise senden 5G-Mobilfunkbasisstationen im Hochfrequenzbereich mehrere Strahlen aus, die sich im Raum ausbreiten. Dies erschwert die Quantifizierung der Exposition von Personen in der Nähe von Mobilfunkstationen, um zu überprüfen, ob die Exposition unbedenklich ist (was fast immer der Fall ist).
„Ich persönlich mache mir mehr Sorgen über die möglichen Auswirkungen übermäßiger Bildschirmzeit auf die kindliche Entwicklung und den Datenschutz.“ – Kenneth R. Foster, Universität von Pennsylvania

Wenn die Expositionsbewertung ein gelöstes Problem darstellt, warum ist der Übergang zu einer genauen Dosimetrie so schwierig? Was macht die erste Methode so viel einfacher als die zweite?
Foster: Die Dosimetrie ist anspruchsvoller als die Expositionsbewertung. Man kann im Allgemeinen keine HF-Sonde in den Körper eines Menschen einführen. Es gibt viele Gründe, warum man diese Informationen benötigen könnte, beispielsweise bei Hyperthermiebehandlungen zur Krebstherapie, bei denen das Gewebe auf genau festgelegte Temperaturen erhitzt werden muss. Wird zu wenig erhitzt, erzielt man keinen therapeutischen Nutzen; wird zu viel erhitzt, verbrennt man den Patienten.
Können Sie mir mehr darüber erzählen, wie Dosimetrie heutzutage durchgeführt wird? Wenn man keine Sonde in den Körper einer Person einführen kann, was ist die nächstbeste Alternative?
Foster: Es ist durchaus zulässig, althergebrachte HF-Messgeräte zur Messung von Feldern in der Luft für verschiedene Zwecke zu verwenden. Dies gilt insbesondere für die Arbeitssicherheit, wo die auf den Körper von Arbeitern wirkenden Hochfrequenzfelder gemessen werden müssen. Bei der klinischen Hyperthermiebehandlung ist es unter Umständen weiterhin notwendig, Patienten mit Wärmesonden zu bestrahlen. Die computergestützte Dosimetrie hat jedoch die Genauigkeit der Messung thermischer Dosen erheblich verbessert und zu wichtigen technologischen Fortschritten geführt. Für Studien zu biologischen HF-Effekten (beispielsweise mit an Tieren angebrachten Antennen) ist es entscheidend zu wissen, wie viel HF-Energie vom Körper absorbiert wird und wohin sie gelangt. Man kann nicht einfach sein Handy vor ein Tier halten, um es zu bestrahlen (obwohl dies von einigen Forschern praktiziert wird). Für einige große Studien, wie beispielsweise die kürzlich vom National Toxicology Program durchgeführte Studie zur lebenslangen HF-Exposition bei Ratten, gibt es keine wirkliche Alternative zur computergestützten Dosimetrie.
Warum gibt es Ihrer Meinung nach so viele anhaltende Bedenken hinsichtlich der drahtlosen Strahlung, dass die Menschen die Strahlungswerte zu Hause messen?

