▲온열치료 전문가 강상만 칼럼니스트
온열치료 칼럼을 통하여 전자기장의 효과에 대해 여러 차례 소개하였다. 칼럼 23편과 24편에 걸쳐, 전자기장(EMF)의 세포생물학적, 치료적 효과를 전하였고, 칼럼35편에서 비 열효과(Non-thermal effect)를 주제로 전자기장을 언급하였으며, 지난 칼럼 36편을 통하여 분극(Polarization)과 막전위(Membrane Potential)를 설명하면서 전자기장과 그 효과에 대해 알려왔다.
하지만, 대부분의 사람이 일상생활에서 사용하거나 주변에 있는 전기를 이용하는 전자기기 또는 전자제품에서 나오는 전자파에 대한 불안감을 느끼고 있다. 고주파 온열 암 치료기와 같은 의료를 목적으로 제조된 의료 장비 또한 전자파에 대한 불안감의 대상이기도 하다. 이러한 불안감 해소를 위해, 오늘 칼럼에서는 우리가 통상적으로 부르는 전자파에 대해 알아보고 전자기장은 무엇이며 인체에 유해성 여부를 소개함으로써 고주파 온열 암 치료를 수행하는 병원 관계자 및 환자분들이 전파와 전자파에 대한 올바른 이해를 도와 막연한 불안감을 없애어, 편안한 마음으로 치료에 임하고 일상에서도 안심하고 편리하게 전기·전자제품을 이용하길 바라는 마음으로 오늘의 칼럼을 전한다.
우리가 흔히 알고 있는 전자파의 원래 명칭은 전자기파이다. 전자기파는 전기장과 자기장으로 구성되는 통칭 전자기장으로, 이를 줄여 전자파라 한다. 전자기파는 일정한 주기에 따라 세기가 변화하는 전자기장이 공간 속으로 퍼져 나가는 파동 현상이다. 전자파는 공간을 빛의 속도로 전파하는데 자연발생적으로 태양이 방출하는 전자파, 지구의 자기장에 의한 전자파 및 지구와 전리층 간의 정전기에 의한 전자파가 있으며 전력선, 통신망, 우주항공, 산업 설비, 철도, 운송, 가전제품 등 인공적으로 발생하는 전자파가 있다.
전기장과 자기장은 전선을 통한 전자 또는 전류의 이동인 전기에 의해 생성되는 눈에 보이지 않는 에너지 영역(방사선이라고도 함)이다. 전기장은 전선을 통해 전자를 밀어내는 데 사용되는 압력인 전압에 의해 생성되는데, 이는 마치 물이 파이프를 통해 밀려가는 것처럼 전자를 밀어내는 데 사용되는 압력을 말한다.
전압이 증가하면 전기장의 세기가 증가한다. 전기장의 측정 단위는 미터당 볼트(V/m)이다. 자기장은 전선이나 전기 장치를 통한 전류의 흐름으로 인해 발생하며 전류가 증가함에 따라 강도가 증가한다. 자기장의 강도는 발생원으로부터 거리가 멀어질수록 급격히 감소하게 된다. 자기장은 마이크로테슬라(μT, 백만분의 1테슬라) 단위로 측정한다.
전자기기의 전원이 켜져 있는지와 관계없이 생성되는 전기장은 벽이나 다른 물체에 의해 쉽게 차폐되거나 약화된다. 반면, 자기장은 전류가 흐를 때만 생성되므로 일반적으로 기기를 켜야 발생한다. 예를 들어, 고압 송전 전력선은 항상 전류가 흐르기 때문에 자기장이 지속적으로 생성된다. 이러한, 자기장은 건물, 생물체 및 대부분의 다른 물질을 통과할 수 있다. 태양의 자기장이 지구의 대기층을 통과하여 우리에게 전달되는 것을 떠올려 보면 이해가 더 쉬울 것이다.
전기장과 자기장을 함께 전자기장 또는 EMF(Electro Magnetic Fields)라고 한다. 전자기장의 전기력과 자기력은 전자기 방사선에 의해 발생하는데 전자기장에는 아래 [그림 1]에서처럼 크게 두 가지 범주가 있다.
