Messempfindlichkeit und Unsicherheit der Messergebnisse

Basisgrenzwertes jedoch nicht näher zwischen Kopf, Rumpf und Gliedmaßen unterschieden, sondern es wurde immer der strengste Basisgrenzwert im betrachteten Frequenzbereich, nämlich 2 mA/m² für die oben angeführte Bewertung von transienten Vorgängen herangezogen.

max. dB/dt [mT/s]

x / y / z -Komponente

Bewertungsgröße Jmax aus Gl.(6.5) relativ zum Referenzwert (2 mA/m²) x / y /z -Komponente ⇒ gesamt Füße 0,89% / 0,33% / 0,1% ⇒ 0,96%

Unterschenkel 1,37% / 0,5% / 0,15% ⇒ 1,46%

Oberschenkel 1,58% / 0,58% / 0,17% ⇒ 1,69%

Rumpf 3,93% / 1,45% / 0,42% ⇒ 4,21%

Arme 1,48% / 0,55% / 0,16% ⇒ 1,59%

15,7 / 5,8 / 1,67

Kopf 5,65% / 2,09% / 0,60% ⇒ 6,06%

Tabelle 6.5: Abschätzung des Maximalwertes der durch den in Abbildung 6.14 gezeigten Magnetfeldverlauf induzierten Stromdichten in unterschiedlichen Körperregionen im Verhältnis zum strengsten Basisgrenzwert im interessierenden

Frequenzbereich (2 mA/m²), auf Basis von Gleichung (6.5)

Die strahlenschutztechnische Bewertung der Messergebnisse in den nachfolgenden Kapiteln erfolgte daher immer folgendermaßen: Alle aufgezeichneten Messsignale wurden zunächst grundsätzlich entsprechend dem für stationäre Signale üblichen Verfahren, d.h., auf Basis der phasenrichtigen Summierung ihrer Einzelspektralanteile im Verhältnis zu den entsprechenden Referenzwerten bewertet.

Im Fall von ausgeprägten transienten Vorgängen in den Messsignalaufzeichnungen erfolgte die Bewertung nach der oben beschriebenen Methode, um auch in diesen Fällen eine Beurteilung auf Basis einer einfachen, physikalisch sinnvollen, und immer noch konservativen Bewertungsgröße, mit eingeschränkter Überschätzung der Immissionsverhältnisse durchzuführen.

Relative Unsicherheitsbeiträge werden in Prozent (%) angegeben. Liegt beispielsweise die Bewertungsgröße bei 20% des Referenzwertes und die relative Unsicherheit bei ±10%, so liegt der Unsicherheitsbereich innerhalb dem die Bewertungsgröße zu erwarten ist zwischen 18% und 22% des Referenzwertes.

Absolute Unsicherheitsbeiträge werden in Prozentpunkten (%pkte) bezogen auf den Referenzwert für die Allgemeinbevölkerung angegeben. Liegt beispielsweise die Bewertungsgröße bei 20% des Referenzwertes und die absolute Unsicherheit bei

± 1%pkt, so liegt der Unsicherheitsbereich innerhalb dem die Bewertungsgröße zu erwarten ist zwischen 19% und 21% des Referenzwertes.

Die gesamte resultierende Unsicherheit der Bewertungsgröße für die Magnetfeldimmissionen (auf den Referenzwert bezogene, phasenrichtige Summe der Spektralanteile) setzt sich aus den folgenden Beiträgen zusammen:

a) Messunsicherheit der verwendeten Messgeräte (Feldsonden), ca. ± 5%

b) Unsicherheit bei D/A-Wandlung und numerische Unsicherheiten bei FFT, < ±1%

c) Unsicherheit zufolge Variation der Hintergrundstörfelder am Leistungsprüfstand Dieser Beitrag wurde durch Vergleich der Hintergrundmessungen jeweils vor und nach den eigentlichen Immissionsmessungen ermittelt und ergab sich zu ca.

±0,1%pkt, bezogen auf den Referenzwert für die Allgemeinbevölkerung.

d) Unsicherheit zufolge der äußeren Hintergrundstörfelder während der Messfahrten Auf Grund der Tatsache, dass die äußeren (d.h., die nicht von den Komponenten des Mess-Systems inkl. Stromversorgung stammenden) Hintergrundstörfelder bei den Messfahrten nicht kontrollierbar sind, ist dieser Unsicherheitsbeitrag besonders schwierig zu quantifizieren. Offensichtliche, d.h., deutlich oberhalb der von den Fahrzeugen erzeugten Immissionen liegende Störanteile, deren Spektren sich in eindeutiger Weise von jenen der Fahrzeugimmissionen unterscheiden lassen, konnten im Rahmen der Messdatenauswertung relativ einfach identifiziert und eliminiert, bzw. bei der strahlenschutztechnischen Bewertung ausgeklammert werden. Störanteile mit Spektren, die sich nicht eindeutig von jenen der Fahrzeugemissionen unterscheiden lassen, sind dagegen die Hauptverursacher dieses Unsicherheitsbeitrages. Auf Basis der Analyse aller aufgezeichneten Daten und der dabei aufgetretenen, nicht auf andere Ursachen rückführbare Variationen der Bewertungsgröße kann dieser Unsicherheitsbeitrag zu ca.

