Pendekatan Teoretis Kalkulasi Specific A

(1)

Pendekatan Teoretis Kalkulasi

Specific Absorption

Rate

(SAR) Pada Tubuh Manusia Akibat Paparan

Gelombang Elektromagnetik

Rizki Putra Prastio, 23214017

Ringkasan—Penggunaan ponsel sebagai media komunikasi membuat manusia semakin sering terpapar radiasi. Parameter radiasi yang dialami manusia dapat ditinjau dari nilai Specific Absorption Rate (SAR). Nilai ini menunjukkan berapa besar laju radiasi gelombang elektromagnetik yang diserap oleh tubuh manusia. Nilai SAR yang dihitung berada dalam rentang freku-ensi yang digunakan sistem GSM 900 dan GSM 1800 dimana sistem ini sangat banyak digunakan dalam komunikasi ponsel. Nilai SAR maksimum yang diperbolehkan berkisar antara 1 hingga 1.6 W/Kg untuk setiap 1 gram jaringan di kepala dan 4 W/Kg untuk setiap 10 gram jaringan pada tubuh dan dada. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, nilai SAR pada kepala sebesar 0.64 W/Kg untuk sistem GSM 900 dan 0.66 W/Kguntuk sistem GSM 1800. Sedangakan peningkatan suhu yang terjadi akibat penyerapan energi radiasi dalam waktu 5 menit sebesar0.0526◦_C_{untuk GSM 900 dan}₀_.₀₅₄₂◦_C_untuk GSM 1800.

Index Terms—SAR, gelombang elektromagnetik, radiasi.

I. PENDAHULUAN

Penggunaan telepon seluler (ponsel) sebagai media ko-munikasi dalam berbagai aspek kehidupan manusia dapat menyebabkan peningkatan kemungkinan masalah kesehatan. Sumber utama masalah kesehatan yang berhubungan dengan ponsel adalah medan elektromagnetik yang diradiasikan me-nara pemancar (BTS) dan dari ponsel itu sendiri[3]. Ketika terhubung dengan jaringan, ponsel menggunakan sinyal dalam frekuensi radio untuk berkomunikasi dengan BTS terdekat. Level paparan radiasi gelombang elektromagnetik dari menara BTS dapat diabaikan mengingat jarak antara pengguna ponsel dengan BTS cukup jauh. Tetapi berbeda dengan level radiasi dari ponsel kepada penggunanya. Karena jaraknya yang sangat dekat, efek radiasi gelombang elektromagnetik dari ponsel tidak dapat diabaikan. Terlebih lagi ponsel sangat sering digu-nakan untuk melakukan panggilan, mengirim pesan singkat, atau mencari informasi melalui internet.

Berdasarkan data dari International Telecommunication Union (ITU), jumlah ponsel di Indonesia pada tahun 2013 mencapai angka 125.36 ponsel tiap 100 penduduk atau sekitar 125% dari jumlah penduduk. Sedangkan pada tahun Januari 2014 jumlah ponsel mengalami sedikit penuruan yakni menca-pai 112% dari jumlah penduduk yang artinya bahwa satu orang dapat memiliki lebih dari satu ponsel. Dengan meningkatnya jumlah kepemilikan ponsel tiap penduduk, maka radiasi yang dialami pemilik posel juga akan meningkat.

Parameter paling penting yang digunakan dalam penilai-an level radiasi gelombpenilai-ang elektomagnetik ypenilai-ang dippenilai-ancark- dipancark-an posel adalah Specific Absorption Rate (SAR). Nilai ini

Tabel I: Spesifikasi GSM 900 dan GSM 1800 [2]

GSM 900 GSM 1800 Downlink Frequencies 935-960 MHz 1710-1785 MHz

Uplink Frequencies 890-915 MHz 1805-1880 MHz

Channel Spacing 200 kHz 200 kHz

Modulation GSMK GSMK

Typical Mobile Trasnmit Power 2 W 1 W

Max BTS Transmit Power 320 W 20 W

Max Distance 35 Km 8 Km

Speech Encoding LPC (13 kbit) LPC (13 kbit)

Bit Rate 270 kbps 270 kbps

menunjukkan laju radiasi elektromagnetik yang diserap per satuan waktu per kilogram. Nilai SAR berbeda untuk tiap bagian tubuh tertentu seperti kepala dan tubuh bagian lain. Pada makalah ini, akan disajikan pendekatan teoretis untuk menganalisis besarnya penetrasi medan elektromagnetik pada tubuh manusia khususnya pada bagian kepala dan efek termal yang ditimbulkan. Frekuensi yang digunakan dalam perhitung-an pada makalah ini adalah frekuensi GSM yperhitung-ang digunakperhitung-an oleh ponsel yaitu 900 MHz dan 1800 MHz.

