전자기파의 종류에 따른 인체 피해에 대해 설명한다.

인체 통과 전후 전자기파 에너지

먼저 전자기파가 인체를 통과하기 전후의 에너지를 알아보면 Poynting vector에서 1μ0(E×B)displaystyle frac 1mu _0left(Etimes Bright)이다.

진공 상태에서 ∇×E=−∂B∂tdisplaystyle nabla times E=-frac partial Bpartial t이므로, Cartesian coordinate에서 z방향으로 진행하는 전자기파를 가정했을 때

−k(E0)y=w(B0)x,k(E0)x=w(B0)ydisplaystyle -kleft(E_0right)_y=wleft(B_0right)_x,kleft(E_0right)_x=wleft(B_0right)_y이므로

B0=kw(z×E0)displaystyle mathbf B_0 =frac kwleft(mathbf z times mathbf E_0 right)

여기에서 propagation vector를 kdisplaystyle mathbf k 로 두고 전자기파가 진행하는 방항과 수직한 방향의 벡터를 ndisplaystyle mathbf n 라 두고 이를 일반화하면

B0=1c(k×E0)displaystyle mathbf B_0 =frac 1cleft(mathbf k times mathbf E_0 right)가 된다.

벡터 단위벡터 표시법 알아내서 적용해야 됨

여기서 wave의 intensity I를 구하면

I=<S>=<cϵ0E02cos⁡(k⋅n−wt+δ)>=12cϵ0E02displaystyle I=<S>=<cepsilon _0E_0^2cos(mathbf k cdot mathbf n -wt+delta )>=frac 12cepsilon _0E_0^2가 된다.

또한 도체에서의 전자기파에서 v=cndisplaystyle v=frac cn이므로 여기서 I=12ϵvE02displaystyle I=frac 12epsilon vE_0^2 (ε는 매질의 유전율, n=ϵμϵ0μ0displaystyle n=sqrt frac epsilon mu epsilon _0mu _0) 이 된다.

공기 중에서 인체로 전자기파가 반사 및 투과할 시에 Boundary Condition은

ϵ1E1⊥=ϵ2E2⊥,E1‖=E2‖,B1⊥=B2⊥,1μ1B1‖=1μ2B2‖displaystyle epsilon _1E_1^perp =epsilon _2E_2^perp ,mathbf E_1^ =mathbf E_2^ ,B_1^perp =B_2^perp ,frac 1mu _1mathbf B_1^ =frac 1mu _2mathbf B_2^ 이므로

여기서

ϵ1(−(E0)Isin⁡θI+(E0)Rsin⁡θR)=ϵ2(−(E0)Tsin⁡θT)displaystyle epsilon _1left(-left(E_0right)_Isin theta _I+left(E_0right)_Rsin theta _Rright)=epsilon _2left(-left(E_0right)_Tsin theta _Tright) ,

(E0)Icos⁡θI+(E0)RcosθR=(E0)Tcos⁡θTdisplaystyle left(E_0right)_Icos theta _I+left(E_0right)_Rcostheta _R=left(E_0right)_Tcos theta _T,

1μ1v1((E0)I−(E0)R)=1μ2v2(E0)Tdisplaystyle frac 1mu _1v_1left(left(E_0right)_I-left(E_0right)_Rright)=frac 1mu _2v_2left(E_0right)_T

여기서 β=μ1n2μ2n1,α=cos⁡θTcos⁡θIdisplaystyle beta =frac mu _1n_2mu _2n_1,alpha =frac cos theta _Tcos theta _I 로 두고 이를 이용하여 입사파의 전기장의 세기와 투과파의 전기장의 세기의 비를 알아보면

(E0)T=(2α+β)(E0)Idisplaystyle left(E_0right)_T=left(frac 2alpha +beta right)left(E_0right)_I 이다.

즉 인체에 전자기파가 투과될 때에는 인체의 투자율, 굴절률, 입사각이 함께 고려되어야 한다.

인체의 굴절률은 해당 부분을 구성하는 세포에 따라 달라진다.

또한 방사선의 흡수량은 시버트로 나타내어지는데, 이는 선질계수 Q와 다른 적절한 요소들을 나타내는 계수 N을 곱해서 구해진다.

장기 및 조직에 대한 일부 N값은

생식선: N = 0.20

골수, 결장, 폐, 위: N = 0.12

방광, 뇌, 유방, 콩팥, 간 , 근육, 식도, 췌장, 소장, 비장, 갑상선, 자궁: N = 0.05
뼈 표면, 피부: N = 0.01

즉 시버트를 구할 때의 N 값이 해당 기관계의 굴절률과 투자율을 고려하고, 입사각에 의한 효과를 평균하여 구한 값이 된다.

또한 Q의 값은 전자기파에서

E < 10keV: Q = 5

10kev < E < 100keV: Q = 10

100keV < E < 2Mev: Q = 20

2Mev < E < 20Mev: Q = 10

E > 20 Mev: Q = 5

가 된다.

인체의 경우 0.5시버트 정도의 노출량부터 피해를 보게된다.

인체에 대한 피해의 자세한 분류는 급성방사성증후군을 참조.

같이 보기

• 전자기파