Falà F. - Campi Elettromagnetici e salute umana

CORSO SU “CAMPI E.M. E SALUTE UMANA”
Ing. Francesco Falà
Lezione n° 1
Lezione n° 2
Lezione n° 3
Lezione n° 4
Lezione n° 1
EFFETTI DELLA CORRENTE SUL CORPO UMANO
(Norma di riferimento CEI 64 Fasc.4985R)
Considerazioni generali
Il corpo umano è formato da ioni. Le varie cellule rispondono ad una curva di
eccitabilità (fig.1). Perché una cellula si ecciti occorrono valori elevati del prodotto Ixt.
I segnali a frequenza elevata (che hanno un periodo T piccolo) sono meno
pericolosi perché eccitano di meno le cellule (occorrerebbero grosse correnti – Con
l’elettrobisturi si iniettano correnti di frequenza 4-5Mhz senza problemi). Alle
frequenze più elevate si manifesta anche un effetto pelle che fa passare la corrente
verso l’esterno del corpo senza interessare il cuore.
I segnali più pericolosi sono quelli con frequenza compresa tra 10 e 1000 Hz. (Per la
corrente continua vale un discorso a parte)
Tipi di corrente più importanti
• corrente continua
• corrente alternata 50Hz
• impulsi unidirezionali di breve durata (condensatori)
(Da notare che gli interruttori differenziali attualmente in uso sono insensibili agli
impulsi unidirezionali)
Nel corpo umano esistono già dei segnali di natura elettrica che determinano lo
stimolo dei muscoli. Se a questi segnali se ne sovrappongono altri esterni si hanno
alterazioni più o meno gravi.
Danni possibili
I danni possibili sono di tre tipi:
1-Interferenza con i segnali elettrobiologici delle fibre nervose e muscolari
• tetanizzazione (contrazione spasmodica dei muscoli)
• alterazioni della funzione respiratoria (asfissia dovuta all’impossibilità di
funzionamento dei muscoli del petto)
• lesioni neurologiche del midollo spinale (paralisi temporanee)
• fibrillazione cardiaca (contrazione scoordinata del muscolo cardiaco)
2-ustioni (sviluppo di calore per effetto Joule)
• ustioni nel punto di contatto (più tipici delle tensioni medie ed alte)
3-traumi per urti o cadute conseguenti all’elettrocuzione
Principali parametri
I parametri che determinano la gravità degli effetti sono
• l’intensità della corrente (Ampere)
• il percorso della corrente sul corpo umano
• la durata del contatto
• la frequenza della corrente (Hertz) (effetti più dannosi tra 10 e 1000Hz)
In merito all’intensità della corrente si possono distinguere due valori:
• corrente di soglia = minimo valore percepito
• corrente di rilascio = massima corrente che consente di interrompere il
contatto
Valori tipici delle correnti di soglia e di rilascio
Corrente Continua (c.c.) Corrente alternata 50Hz (c.a.)
Corrente di soglia (lingua)
45µA
Corrente di soglia (polpastrelli)
0.5 mA
Corrente di soglia (mani)
5.2 mA
1.1 mA
Corrente di rilascio (uomo)
76 mA
16 mA
Corrente di rilascio (donna)
51 mA
10 mA
Fibrillazione cardiaca
100-300 mA
La corrente di rilascio corrisponde al massimo valore di corrente che non provoca
paralisi delle mani o degli arti consentendo cosi di allontanarsi (per le correnti
impulsive la corrente di rilascio è quella del dolore). E’ minore per donne, bambini e
persone che pesano poco.
Sopra tale valore l’interruzione della corrente è affidata solamente all’intervento degli
interruttori (magnetotermici e differenziali).
Sotto la soglia di rilascio NON sono necessari provvedimenti contro le tensioni di
contatto
Dettaglio dei danni
Esaminiamo in dettaglio i danni:
La tetanizzazione è prodotta dal passaggio della corrente (sia continua che
alternata) nei muscoli e può manifestarsi come:
• formicolio
• scossa dolorosa con possibilità di contrazioni e paralisi temporanea dei muscoli
La alterazione della funzione respiratoria si verifica quando si supera la corrente di
rilascio. ). Si hanno problemi di respirazione e asfissia (occorre una respirazione
bocca a bocca entro 3-4 minuti)
Anche le paralisi temporanee si hanno quando si supera la corrente di rilascio
La fibrillazione cardiaca è essenzialmente dovuta al fatto che il cuore (che si
contrae normalmente 60-100 volte al minuto) è raggiunto da un segnale di 50Hz, che
crea contrazioni indesiderate (fibrillazione). Occorre una grossa scarica elettrica per
arrestare la fibrillazione (defibrillatore).
In fig.2 è riportato il ciclo cardiaco in situazione di normalità. In esso si nota un
momento critico in fase di recupero della eccitazione ventricolare. Se durante tale
periodo (frazioni di secondo) arriva un altro impulso esterno, si innescano oscillazioni
disordinate (fibrillazione) che continuano anche al cessare del disturbo. Cade la
pressione del sangue con effetti spesso letali.(fig-3)
Per avere fibrillazione irreversibile (arrestabile solo con defribillatore) bastano
correnti dell’ordine di decine di mA applicate al cuore per 0.1msec.