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

Expositionsbewertungen spielen dabei eine Rolle. Verbraucher können preiswerte, aber sehr empfindliche HF-Detektoren erwerben und HF-Signale in ihrer Umgebung untersuchen, von denen es viele gibt. Einige dieser Geräte erzeugen ein „Klickgeräusch“, wenn sie Hochfrequenzimpulse von Geräten wie WLAN-Zugangspunkten messen, und klingen dabei für die Welt wie ein Geigerzähler in einem Atomreaktor – ziemlich gruselig. Manche HF-Messgeräte werden auch für die Geisterjagd verkauft, aber das ist ein anderer Anwendungsbereich.
Letztes Jahr veröffentlichte das British Medical Journal einen Aufruf, den 5G-Ausbau zu stoppen, bis die Sicherheit der Technologie geklärt ist. Was halten Sie von diesen Forderungen? Glauben Sie, dass sie dazu beitragen, die besorgte Öffentlichkeit über die gesundheitlichen Auswirkungen von Hochfrequenzstrahlung aufzuklären, oder eher für weitere Verwirrung sorgen? Foster: Sie beziehen sich auf einen Meinungsbeitrag des Epidemiologen John Frank, und ich stimme dem Großteil davon nicht zu. Die meisten Gesundheitsbehörden, die die wissenschaftlichen Erkenntnisse geprüft haben, fordern lediglich weitere Forschung. Mindestens eine – die niederländische Gesundheitsbehörde – hat jedoch ein Moratorium für den Ausbau von 5G im Hochfrequenzbereich gefordert, bis weitere Sicherheitsstudien vorliegen. Diese Empfehlungen werden sicherlich die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich ziehen (obwohl HCN gesundheitliche Bedenken ebenfalls für unwahrscheinlich hält).
In seinem Artikel schreibt Frank: „Die sich abzeichnenden Stärken von Laborstudien deuten auf die zerstörerischen biologischen Auswirkungen von HF-EMF hin.“

Das ist das Problem: Es gibt Tausende von Studien zu den biologischen Wirkungen von Hochfrequenzstrahlung. Endpunkte, gesundheitliche Relevanz, Studienqualität und Expositionsniveaus variieren stark. Die meisten Studien berichten über irgendeine Art von Effekt, unabhängig von Frequenz und Expositionsniveau. Allerdings weisen die meisten Studien ein erhebliches Verzerrungsrisiko auf (unzureichende Dosimetrie, fehlende Verblindung, kleine Stichprobengröße usw.), und viele Studien widersprechen sich. Der Begriff „neue Forschungsstärken“ ist angesichts dieser unübersichtlichen Literatur wenig aussagekräftig. Frank sollte sich auf eine genauere Prüfung durch Gesundheitsbehörden verlassen. Diese konnten bisher keine eindeutigen Beweise für schädliche Auswirkungen von Hochfrequenzfeldern in der Umgebung finden.
Frank beklagte die Inkonsistenz in der öffentlichen Diskussion um „5G“ – doch er beging denselben Fehler, indem er die Frequenzbänder bei der Erwähnung von 5G nicht erwähnte. Tatsächlich arbeitet 5G im niedrigen und mittleren Frequenzbereich mit Frequenzen nahe den aktuellen Mobilfunkbändern und scheint keine neuen Expositionsrisiken zu bergen. 5G im hohen Frequenzbereich arbeitet mit Frequenzen knapp unterhalb des Millimeterwellenbereichs, 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 bei üblichen Expositionsniveaus keine Bedenken hinsichtlich der Sicherheit geäußert.
Frank hat nicht konkretisiert, welche Forschung er vor der Einführung von „5G“ durchführen wollte, was auch immer er damit meinte. Die FCC verpflichtet Lizenznehmer zur Einhaltung ihrer Expositionsgrenzwerte, die denen der meisten anderen Länder ähneln. Es gibt keinen Präzedenzfall dafür, dass eine neue HF-Technologie vor der Zulassung direkt auf gesundheitliche Auswirkungen von HF untersucht wird, was möglicherweise eine endlose Reihe von Studien erfordert. Sollten die FCC-Bestimmungen nicht sicher sein, müssen sie geändert werden.

