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문제 정의
- 생체 실험은 그것이 동물에 .대한 것이든 사람에 대한 것이든 유해한 건강 영향에 대해 보다 더 납득할 수 있는 증거를 제공한다. 이러한 전자파 인체 영향 연구의 일환으로 본 논문에서는 국내 이동통신 주파수 대역인 848.
- 본 연구에서는 국내 이동통신 주파수 대역인 1, 762.5 MHz 및 845.5 MHz에서 전자파의 인체 영향규명을 위한 동물 실험용 국부 노출 장치를 설계, 제작하였다. 제작된 노출 장치는 카루셀 형의 마우스용 국부 노출 장치로서 40마리의 마우스를 동시에 노출시킬 수 있다.
제안 방법
- 6 mm(y)x 0.68 imn(z)의 셀 크기로 모델링하였고, 안테나는 delta gap 소스로 여기하였으며, 흡수체는 PML로, 챔버 외부의 알루미늄 구조는 PEC로 모델링 하였다.
- SAR 계산시 인간의 두뇌 조직의 조직 비열 3, 700 J/kg °C을 사용하였으며 각각의 주파수에서의 케이블 손실 값을 고려하여 계산하였다. 그림 20과 21은 입력 전력에 대해 정규화된 SAR 측정치와 시뮬레이션 값을 비교한 그림이다.
- SAR 특성은 PCS 대역 및 cellular 대역에서 온도 프로브(Luxtron 790 프로브, Luxtron사)를 이용하여 측정하였으며, 마우스 카데바와 고체 팬텀의 두 피실험 체를 사용하여 측정하였다句
- 보인 것이다. 각각의 주파수에서의 안테나의 반사 손실은 12.9 dB와 15.5 dB로서 전방향 방사 패턴을 가지는 다이폴 안테나를 통해 마우스 주위에 동일한 분포의 전기장에 노출될 수 있도록 하였다.
- 고체 팬텀 혹은 마우스 카데바를 이용한 측정 모두 실제의 부하조건과 같도록 하기 위해 그림 15에 보인 액체 팬텀을 부하용으로 사용하였고(실제 쥐는 이동 때문에 사용이 어렵고 카데바도 반복 실험에 대한 부패 가능성 및 형상 유지의 어려움이 있음), SAR 측정용으로는 마우스 카데바와 고체 팬텀을 사용하여 동일한 측정을 반복하였다. 그 이유는 마우스 카데바는 정확한 형태 유지가 어렵기 때문에 시뮬레이션 결과에 대한 검증을 보다 정확하게 하기 위함이다.
- 하나는 챔버 천정에 설치된 환기 팬을 통한 챔버 환기 장치이고 다른 하나는 호스를 통해 각 리스터 레이 너에 신선한 공기를 주입, 순환시키는 장치이다. 그리고 환기용 팬 등에 의한 소음은 50 dB 이하로 줄이고, 조명은 바닥에서 40-85 cm 사이에서 150〜300 lux가 되도록 설계하였다.
- 장치 내부에 대한 전기장 분포 특성과 외부에 대한 차폐 특:성을 측정하고 노출 장치의 환경 특성이 피실험체인 마우스에 환경 스트레스가 없도록 제작된 것을 검증하였다. 노출 장치의 노출량 검증을 위해 고체 팬텀과 마우스 카데바의 두 가지 피실험체에 대해 온도 프로브를 이용한 SAR 측정을 수행하였다. 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였으며, PCS 대역 노출 장치는 신호원의 파장이 마우스 길이 방향에 대한 공진 조건에 가깝기 때문에 cellular 대역 노출 장치에 비하여 SAR 값이 상당히 높음을 확인하였다.
- 따라서 측정에 사용된 고체 팬텀은 마우스와 유사한 형상의 팬텀을 얻기 위해 12주령의 마우스(C57BL/6N)에서 3-D scanning 기법을 이용해 3 차원 표면 데이터를 추출하고 이를 이용하여 마우스 CAD 파일을 제작하였다. 제작된 CAD 데이터를 RP(R叩id Prototype) 기법을 이용하여 2차원 단면 데이터를 순차적으로 적층하는 방법으로 실리콘 몰드를 만들고, 이를 이용하여 마우스의 정확한 형상을 가진 고체 팬텀을 제작하였다.