- 엑스레이와 감마선을 포함하는 고주파 전자기장(EMF): 이러한 전자파는 전자기 스펙트럼의 이온화 방사선(Ionizing Radiation) 영역에 속하며 DNA나 세포를 직접 손상시킬 수 있다.
- 중저주파 전자파에는 아래 [그림 1]과같이 정전기장(시간에 따라 변하지 않는 전기장 또는 자기장), 전력선 및 가전제품의 자기장, 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선 등이 포함된다. 이러한 전자파는 전자기 스펙트럼의 비이온화 방사선(Non-Ionizing Radiation) 영역에 속하며 DNA나 세포를 직접 손상시키지 않는 것으로 알려져 있다.
중저주파 전자파에는 극저주파 전자파(ELF-EMF; Extremely Low Frequency- Electric and Magnetic Fields)와 무선 주파수(RF-Radio Frequency) 전자파가 포함된다. 극저주파 전자파(ELF-EMF)는 초당 최대 300주기, 즉 300Hz의 주파수를 가지며, 무선 주파수(RF) 전자기파(EMF)는 주파수 범위별로 초장파>장파>중파는 3KHz ~3,000KHz(즉, 3MHz)까지 대역이며, 우리가 흔히 고주파라고 부르는 주파수 대역은 단파(3MHz ~ 30MHz)>초단파(30MHz ~ 300MHz)>극초단파(300MHz ~ 3,000MHz(즉, 3GHz)>센티미터파(3GHz ~ 30GHz)>밀리파(30GHz ~ 300GHz)>서브밀리파(300GHz ~ 3,000GHz)의 범위의 고주파 대역과 적외선(IR-A, B, C), 가시광선(VIS) 및 자외선(UV) 일부 대역을 포함하여 비이온화 방사선의 범주를 갖는다.
[그림 1] 전자기파 스펙트럼은 전자기 에너지의 가능한 모든 주파수를 나타낸다.
극도로 긴 파장(전력선에서 나오는 극 저주파 노출 등)부터 극도로 짧은 파장(엑스레이 및 감마선)에 이르기까지 다양하며 비이온화 방사선과 이온화 방사선을 모두 포함한다. 출처: 미국립보건원
미국 국립보건원 산하 국립 암 연구소에 따르면, 비이온화 전자기파의 발생원(Sources)에는 자연적인 것과 인위적인 것이 모두 있는데, 나침반의 바늘이 북쪽을 가리키게 하는 지구 자기장은 자연적으로 발생하는 전자기파(EMF)의 한 예이며, 인간이 만든 전자파는 전자기 스펙트럼의 비이온화 범위인 전자기파(ELF)와 무선 주파수 범위가 여기에 해당한다.
극저주파 전자파(ELF-EMF)의 발생원에는 전력선, 전기 배선, 면도기, 헤어드라이어, 전기담요와 같은 전기 제품이 포함되며, 무선 주파수(RF) 방사선(전자기파)의 가장 일반적인 발생원은 휴대폰, 스마트 계량기, 태블릿, 노트북 및 컴퓨터와 같은 휴대용 무선 장치를 포함한 무선 통신 장치 및 장비이다. 기타 일반적인 무선 주파수 방사선원(전자기파)은 다음과 같다.
- 라디오 및 텔레비전 신호: 라디오는 AM(진폭 변조) 또는 FM(주파수 변조) 신호가 있으며, AM 라디오는 매우 먼 거리의 방송에 사용되는 반면, FM 라디오는 보다 국지적인 지역을 커버한다. AM 신호는 발생원 근처에서 전자파 노출이 높을 수 있기 때문에 일반인의 접근이 제한되는 현장의 높은 곳에 배치한 대형 안테나 어레이(Array)에서 전송된다. 일반적으로 AM 안테나보다 훨씬 작은 FM 라디오 안테나와 TV 방송 안테나는 높은 타워 상단에 설치된다. 이러한 타워의 바닥 근처의 무선 주파수 노출 범위는 가이드라인 한도 이하이므로 일반 대중의 노출은 매우 낮다. 간혹, 건물 꼭대기에 소형 지역 라디오 및 TV 안테나가 설치되는 경우가 있는데, 이러한 건물 옥상에 대한 접근은 일반적으로 통제된다.