Eine detaillierte Übersicht über die Forschung zu den biologischen Auswirkungen von 5G findet sich in dem Artikel von Ken Karipidis. Darin wird festgestellt, dass es keine eindeutigen Beweise dafür gibt, dass niederfrequente Hochfrequenzfelder oberhalb von 6 GHz, wie sie in 5G-Netzen verwendet werden, gesundheitsschädlich sind. Die Übersicht fordert zudem weitere Forschung.
Die wissenschaftliche Literatur liefert uneinheitliche Ergebnisse, doch bisher haben Gesundheitsbehörden keine eindeutigen Beweise für Gesundheitsgefahren durch Umgebungs-HF-Felder gefunden. Allerdings ist die wissenschaftliche Literatur zu den biologischen Wirkungen von Millimeterwellen relativ gering, mit etwa 100 Studien, und von unterschiedlicher Qualität.
Die Regierung verdient viel Geld mit dem Verkauf von Frequenzspektrum für 5G-Kommunikation und sollte einen Teil davon in hochwertige Gesundheitsforschung investieren, insbesondere in die Erforschung von 5G im Hochfrequenzbereich. Persönlich mache ich mir mehr Sorgen über die möglichen Auswirkungen von zu viel Bildschirmzeit auf die kindliche Entwicklung und den Datenschutz.
Gibt es verbesserte Methoden für Dosimetriearbeiten? Wenn ja, was sind die interessantesten oder vielversprechendsten Beispiele?

Foster: Der wohl bedeutendste Fortschritt liegt in der computergestützten Dosimetrie, insbesondere in der Einführung von Finite-Differenzen-Zeitbereichsverfahren (FDTD) und numerischen Körpermodellen auf Basis hochauflösender medizinischer Bilder. Dies ermöglicht eine sehr präzise Berechnung der Absorption von Hochfrequenzenergie durch den Körper aus beliebigen Quellen. Die computergestützte Dosimetrie hat etablierten medizinischen Therapien, wie der Hyperthermie zur Krebsbehandlung, neues Leben eingehaucht und zur Entwicklung verbesserter MRT-Bildgebungssysteme sowie vieler weiterer Medizintechnologien geführt.
Michael Koziol ist Redakteur bei IEEE Spectrum und berichtet über alle Bereiche der Telekommunikation. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Anglistik und Physik von der Seattle University und einen Master-Abschluss in Wissenschaftsjournalismus von der New York University.
Im Jahr 1992 übernahm Asad M. Madni die Leitung von BEI Sensors and Controls und war für eine Produktlinie verantwortlich, die eine Vielzahl von Sensoren und Trägheitsnavigationsgeräten umfasste, aber einen kleineren Kundenstamm hatte – hauptsächlich die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungselektronikindustrie.

Der Kalte Krieg endete und die US-Rüstungsindustrie brach zusammen. Eine Erholung der Wirtschaft ist nicht in Sicht. BEI musste daher schnell neue Kunden finden und gewinnen.
Die Gewinnung dieser Kunden erfordert die Ablösung der mechanischen Trägheitssensorsysteme des Unternehmens durch eine unerprobte neue Quarztechnologie, die Miniaturisierung von Quarzsensoren und die Umstellung eines Herstellers, der jährlich Zehntausende teurer Sensoren produziert, auf die Produktion von Millionen weiterer, kostengünstigerer Sensoren.
Madni setzte sich mit großem Engagement für die Entwicklung ein und erzielte mit dem GyroChip einen Erfolg, der alle Erwartungen übertraf. Dieser kostengünstige Trägheitssensor ist der erste seiner Art, der in ein Auto integriert wurde und es elektronischen Stabilitätskontrollsystemen (ESC) ermöglicht, Schlupf zu erkennen und die Bremsen zu betätigen, um Überschläge zu verhindern. Da ESCs im Fünfjahreszeitraum von 2011 bis 2015 in allen Neuwagen verbaut wurden, retteten diese Systeme laut der National Highway Traffic Safety Administration allein in den Vereinigten Staaten 7.000 Menschenleben.
Die Ausrüstung ist nach wie vor das Herzstück unzähliger Verkehrs- und Privatflugzeuge sowie von Stabilitätskontrollsystemen für US-Raketenleitsysteme. Sie reiste sogar als Teil des Rovers Pathfinder Sojourner zum Mars.
Aktuelle Position: Ausgezeichneter Lehrbeauftragter an der UCLA; ehemaliger Präsident, CEO und CTO von BEI Technologies