- 리스트레이너의 내부 직경은 34 mm 이며 푸셔(pusher)를 장착하여 마우스를 고정하고 쥐의 성장에 따라 길이를 조정할 수 있게 하였다. 또한 노출 실험 중에 발생할 수 있는 마우스의 배설물 등을 처리할 수 있도록 리스트레이너 아랫부분에 배설구를 설치하고 3° 정도 기울게 하여 배설물이 흘러 나와 마우스에게 영향을 미치지 않도록 설계하였다.
- 또한 노출 장치 내에서 실험 대상 동물이 스트레스를 받지 않도록 하는 것이 매우 중요하므로 그림 4에 보인 것과 같이 형광등을 이용한 조명 장치와 환기 장치를 설치하였다.
- 실제의 실험 상황에서 안테나의 정합 특성 확인을 위해 마우스의 부하 효과(loading effect)를 측정하였다. 그림 11과 12에 보인 것과 같이 고체 팬텀과 액체 팬텀을 하나씩 loading 시키면서 안테나의 반사 손실을 측정한 결과 그림 12와 같이 부하 효과에 의한 최대 편이가 1 dB 이하로서 추가 정합이 불필요함을 알 수 있었다.
- 온도 프로브를 이용한 SAR 측정은 머리 앞쪽부터 3 mm 간격으로 3 포인트에 걸쳐 측정하였다(그림 9 참조)闾 PCS 대역에서의 SAR 값은 피실험 체인 마우스 카데바와 고체 팬텀에서 열 방출이 일어나기 전인 초기 2분의 온도 상승 곡선을, 셀룰러 대역에서는 초기 5분 동안의 온도 상승 곡선을 이용하여 온도 상승 값을 구한 후 식 (1)을 사용하여 SAR 값을 구하였다.
- 대한 것이든 사람에 대한 것이든 유해한 건강 영향에 대해 보다 더 납득할 수 있는 증거를 제공한다. 이러한 전자파 인체 영향 연구의 일환으로 본 논문에서는 국내 이동통신 주파수 대역인 848.5 MHz(셀룰러)와 1, 762.5 GHz(PCS)에 대한 동물 실험용 전자파 노출 장치를 설계, 제작하였다.
- 제작된 노출 장치는 카루셀 형의 마우스용 국부 노출 장치로서 40마리의 마우스를 동시에 노출시킬 수 있다. 장치 내부에 대한 전기장 분포 특성과 외부에 대한 차폐 특:성을 측정하고 노출 장치의 환경 특성이 피실험체인 마우스에 환경 스트레스가 없도록 제작된 것을 검증하였다. 노출 장치의 노출량 검증을 위해 고체 팬텀과 마우스 카데바의 두 가지 피실험체에 대해 온도 프로브를 이용한 SAR 측정을 수행하였다.
- 980 mm로 제작하였다. 전자파 차폐를 위해 알루미늄 박스 구조를 사용하고, 내부 반사 방지를 위해 차폐재 (laminated absorber AEL 4.5, AEMI사)를 챔버내부에 설치하여 이동통신 주파수 대역에서의 반사율을 20 dB 이하로 줄이고 SAR 측정을 위한 온도 프로브 및 전기장 센서의 투입구도 마련하였다.
- 따라서 측정에 사용된 고체 팬텀은 마우스와 유사한 형상의 팬텀을 얻기 위해 12주령의 마우스(C57BL/6N)에서 3-D scanning 기법을 이용해 3 차원 표면 데이터를 추출하고 이를 이용하여 마우스 CAD 파일을 제작하였다. 제작된 CAD 데이터를 RP(R叩id Prototype) 기법을 이용하여 2차원 단면 데이터를 순차적으로 적층하는 방법으로 실리콘 몰드를 만들고, 이를 이용하여 마우스의 정확한 형상을 가진 고체 팬텀을 제작하였다. 이때 고체 팬텀은 전기적으로 두뇌 조직 등가 물질로서 표 3과 같은 물질로 이루어져 있다E.
- 챔버 내부에 설치된 흡수체의 성능을 확인하기 위해 챔버 내부에서의 필드 분포와 자유 공간 상태에서의 동일 위치에 대한 필드 분포를 전자파 무향실 내에서 측정하였다. 그림 13은 측정 결과를 나타낸 것으로 X축은 리스트레이너의 길이 방향, y축은 필드 세기를 나타낸다.
대상 데이터
- 노출 장치에 사용된 안테나는 Motorola사에서 제작된 반파장 슬리브 다이폴 안테나로 노출 장치의 내부에서 안테나 간의 격리가 충분할 수 있도록 트레 이 사이 의 수직 간격을 46 cm로 설정하였다. 사용된 PCS 대역 노출 장치의 중심 주파수는 1, 762.