II. DASARTEORI

A. Radiasi Elektromagnetik

Radiasi elektromagnetik dapat menyebabkan kerusakan ja-ringan tubuh kerana efek panas yang ditimbulkan. Mengingat tubuh manusia terdiri dari sekitar 65-70% air, elektrolit dan ion, radiasi gelombang elektromagnetik dapat dengan mudah mempengaruhi keadaan fisik manusia. Air merupakan molekul polar yang memiliki muatan positif dan negatif yang terpisah sehingga terbentuk dipol. Tubuh manusia, yang tersusun atas jutaan sel, juga memiliki medan elektromagnetik. Medan elek-tromagnetik eksternal seperti radiasi dari ponsel dapat berinte-raksi dengan tubuh dan mempengaruhi medan elektromagnetik internal.

Medan elektromagnetik internal tubuh yang lemah memiliki frekuensi tertentu dan sangat penting untuk kesehatan, perba-ikan sel yang rusak, serta reproduksi dan replikasi DNA[2]. Jika terpapar radiasi eksternal, medan elektromagnetik internal akan terganggu sehingga proses di dalam tubuh juga akan terganggu. Radiasi elektromagnetik dan elektrik dapat me-nyebabkan perpindahan elektrolit dan ion dalam tubuh yang mengganggu sistem homeostasis. Sehingga akab berakibat pada mekanisme pertahanan tubuh yang menurun.

(2)

terjadinya tumor, dan lain sebagainya. Efek termal merupakan salah satu akibat langsung yang dapat terjadi ketika suatu jaringan menyerap radiasi elektromagnetik.

B. Specific Absorption Rate (SAR)

Penggunan ponsel akan terpapar oleh radiasi elektromagne-tik dalam frekuensi radio. Efek biologis akan timbul sebagai akibat dari penyerapan energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh ponsel. Jika gunakan untuk melakukan panggilan maka gelombang ini akan mempengaruhi berbagai bagian yang ada dikepala seperti mata, dan otak.

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ponsel akan masuk ke dalam jaringan dan menghasilkan panas. Akibatnya suhu bagian tubuh yang terpapar akan meningkat dan berpo-tensi merusak jaringan. Kedalaman penetrasi gelombang elek-tromagnetik bergantung pada frekuensinya dan karakteristik elektrik dari benda yang terpapar radiasi. Kedalam penetrasi (penetration depth) dapat dinyatakan dengan persamaan [3]

δ=

r

1

πµσf (1)

dimana δ adalah kedalaman penetrasi (m), µ adalah per-meabilitas magnetik dari suatu bahan atau jaringan (H/m), δ adalah konduktivitas listrik suatu bahan atau jaringan (S/m), dan f adalah frekuensi gelombang elektromagnetik (Hz).

SAR bergantung pada intensitas medan elektromagnetik, karakteristik jaringan, geometri, ukuran, orientasi objek yang terpapar, frekuensi gelombang elektromagnetik, dan waktu paparan[3]. SAR didefinisikan oleh persamaan berikut

SAR= d

dimana W adalah energi yang diserap (Joule), t adalah waktu (s), m adalah massa jaringan (Kg), E adalah kuat edan listrik induksi pada jaringan (V/m), J adalah rapat arus pada jaringan (A/m2

),ρadalah massa jenis jaringan(Kg/m3

)danδadalah konduktivitas dari jaringan (S/m). Sebagai akibat dari penye-rapan energi gelombang elektromagnetik, suhu jaringan akan meningkat yang dapat dinyatakan dengan persaman berikut

dQ

dT =ρV c (5)

dengan Q adalah energi termal (Joule), T adalah suhu (◦_C_),_ρ adalah massa jenis jaringan(Kg/m3

), V adalah volume(m3 ), dan c adalah kalor jenis (j/Kg ◦_C)_.

Tabel II dan III menunjukkan karakteristik elektrik dari beberapa jaringan tubuh manusia pada dua frekeuensi yang berbeda sedangkan Tabel IV memberikan nilai karakteristik termal jaringan tubuh manusia.

Tabel II: Karakteristik elektrik jaringan pada kepala frekuensi 900 MHz [1]

Jaringan Permitivitas elektrikǫr Konduktivitas elektrikσ(S/m)

Kulit 41.41 0.87

Lemak 11.33 0.11

Tulang 20.79 0.34

Otak 45.80 0.76

Tabel III: Karakteristik elektrik jaringan pada kepala frekuensi 1800 MHz [1]

Jaringan Permitivitas elektrikǫr Konduktivitas elektrikσ(S/m)