Ausbildung: 1968, RCA College; Bachelor of Science (BS), 1969 und 1972, Master of Science (MS), UCLA, beide in Elektrotechnik; Promotion (Ph.D.), California Coast University, 1987
Helden: Mein Vater lehrte mich im Allgemeinen, wie man lernt, wie man Mensch ist und was Liebe, Mitgefühl und Empathie bedeuten; in der Kunst Michelangelo; in der Wissenschaft Albert Einstein; im Ingenieurwesen Claude Shannon.
Lieblingsmusik: In der westlichen Musik die Beatles, die Rolling Stones, Elvis; in der östlichen Musik Ghazals.
Mitgliedschaften in den Organisationen: IEEE Life Fellow; US National Academy of Engineering; UK Royal Academy of Engineering; Canadian Academy of Engineering
Wichtigste Auszeichnung: IEEE-Ehrenmedaille: „Bahnbrechende Beiträge zur Entwicklung und Kommerzialisierung innovativer Sensor- und Systemtechnologien sowie herausragende Forschungsleitung“; UCLA-Alumnus des Jahres 2004
Madni erhielt 2022 die IEEE-Ehrenmedaille für seine Pionierarbeit im Bereich GyroChip sowie für seine Beiträge zur Technologieentwicklung und Forschungsleitung.
Ingenieurwesen war nicht Madnis erster Berufswunsch. Er wollte ein guter Künstler und Maler werden. Doch die finanzielle Lage seiner Familie in Mumbai (damals Mumbai) in den 1950er- und 1960er-Jahren brachte ihn dazu, sich dem Ingenieurwesen zuzuwenden – insbesondere der Elektronik, dank seines Interesses an den neuesten Innovationen in Taschenradios mit Transistoren. 1966 zog er in die Vereinigten Staaten, um am RCA College in New York City Elektronik zu studieren. Das College war Anfang des 20. Jahrhunderts gegründet worden, um Funker und Techniker auszubilden.
„Ich möchte eine Ingenieurin werden, die Dinge erfinden kann“, sagte Madeney, „und Dinge tun kann, die letztendlich Auswirkungen auf die Menschen haben. Denn wenn ich keine Auswirkungen auf die Menschen habe, empfinde ich meine Karriere als unerfüllt.“

Madni begann sein Studium an der UCLA 1969 mit einem Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik, nachdem er zwei Jahre im Studiengang Elektroniktechnologie am RCA College verbracht hatte. Anschließend absolvierte er ein Master- und ein Promotionsstudium, in dem er Telekommunikationssysteme mithilfe digitaler Signalverarbeitung und Frequenzbereichsreflektometrie für seine Dissertation analysierte. Während seines Studiums arbeitete er außerdem als Dozent an der Pacific State University, im Bestandsmanagement beim Beverly Hills Einzelhändler David Orgell und als Ingenieur für die Entwicklung von Computerperipheriegeräten bei Pertec.
Dann, im Jahr 1975, frisch verlobt und auf Drängen eines ehemaligen Klassenkameraden, bewarb er sich um eine Stelle in der Mikrowellenabteilung von Systron Donner.
Madni begann bei Systron Donner mit der Entwicklung des weltweit ersten Spektrumanalysators mit digitaler Speicherung. Er hatte zuvor noch nie einen Spektrumanalysator benutzt – sie waren damals sehr teuer –, aber er kannte die Theorie gut genug, um sich für die Stelle zu entscheiden. Anschließend verbrachte er sechs Monate mit Tests und sammelte praktische Erfahrung mit dem Gerät, bevor er versuchte, es neu zu gestalten.
Das Projekt dauerte zwei Jahre und führte laut Madni zu drei wichtigen Patenten, was seinen „Aufstieg zu größeren und besseren Dingen“ einleitete. Es lehrte ihn auch die Wertschätzung für den Unterschied zwischen „theoretischem Wissen und der Kommerzialisierung von Technologien, die anderen helfen können“, sagte er.

Wir können die passiven HF-Bauteile auch nach Ihren Anforderungen anpassen. Auf der Anpassungsseite können Sie die benötigten Spezifikationen angeben.
https://www.keenlion.com/customization/

E-Mail:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com