±0,2%pkt bezüglich des Referenzwertes für die Allgemeinbevölkerung abgeschätzt werden. Bezüglich des Referenzwertes für berufliche Exposition entspricht dies ca. ±0,05%pkt.

e) Positionierunsicherheit der Feldsonden

Grundsätzlich wurde, wenn möglich, immer versucht, die Positionierunsicherheiten durch Verwendung der in Kapitel 6.1 beschriebenen Körpernachbildung auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Bei den Messungen am Fahrerplatz war dies jedoch naturgemäß nicht möglich. In diesem Fall wurden die Feldsonden so nahe wie möglich an die Zielposition gebracht (z.B. neben oder unmittelbar hinter den Füßen, hinter dem Kopf, usw.). Diese dabei in Kauf zu nehmenden Abweichungen betrugen typischerweise ca. 15 cm, was bei stark inhomogenen Feldern zu beträchtlichen Unsicherheiten führen kann (vor allem im Bereich der Füße). Auf Basis von systematisch durchgeführten Messungen im Beifahrer-Fußraum der Fahrzeuge konnte die Größe dieses Unsicherheitsbeitrages mit ca. ±30% abgeschätzt werden.

f) Unsicherheit zufolge nichtkonstanter Fahrzeugzustände (am Leistungsprüfstand) Speziell beim Fahren gegen sehr hohe Lastmomente und bei geringen Geschwindigkeiten zeigte sich, dass es nicht einfach war, die Fahrzeuge während der Messungen auf konstanter Geschwindigkeit zu halten. Abweichungen von der angestrebten Sollgeschwindigkeit von bis zu ±10% konnten teilweise nicht vermieden werden. Wie sich diese Unsicherheit bezüglich der Fahrgeschwindigkeit auf die daraus resultierende Unsicherheit der Bewertungsgröße (phasenrichtig summierte Spektralanteile relativ zum Referenzwert) transformiert, hängt aufgrund der Frequenzabhängigkeit der Referenzwerte maßgeblich vom jeweils emittierten Spektrum und damit vom jeweiligen Fahrzeugtyp ab. Auf Basis der Messdaten (spektrale Verteilung der Magnetfeldimmissionen) kann die Obergrenze dieses Unsicherheitsbeitrages mit ca. ±20% abgeschätzt werden.

g) Unsicherheit zufolge Bewegungsartefakte

Bei Magnetfeldmessungen mit bewegter Feldsonde in inhomogenen äußeren Magnetfeldern (wie im Falle der Messfahrten) treten zwangsläufig spektrale Anteile größer 0 Hz auf, sobald die Relativgeschwindigkeit zwischen äußerem inhomogenen Magnetfeld und der Feldsonde größer als null ist. Konkret sind hier unter äußere Magnetfelder alle durch diverse Quellen in der Nähe der Fahrtstrecke verursachten (realistischer Weise immer inhomogenen) Magnetfelder, aber auch das, durch ferromagnetische Bauteile oftmals lokal verzerrte, statische Erdmagnetfeld zu verstehen. Vor allem bei Fahrten im innerstädtischen Bereich konnten Schwankungen der magnetischen Flussdichte bis zu 10 Mikrotesla im Bereich von 1-2 Hz festgestellt werden, die eindeutig nicht von den Fahrzeugen, sondern durch die relativ zur Umwelt und damit zu Inhomogenitäten im Erdmagnetfeld bewegten Feldsonden verursacht wurden.

Damit verknüpfte Oberwellen waren bis in den Bereich von etwa 5-10 Hz nachweisbar, nahmen jedoch schell an Intensität ab, sodass der mit diesem Effekt zusammenhängende Unsicherheitsbeitrag, bezogen auf den Referenzwert für die Allgemeinbevölkerung, unterhalb von ca. 0,2%pkt bleibt. Bezüglich des Referenzwertes für berufliche Exposition entspricht dies ca. 0,04%pkt.

Schwankungen der magnetischen Flussdichte mit messbaren Spektralanteilen bis zu einigen hundert Hertz können auch durch Erschütterungen während der Testfahrten (z.B. Bodenwellen) verursacht werden. Diese konnten jedoch im Zuge der Messdatenauswertung identifiziert und vor der Bewertung eliminiert werden.

Aus den oben angeführten Unsicherheitsbeiträgen können, unter Annahme statistischer Unabhängigkeit der Einzelbeiträge, die in Abbildung 6.16 dargestellten Unsicherheitsbereiche für die Bewertungsgröße berechnet werden.