- 레이더 및 산업용 장비: 레이더, 위성 기지국, 자기공명영상(MRI) 장치 및 산업용 장비는 휴대전화보다 다소 높은 무선 주파수에서 작동한다.
- 가정용 전자레인지: 가정에서 사용되는 전자레인지는 휴대폰보다 다소 높은 무선 주파수에서 작동한다. 전자레인지는 효과적인 차폐 구조로 제조/판매되므로, 기기에서 방출되는 무선 주파수의 누출을 거의 감지할 수 없는 수준까지 줄어든다.
- 무선 전화: 무선 전화기는 아날로그 또는 DECT(디지털 강화 무선 통신) 기술로 작동할 수 있으며 일반적으로 휴대폰과 유사한 무선 주파수를 방출한다. 그러나 무선 전화기는 범위가 제한되어 있고 근처에 기지국이 필요하기 때문에 일반적으로 신호 강도가 휴대폰보다 훨씬 낮다.
- 휴대폰 기지국: 휴대전화 네트워크용 안테나 타워 또는 기지국, 라디오와 텔레비전 방송용 안테나 타워/기지국은 다양한 유형의 무선 주파수 에너지를 방출한다. 일반 인구의 대다수는 기지국 및 방송 안테나에 간헐적으로만 노출되기 때문에 인구의 노출량을 추정하기는 어렵다. 이러한 노출 강도는 해당 지역의 인구 밀도, 발생원으로부터의 평균 거리, 시간대 또는 요일(주말이나 야간에는 노출이 낮음)에 따라 달라진다. 개인 휴대용 노출 측정기를 사용하여 유럽 어린이들의 다양한 무선 주파수 전자파 노출원을 평가한 연구에 따르면, 총 무선 주파수 전자파 노출에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 기지국과의 근접성인 것으로 나타났다. 일반적으로 전자파 노출은 발생원으로부터 거리가 멀어질수록 감소한다.
- 무선 로컬 영역 네트워크: 일반적으로 Wi-Fi라고 알려진 무선 로컬 영역 네트워크는 특정한 유형의 무선 네트워킹 시스템이며 점점 더 보편화되고 있는 무선 주파수 방출원이다. 무선 네트워크는 전파를 사용하여 Wi-Fi 지원 장치를 물리적 또는 특정 형태의 데이터 연결을 통해 인터넷 액세스 포인트(AP)에 접속하여 사용하는데, 대부분의 Wi-Fi 장치는 휴대폰과 대체로 유사한 무선 주파수(일반적으로 2.4~2.5GHz) 또는 최근에는 더 높은 주파수(5, 5.3 또는 5.8GHz)에서 작동한다. Wi-Fi 장치의 무선 주파수 노출은 휴대전화의 무선 주파수 노출보다 상당히 낮다. 두 발생원 모두 국제 비이온화 방사선 보호 위원회에서 지정한 가이드라인인 10W/m2보다 훨씬 낮은 수준의 무선주파수 방사선을 방출한다.
- 디지털 전기/가스계량기: "스마트 미터"라고도 하는 디지털 전기 및 가스계량기는 휴대폰과 거의 동일한 무선 주파수로 작동한다. 이러한 장치는 전기 또는 가스 소비량 정보를 유틸리티 회사에 전송한다. 스마트 계량기는 때때로 가정 내부의 전체 배경 무선 주파수 방사 수준과 구분할 수 없는 매우 낮은 수준의 전자기장을 생성한다.
- 가전제품: 가정에서 전기를 사용하는 가전제품 및 기타 기기의 경우, 자기장 수준은 발생원 근처가 가장 높고 사용자가 발생원에서 멀어질수록 급격히 감소한다. 자기장은 대부분의 가전제품에서 약 1피트(약 30센티미터) 거리에서 급격히 떨어진다. 마찬가지로 컴퓨터 화면의 경우, 화면에서 컴퓨터 사용자가 앉아 있는 30~50Cm 거리에서는 자기장이 급격히 낮아진다.
(다음 주 2부에서 계속)
References
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