Kulit 32.5 0.52

Lemak 5.35 0.07

Tulang 8.00 0.16

Otak 53.00 1.70

III. PEMBAHASAN

A. SAR untuk GSM 900 dan GSM 1800

Dalam menganalisis kemungkinan gangguna kesehatan aki-bat penggunaan ponsel, sangat penting dilakukan kalkulasi nilai SAR pada bagina tubuh manusia khususnya kepala akibat dari radiasi gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik akan masuk menembus jaringan yang ada di kepala ketika ponsel sedang digunakan seperti melakukan panggilan telepon. Berdasarkan tabel I, nilai rata-rata uplink frequency dapat ditentukan sebesar

890 + 915

2 = 902.5 M Hz (6)

sehingga jika menggunakan nilai konduktivitas paling kecil yang ditunjukkan pada tabel II, kedalaman penetrasi selama penggunaan ponsel ketika terjadi transmisi dari ponsel ke BTS dapat ditentukan dengan persamaan (1)

δ=

(3)

Tabel IV: Karakteristik termal jaringan pada kepala[1]

Jaringan

Massa jenis

ρ

(

Kg/m

3

Kulit

1125

0.42 3600

Lemak

916

0.25 3000

Tulang

1990

0.37 3100

Otak

1038

0.535 3650

I= P

Mengacu pada [3], impedansi kulit sekitar59.094 Ω. Kuat medan listrik yang ditimbulkan adalah

P =E

Setelah mendapatkan nilai E sebagai nilai medan listrik, nilai SAR dapat dihitung menggunakan persamaan (2) seperti berikut

Karena melewati medium yang berbeda, maka amplitudo gelombang elektromagnetik akan mengalami pelemahan de-ngan faktor e−x/δ _{dan energinya mengalami pelemahan} de-ngan faktore−2x/δ_{. Daya radiasi sebanding dengan intensitas} radiasi yang terhadap jaringan dan pelemahan daya radiasi dinyatakan dengan

P =P0e− 2x/δ

(10)

Jika dinyatakan dalam dBm, maka persamaan (10) menjadi

logP

Sebelum mencapai otak, radiasi elektromagnetik yang di-pancarkan ponsel melewati beberapa jaringan seperti kulit,

lemak, dan tulang. Artinya radiasi akan berinteraksi dengan jaringan tersebut dan melemah sehingga nilai pelemahan total akan sama dengan perkalian dari pelemahan dari masing-masing jaringan. Jika ketebalan kulit rata-rata 0.1 cm, lemak 0.14 cm, tulang 0.66 cm, dan dengan menggunakan nilai kedalaman penetrasi δ = 50.5 mm = 5.05 cm, maka pelemahan yang diakibatkan oleh jaringan ini sebelum radiasi mencapai otak adalah

AdBm(x)total=Akulit . Alemak . Atulang

Dari kalkulasi yang telah dilakukan diketahui bahwa pe-lemahan radiasi yang diakibatkan jaringan kulit, lemak, dan tulang sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan. Hal ini me-nandakan bahwa sebagian besar radiasi elektromagnetik ponsel masuk ke dalam otak. Misalkan radiasi elektromagnetik masuk ke dalam otak dengan kedalaman 1 cm dan jika kedalaman penetrasi dianggap sama 50.5 mm maka pelemahan radiasi elektromagnetik yang berada pada tengah otak adalah

AdBm(x) = 8.686

1 5.05 = 1.72dBm

Dianggap daya yang dipancarkan ponsel sebesar250 mW = 23.979 dBm, maka daya radiasi yang dialami otak pada bagian ini adalah

Potak= 23.979−1.72

= 22.259 dBm = 168.22mW

Jika ponsel berjarak2 cmdari kepala, maka intensitas radiasi yang diakibatkan oleh daya sebesar 168.22 mW dapat dihi-tung seperti berikut

I= Potak

Mengacu Mengacu pada [3], impedansi otak sekitar 58.8 Ω. Kuat medan listrik yang ditimbulkan adalah

(4)

sehingga SAR pada otak dengan kedalaman 1cmadalah

SAR= σ E 2

ρ

= 0.76 874.944 1038 = 0.64 W/Kg

Semakin dekat dengan ponsel maka nilai ini akan meningkat dan berbahaya jika melebihi batas ambang yang ditentukan. Cara yang sama dapat dilakukan untuk menghitung SAR pada jaringan GSM 1800. Rata-rata frekuensi yang digunakan pada GSM 1800 adalah

1805 + 1880

2 = 1842.5 M Hz (12)

Berbeda dengan sistem GSM 900, sitem GSM 1800 memiliki daya puncak sebesar 1W, sehingga maksimum daya rata-ratanya adalah 1/8 dari daya puncaknya sebesar 125 mW[3]. Dengan menggunakan persamaan (1), kedalaman maksimal penetrasi radiasi adalah 0.0443 m = 44.3 mm Jika jarak antara antena ponsel dengan kepala dianggap 2 cm, maka intensitas radiasi sebesar

