비전리성 전자파 인체영향

왜 배우는가: 비전리성 전자파는 자외선·가시광선·적외선·마이크로파처럼 전리 능력이 없지만 피부·눈·열 작용으로 인체에 영향을 준다. 전자파 노출 기준과 작업 환경의 위험 판단에 쓰이므로 실무에서 중요하고, 시험에서는 주파수대별 영향 비교 문항으로 반복해 나온다.

출제 이력: 제113회 4교시 4번, 제96회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

비전리성 전자파는 광자 에너지가 분자를 이온화할 만큼 크지 않아, 열작용과 광화학작용 등으로 인체에 영향을 주는 전자파이다.

• 비전리 방사선(non-ionizing radiation)
• 열작용(thermal effect)
• 광화학작용(photochemical effect)
• 전자기장(electromagnetic field)
• 전자파흡수율(SAR)
• 전력밀도
• 직업인·일반인 노출기준
• 비이온화 방사선 보호

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 전자파가 몸에 닿아 세포를 직접 깨뜨리기보다 열을 만들거나 화학반응을 일으키는 것이다. 전자파의 광자 하나당 에너지가 작아서 원자나 분자에서 전자를 떼어내지 못한다.

정식으로 「전파법」 제47조의2에 따라 고시된 전자파 인체보호기준은 전자기장을 전기장과 자기장의 총칭으로 정의한다. 기준은 전기장강도, 자기장강도(또는 자속밀도), 전력밀도, 그리고 생체조직이 흡수하는 에너지율인 전자파흡수율(SAR, W/kg)로 나뉜다.

비전리성 전자파의 영향은 주파수와 에너지에 따라 다르다. 자외선은 광화학 반응으로 피부와 눈에 손상을 주고, 가시광선은 망막에 빛에 의한 장해를 주며, 적외선은 열로 피부와 눈 깊은 조직을 가열한다. 마이크로파는 물 분자 같은 극성 분자를 진동시켜 조직을 가열한다. 기준에서 일반인과 직업인을 나누는 것도 노출을 알고 있는지, 위험을 교육받았는지에 따라 허용치를 달리하기 위해서다.

전력밀도는 전자파의 진행 방향에 수직인 단위면적을 통과하는 전력이다. 마이크로파 대역의 노출 평가에서는 전기장 대신 전력밀도로 기준을 본다.

3. 등장 배경과 필요성

전자파 이용이 늘면서 인체 노출을 관리할 필요가 커졌다. 이동통신, 무선 설비, 전기·전자기기, 의료기기에서 나오는 전자파가 생활 공간에 가까이 있기 때문이다. 국내에서는 「전파법」 제47조의2가 과학기술정보통신부장관에게 전자파 인체보호기준을 고시하도록 정하고 있다. 이 고시는 무선설비와 전기·전자기기에서 나오는 전자파가 인체에 미치는 영향을 고려해 강도 기준과 흡수율 기준을 정한다.

국제적으로는 국제비전리방사선방호위원회(ICNIRP)가 100kHz~300GHz 대역의 노출 제한 지침을 제시해 왔고, 이 지침이 여러 나라의 기준 근거로 쓰인다. 이 대역 구분은 기준 체계를 이해하는 출발점이다. 전기설비가 만드는 60Hz 저주파 전자기장은 국내 인체보호기준 고시에서 별도로 적용 제외된다는 점도 함께 알아둔다.

노출 형태도 달라졌다. 과거에는 방송·레이더 설비 주변이 주된 관심이었지만, 지금은 사무실 기기와 가정용 기기처럼 일상적으로 접하는 전자기기에서도 기준 대비 노출을 확인한다. 측정 방법은 국가표준으로 정해져 있어 측정 결과가 기준 적합성 평가의 근거가 된다.

4. 구성요소·원리·절차

비전리성 전자파가 인체에 영향을 주는 경로는 크게 세 가지 구성요소로 나눠 본다. 첫째는 전자파원이다. 무선설비, 전기·전자기기, 태양광과 조명 같은 자연·인공 광원이 여기에 해당한다. 둘째는 인체 흡수 과정이다. 전자기장이 조직에 들어가 에너지를 전달하는 단계이며, 이 흡수량을 전자파흡수율(SAR)로 나타낸다. 셋째는 생체 반응이다. 열 작용, 광화학 작용, 신경 자극 등이 나타난다.