- 본 노출 장치는 마우스용으로 카루셀의 크기가 작고 챔버가 위치할 연구실의 환경적 조건을 감안하여 챔버 외형의 사이즈를 745 mmxl, 060 mmx 1, 980 mm로 제작하였다. 전자파 차폐를 위해 알루미늄 박스 구조를 사용하고, 내부 반사 방지를 위해 차폐재 (laminated absorber AEL 4.
- 사용된 PCS 대역 노출 장치의 중심 주파수는 1, 762.5 MHz로 채널 250에 해당하며, 셀룰라 대역 노출 장치의 중심 주파수는 848.5 MHz로 채널 779에 해당한다. 최대 입력 전력은 PCS 대역에선 30 W, 셀룰러 대역에서는 60 W이며 1 W 간격으로 출력 레벨을 조정할 수 있다.
- 5 MHz에서 전자파의 인체 영향규명을 위한 동물 실험용 국부 노출 장치를 설계, 제작하였다. 제작된 노출 장치는 카루셀 형의 마우스용 국부 노출 장치로서 40마리의 마우스를 동시에 노출시킬 수 있다. 장치 내부에 대한 전기장 분포 특성과 외부에 대한 차폐 특:성을 측정하고 노출 장치의 환경 특성이 피실험체인 마우스에 환경 스트레스가 없도록 제작된 것을 검증하였다.
이론/모형
- 카루셀 내에 위치한 마우스 내부의 SAR 분포는 FDTD 방법을 이용하여(SEMCAD) 시뮬레이션을 수행하였다. 노출 장치는 그림 5 및 6과 같이 모델링하였으며, 시뮬레이션에 사용된 마우스의 수치 팬텀 (numerical phantom)은 그림 7과 같이 길이 방향으로 8 cm(x), 폭 방향으로 3.
성능/효과
- 측정 결과 PCS 대역 노출 장치의 전체적 인 차폐 효과는 70 dB, 셀룰라 대역은 65 dB로서 주변 기기나 실험자, 다른 실험 장치에 영향을 미치지 않는다는 기존목표에 잘 부합하는 것을 확인하였다. 그리고 챔버내부의 조도 측정(ANA-999 Lux meter, Tokyo Photo- electron사) 결과는 바닥에서 40〜85 cm 사이의 조도가 250 lux로서 당초 설계 사양을 잘 만족시키며, 소음 측정 (SOUND LEVEL METER NA-24, RION사) 결과 또한 설계 목표치인 50 dB 이하가 됨을 확인하였다.
- 그림 14는 차폐효과 측정 장면을 보인 것이다. 측정 결과 PCS 대역 노출 장치의 전체적 인 차폐 효과는 70 dB, 셀룰라 대역은 65 dB로서 주변 기기나 실험자, 다른 실험 장치에 영향을 미치지 않는다는 기존목표에 잘 부합하는 것을 확인하였다. 그리고 챔버내부의 조도 측정(ANA-999 Lux meter, Tokyo Photo- electron사) 결과는 바닥에서 40〜85 cm 사이의 조도가 250 lux로서 당초 설계 사양을 잘 만족시키며, 소음 측정 (SOUND LEVEL METER NA-24, RION사) 결과 또한 설계 목표치인 50 dB 이하가 됨을 확인하였다.
- 노출 장치의 노출량 검증을 위해 고체 팬텀과 마우스 카데바의 두 가지 피실험체에 대해 온도 프로브를 이용한 SAR 측정을 수행하였다. 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였으며, PCS 대역 노출 장치는 신호원의 파장이 마우스 길이 방향에 대한 공진 조건에 가깝기 때문에 cellular 대역 노출 장치에 비하여 SAR 값이 상당히 높음을 확인하였다. 현재 제작된 노출 장치는 서울대 의과대학에서 실제 마우스의 장기 노출 실험에 사용되고 있다.
- 그림 13은 측정 결과를 나타낸 것으로 X축은 리스트레이너의 길이 방향, y축은 필드 세기를 나타낸다. 측정 결과를 보면 실제 마우스의 노출 관심 영역인 머리 부분에 해당하는 영역 (약 15 cm 이내)에서 최대 편이가 1.5 dB 이하로서챔버 내부의 흡수체가 반사 신호를 적절히 차단하여 자유 공간에서와 거의 유사한 필드가 형성되고 있음을 알 수 있다.
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