I= P A

= 0.125

4π(0.02 + 0.0443)2

= 0.125 0.0519

= 0.2407mW/cm2 = 2.407W/m2

(13)

pelemahan yang terjadi akibat radiasi melewati kulit, lemak, dan tulang sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Pada otak kedalaman1 cm, radiasi melemah sebesar

AdBm(x) = 8.686

1 4.43 = 1.96dBm

Jika daya yang dipancarkan ponsel sebesar 125 mW = 20.969 dBm, maka daya radiasi yang dialami otak pada bagian ini adalah

Potak = 20.969−1.96

= 19.009dBm = 79.597mW

Intensitas radiasi yang diakibatkan oleh daya sebesar 79.597mW dari ponsel yang berjarak2cmdari kepala adalah

I= Potak A

= 79.597×10− 3

4π(0.02 + 0.01)2

= 79.597×10− 3

0.011304 = 7.068W/m2

Impedansi otak pada frekuensi ini sekitar57.345 Ωdan kuat medan listrik yang ditimbulkan adalah

P =E 2

η E2

=I η E2

= 7.068×57.345 = 405.314 V /m

sehingga SAR pada otak dengan kedalaman1 cmadalah

SAR= σ E 2

ρ

= 1.7 405.314 1038 = 0.66W/Kg

Tampak bahwa nilai SAR untuk GSM 900 dan GSM 1800 tidak berbeda jauh.

B. Efek panas akibat radiasi

Penyerapan energi radiasi oleh jaringan tubuh akan menye-babkan peningkatan suhu pada jaringan tersebut. Jika energi yang diserap terlalu besar maka akan mengakibatkan kerusak-an jaringkerusak-an. Hubungkerusak-an SAR dengkerusak-an peningkatkerusak-an suhu dapat diturunkan dari persamaan (5) dengan mengalikan kedua ruas dengan suku dT_dt_ρV1 menjadi

1 dt

1

ρV dQ=c dT

dt

SAR=cdT dt

∆T =SAR∆t

c (14)

Dengan menggunakan tabel (IV) peningkatan suhu yang ter-jadi dapat dihitung. Misalkan seseorang melakukan panggilan selama 5 menit = 300 s dengan jaringan GSM 900, maka peningkatan suhu yang terjadi pada otak dengan kedalaman 1 cmadalah

∆T900=

SAR∆t c = 0.64 300

3650 = 0.0526◦_C

(5)

∆T1800=

SAR∆t c =0.66 300

3650 = 0.0542◦_C

Dalam jangka waktu yang sama, peningkatan suhu akan lebih besar pada daerah tubuh yang paling dekat dengan ponsel karena nilai intensitasnya lebih besar yang mengakibatkan nilai SAR juga lebih besar. Pada rentang frekuensi 10 MHz-300 GHz, peningkatan suhu adalah peristiwa yang tidak dapat diabaikan. Peningkatan suhu sebesar 1−2 ◦_C _dapat menye-babkan masalah kesehatan yang serius sehingga nilai standar peningkatan suhu maksimum yang diperbolehkan hanya1◦_C_. Berdasarkan acuan ini nilai SAR maksimum yang diperbo-lehkan berkisar antara 1 hingga 1.6 W/Kg untuk setiap 1 gram jaringan di kepala dan 4 W/Kg untuk setiap 10 gram jaringan pada tubuh dan dada[1]. Untuk mengurangi efek radiasi yang terjadi, maka penggunaanheadsetatauhands free

ketika melakukan panggilan sangat disarankan.

IV. KESIMPULAN

1) Semakin dekat jaringan pada sumber radiasi maka in-tensitas energi yang diserap semakin besar. Hal ini mengakibatkan medan listrik yang terjadi pada jaringan tersebut juga meningkat sehingga nilai SAR lebih besar pada daerah yang paling dekat dengan sumber radiasi. 2) Jaringan biologis yang menyerap radiasi gelombang

elektromagnetik dapat mengingkat suhunya. Semakin lama radiasi yang maka semakin besar energi yang diserap sehingga semakin besar peningkatan suhunya. 3) Efek radiasi dapat dikurangi dengan menggunakan

hea-dsetatauhands free, sehingga nilai SAR yang diterima oleh tubuh khususnya bagian kepala dapat diminimali-sasi.

PUSTAKA

[1] Bodgan, Dumitru Alistar., Andrei Salcaneu., Lupuleasa Gabriel,Approach on Simulating and Measuring the SAR. International Conference and Exposition on Electrical Engineering and Power Engineering (EPE 2014), 16-18 October, lasi, Romania, 2014.

[2] Mat, Dayang Azra Awang.,Kho, Franky.,Joseph, Annie., Kipli Kuryati., Sahrani Shafrida. Lias, Kasumawati., Marzuki, Ade Syaheda Wani,The Effect of Headset and Earphone on Reducing Electromagnetic Radiation from Mobile Phone toward Human Head.