표의 구성요소는 서로 이어진 한 사슬이다. 원인이 같아도 주파수에 따라 흡수되는 조직과 반응이 달라진다.

원리는 두 가지로 정리된다. 첫째, 비전리 전자파는 광자 하나의 에너지가 원자나 분자의 결합을 끊을 만큼 크지 않다. 따라서 이온화 작용 대신 열 작용이 주된 효과가 된다. 전자기장이 극성 분자를 진동시키고 그 마찰열이 조직을 데운다. 둘째, 파장이 짧은 자외선·가시광선은 분자의 전자 상태를 바꾸는 광화학 작용을 일으킨다. 파장이 긴 적외선은 표층 열 작용이 두드러지고, 마이크로파는 물 분자가 많은 깊은 조직을 가열하는 경향이 있다.

인체 영향 평가의 절차는 다음과 같다.

• 전자파원의 주파수, 세기, 노출 시간을 확인한다.
• 노출 지점(거리, 밀착 여부)에서 전기장·자기장 또는 전력밀도를 측정한다.
• 측정값을 인체보호기준의 기준값과 비교한다.
• 기준을 넘으면 거리 확보, 차폐, 출입 통제 등 안전시설을 설치한다.
• 마이크로파처럼 흡수가 문제인 경우 SAR 값을 산정해 기준과 대조한다.

흡수 에너지의 기본 관계는 다음과 같다.

$SAR = \frac{\sigma |E|^2}{\rho}$

여기서 SAR은 전자파흡수율(W/kg), σ는 조직의 도전율(S/m), |E|는 조직 내 전기장 실효치(V/m), ρ는 조직 밀도(kg/m³)다. 이 식은 조직이 전기장 에너지를 얼마나 흡수해 열로 바꾸는지를 보여준다. 전기장이 세거나 조직의 도전율이 클수록 SAR이 커진다. 측정 기관은 SAR 산정 결과를 기준과 대조해 적합 여부를 판단한다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 기준의 기본은 「전파법」 제47조의2다. 이 조문은 과학기술정보통신부장관이 전자파 인체보호기준을 정해 고시하도록 정한다. 무선국 시설자나 무선설비를 제작·수입하는 자는 방출 전자파 강도가 인체보호기준을 넘지 않게 해야 한다. 기준을 넘는 장소에는 취급자 외의 출입을 막는 안전시설을 설치해야 한다.

인체보호기준은 「전자파인체보호기준」 고시로 정해진다. 일반인과 직업인으로 노출 대상을 나눠 기준을 달리 적용한다. 일반인은 노출 사실을 모르거나 조치할 수 없는 사람이고, 직업인은 위험성을 알고 훈련을 받은 사람이다. 강도 기준은 전기장강도, 자기장강도(또는 자속밀도), 전력밀도로 주어진다. 흡수 기준은 전자파흡수율(SAR)의 최댓값으로 주어진다.

표의 기준은 노출 대상에 따라 값이 다르다. 직업인 기준은 일반인보다 완화되어 있다. 다만 시험 답안에는 대상 구분과 적용 항목을 쓰면 충분하다.

표의 값은 본문에서 확인된 조건을 따른다. 별표 수치는 고시 원문의 별표 값을 그대로 쓴다.

개정 연혁은 다음과 같다. 「전파법」 제47조의2는 2008년 6월 13일 개정 이후 여러 차례 개정됐다. 개정 내용은 무선국 보고 의무와 측정 요청 절차에 관한 것이다. 「전자파인체보호기준」 고시의 재검토 기한은 2015년 1월 1일 기준 3년마다 돌아온다.

측정 기준은 별도의 국가표준을 따른다. 무선국 전자파강도 측정은 KS C 3367을, 가전기기 자기장 측정은 KS C 3369를, 6GHz 이상 이동통신 전력밀도 측정은 KS C 3390을 적용한다.

국제 기준으로는 ICNIRP 가이드라인이 있다. 2020년 가이드라인은 100kHz~300GHz 범위의 전자파 노출 제한을 다룬다. 국내 고시도 이 범위를 기준으로 판단한다.

6. 유형과 비교

비전리성 전자파는 주파수(또는 광자 에너지)에 따라 인체와의 상호작용 방식이 달라진다. 먼저 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파를 에너지와 작용 기전 기준으로 나누어 비교한다.