Sofern in den einzelnen Kapiteln bei der Zusammenstellung der Messergebnisse nichts explizit Anderes erwähnt wird, ist von diesen Unsicherheitsbereichen auszugehen.

Unsicherheitsbereich der Ergebnisse am Leistungsprüfstand

0.1 1 10 100

0.1 1 10 100

wahrer Wert der Bewertungsgröße [% vom Referenzwert]

Unsicherheitsgrenzen [% vom Referenzwert]

Unsicherheitsbereich der Ergebnisse aus Messfahrten

0.1 1 10 100

0.1 1 10 100

wahrer Wert der Bewertungsgröße [% vom Referenzwert]

Unsicherheitsgrenzen [% vom Referenzwert] PKWs und Bus (Allgemeinbevölkerung) Nutzfahrzeuge (Berufliche Exposition)

Abbildung 6.16: Unsicherheitsbereiche der Bewertungsgröße für die Untersuchungen am Leistungsprüfstand (links) und die Untersuchungen während Messfahrten (rechts)

6.5.2 Unsicherheiten bei der Beurteilung transienter Vorgänge

Wie in Kapitel 6.4.5 beschrieben, wurde für die strahlenschutztechnische Beurteilung kurzzeitiger (<< 1 s) transienter Immissionen im Rahmen dieses Projekts ein Verfahren verwendet, das systematische Überbewertungen sehr stark vereinfachter Bewertungsansätze vermeiden, aber dennoch eine konservative Abschätzung der Verhältnisse bezüglich der Basiswerte erlauben soll. Die mit der hier verwendeten Bewertungsmethode transienter Immissionen verbundenen Unsicherheiten liegen naturgemäß hauptsächlich in den stark vereinfachten Annahmen bezüglich des exponierten Körperteils (Geometrie, Homogenität der elektrischen Eigenschaften), sowie der räumlichen Verteilung der Immissionsgröße (homogene Befeldung des gesamten betrachteten Körperteils wird angenommen). Wie in Kapitel 6.4.5 gezeigt, führt das verwendete Bewertungsverfahren zu Überschätzungen der Körperstromdichten um mindestens einen Faktor 3,8 – 7,7, stark abhängig von der jeweils betrachteten Körperregion. Zudem bleibt die Mittelung über 1cm² quer zur Stromflussrichtung und die Tatsache, dass die die Basisgrenzwerte gemäß [1] und [19] für das Zentralnervensystem abgeleitet wurden und in anderen Geweben höhere Stromdichten erlaubt sein können, unberücksichtigt. In diesem Sinn ist es schwierig, für das verwendete Bewertungsverfahren eine klassische Unsicherheit im Hinblick auf die tatsächlich im menschlichen Körper auftretenden Stromdichten zu quantifizieren, wie es in Zusammenhang mit einer technisch einwandfreien Angabe von Messgrößen üblich und notwendig ist. Ähnlich wie die Angabe der SAR bei Mobiltelefonen, sind die im Rahmen des vorliegenden Berichts angeführten Bewertungsgrößen für transiente Immissionen weniger als eine Immissionsgröße im klassischen Sinn, sondern vielmehr als ein konservatives Schätzmaß der Exposition im Hinblick auf die Basiswerte zu verstehen, in Fällen, die sich einer physikalisch sinnvollen Beurteilung nach den Referenzwerten entziehen. Der den konservativen Charakter des Verfahrens spezifizierende Bereich der Überschätzung liegt, wie oben angegeben, bei mindestens einem Faktor 3,8 – 7,7, basierend auf numerischen Untersuchungen mit einem anatomischen Ganzkörpermodell und es kann daher davon ausgegangen werden, dass diese Überschätzungsfaktoren ausreichen, um interindividuelle anatomische Variationen abzudecken. Von der Konservativität des

Bewertungsverfahrens zu unterscheiden ist die mit der Anwendung des Bewertungsverfahrens verbundene Unsicherheit. In der oben angeführten Analogie der SAR-Bestimmung wären dies die mit der (relativ komplexen) SAR-Messtechnik verbundenen Unsicherheiten (z.B. zufolge, Positionierungenauigkeit des Prüflings, Positionierungenauigkeiten des Messsonden, dielektrische Eigenschaften der Gewebe simulierenden Flüssigkeiten, Kalibrierunsicherheit der Messsonden, usw.).

Diese stehen allerdings in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der Konservativität des definierten SAR-Messverfahrens. Zurückkommend auf die mit der Anwendung des im Rahmen dieses Vorhabens verwendeten Beurteilungsverfahrens für transiente Magnetfeldimmissionen verbundene Unsicherheit bedeutet dies, dass diese identisch mit der in Kapitel 6.5.1 angeführten Unsicherheit ist, da die Bewertungsmethode, ausgehend von den Messergebnissen, ausschließlich auf analytischer Berechnung beruht.