Extrem hohe Leistungsdichten erforderlich

Die verwendeten Leistungsdichten lagen zwischen 44'000 W/m² (4,4 W/cm²) und 81'000 W/m² (8,1 W/cm²). Sie überstiegen die Referenzwerte für die Allgemeinbevölkerung nach ICNIRP und IEEE (max. 10 W/m²) um mehrere Größenordnungen.

Die Autoren bestimmten für eine 20 s dauernde Exposition eine ED50 von 102 J/cm² für oberflächliche Verbrennungen, entsprechend rund 51'000 W/m² (5,1 W/cm²). Für partielle Hautverbrennungen lag der Wert bei 121 J/cm² beziehungsweise rund 60'500 W/m² (6,05 W/cm²), für vollständige Hautverbrennungen bei 138 J/cm² beziehungsweise rund 69'000 W/m² (6,9 W/cm²).

Unterhalb von etwa 50'000 W/m² (5 W/cm²) traten kaum Verbrennungen auf. Oberhalb von etwa 60'000 W/m² bis 65'000 W/m² (6 bis 6,5 W/cm²) stieg die Wahrscheinlichkeit schwerer Hautschäden dagegen innerhalb eines relativ kleinen Leistungsbereichs stark an.

Frage an ChatGPT: Wie wurde die extrem starke Exposition technisch erreicht?

Antwort der KI

Die Autoren beschreiben den Versuchsaufbau erstaunlich detailliert. Die hohen Leistungsdichten wurden nicht mit einer Mobilfunkantenne erzeugt, sondern mit einer speziellen Mikrowellenanlage im Labor.

Der Aufbau sah im Wesentlichen so aus:

Als Sender diente ein 1-MW-Klystron bei 5,6 GHz. Es wurden 2-µs-Pulse erzeugt. Durch Wahl der Pulswiederholfrequenz stellten die Autoren die gewünschte mittlere Leistungsdichte ein. Sie begründen, weshalb diese gepulste Anregung hinsichtlich der thermischen Wirkung einer kontinuierlichen Bestrahlung über 20 s entspricht.

Anschließend wurde die Strahlung über einen Rechteckhohlleiter in ein Horn, und danach über einen speziell angefertigten parabolischen Reflektor auf die Haut fokussiert. Der Reflektor bündelte die Energie auf einen ungefähr 7 cm breiten Gauß-förmigen Fleck. Dadurch entstand auf dieser relativ kleinen Fläche die extrem hohe Leistungsflussdichte.

Die Schweine lagen narkotisiert auf einem Operationstisch. Für jede Exposition wurde ein anderes Hautareal exakt in den Brennpunkt des Systems gebracht und dort 20 s bestrahlt. Die Leistungsdichte wurde zuvor sorgfältig kalibriert und während der Versuche überwacht.

Aus meiner Sicht ist das ein wichtiger Punkt für die Einordnung: Die Versuchsanordnung hatte mit einer Mobilfunk-Basisstation praktisch nichts gemeinsam. Es handelte sich vielmehr um einen hochfokussierten Mikrowellenprüfstand, der gezielt dafür entwickelt wurde, auf einer kleinen Hautfläche Verbrennungen hervorzurufen und deren Schwellen möglichst präzise zu bestimmen. Genau deshalb konnten Leistungsdichten von 44'000 bis 81'000 W/m² (4,4 bis 8,1 W/cm²) erreicht werden.