Le ustioni si hanno quando la densità di corrente è superiore a 50mA per ogni mm2
di pelle. In genere si determina la rottura delle arterie ed emorragia.
In fig.4 sono riportati gli effetti della corrente alternata sinusoidale (50Hz) sul corpo
umano (effetti analoghi si producono per correnti continue o per impulsi unidirezionali).
Caratteristiche tempo-corrente
Esistono dei diagrammi che legano la corrente alternata (10-100Hz) alla durata del
passaggio nel corpo umano (percorso mano-piedi) e che indicano i valori pericolosi.
(fig.5)
Zona 1
Assenza di reazioni
Zona 2
Nessun effetto pericoloso (l’infortunato rilascia subito il contatto)
Zona 3
Contrazioni muscolari - Difficoltà di respirazione (per contatti di durata 3-4minuti)Arresti cardiaci senza fibrillazione-Aumento della pressione
Zona 4
Pericolo di fibrillazione ventricolare - Arresto del cuore-Ustioni
Da notare che
• in c.c non si ha la sensazione della scossa ma quella di una fitta dolorosa
• la fibrillazione inizia per correnti di circa 150mA in c.c. e dell’ordine di 40-50mA
in a.c.
• la tensioni di sicurezza in c.c. è 120V e in a.c. 50V
• per tempi di passaggio della corrente nel corpo umano pari a 50msec
occorrono 100mA per avere la fibrillazione
• i differenziali intervengono per correnti alternate inferiori a 30mA in tempi
minori di 40msec.
• i differenziali non funzionano in continua e funzionano male per correnti
impulsive
Fattori di percorso
I punti di ingresso e di uscita della corrente influiscono sulla probabilità di
attraversamento del cuore e quindi sulla probabilità di fibrillazione (fig.6). Per valutare
ciò vengono presi in esame i diversi possibili percorsi della corrente sul corpo umano
e viene definito un fattore di percorso F
Percorso
Mano sinistra-piede sinistro
Mano sinistra-piede destro
Mano sinistra-entrambi i piedi
Mano destra-piede sinistro
Mano destra-piede destro
Mano destra-entrambi i piedi
Schiena - mano sinistra
Glutei - mani
Mano sinistra – mano destra
Schiena - mano destra
Torace - mano sinistra
Torace - mano destra
Fattore F
1
1
0.8
0.8
0.8
0.7
0.7
0.4
0.3
1.5
1.3
Valutazione
Situazione di perfetta equivalenza
Situazioni meno pericolose
Situazioni più pericolose
Fattori di frequenza
La frequenza più usata è 50Hz ma ci sono settori che usano valori diversi. Ad
esempio l’elettroterapia, la saldatura, la fusione elettrica dei metalli, motori a velocità
variabile, aeronautica (400Hz). Al crescere della frequenza si verificano due fenomeni
contraddittori:
• effetto pelle (diminuisce la possibilità di fibrillazione)
• riduzione dell’impedenza del corpo umano (aumento della corrente a parità
di tensione) (infatti il corpo umano equivale elettricamente ad un circuito composto
da Resistenze e Condensatori in parallelo e la reattanza del condensatore è
inversamente proporzionale alla frequenza)
Comunque globalmente il pericolo diminuisce al crescere della frequenza.
Sopra 500Hz (soglia di fibrillazione 300mA) alla tensione di 220V il pericolo di morte è
in pratica nullo.
Valori tipici della resistenza del corpo umano misurata tra due mani
Tensione (V)
25
50
220
1000
Resistenza del corpo umano Rc (Ω)
3250-6100
2625-4375
1350-2125
1050-1500
I valori indicati sono riferiti a mani asciutte e sono relativi ad una percentuale di
persone compresa tra il 50% e il 95%.
Fattori di forma d’onda
Ci si può chiedere se esistano delle forme d’onda che siano più pericolose di altre.
Poiché gli effetti sulle persone sono legati al valore efficace più che alla forma d’onda,
allo stato attuale delle conoscenze sembra che non ci sia un nesso significativo tra
pericolo e forma d’onda.
Un discorso a parte si può fare per la scarica dei condensatori. Risulta statisticamente
che la percezione della scarica (per tensioni di 220V) inizia con capacità dell’ordine
di
2 - 40pF mentre la soglia del dolore inizia con capacità di 70pF.
Per avere fibrillazione occorrerebbero valori efficaci di 500mA (valori di picco
1225mA) che non possono essere raggiunti, in ambienti asciutti, con tensioni di 220V.
Tensioni sicure
La normativa attuale individua in 50V il valore di tensione sotto il quale non ci sono
effetti sul corpo umano.
Si ricorda che in Italia le linee elettriche aeree sono divise nelle seguenti classi (legge
n°339 28-6-86 e DM n°449 del 21-3-88)
• classe 0
• classe I
1000V
• classe II
1kV-30kV
• classe III
30kV
Linee telefoniche e di segnalazione o comando a distanza
Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione <
Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione
Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione >
Dispositivi di sicurezza contro il rischio elettrico
Per evitare effetti pericolosi derivanti dalla corrente si devono prendere dei
provvedimenti contro i contatti diretti ed indiretti con parti in tensione. La normativa
cita i seguenti:
• isolamento dei conduttori e delle apparecchiature
• collegamento a terra delle masse metalliche suscettibili di andare sotto
tensione
• uso di interruttori magnetotermici (es. sistemi TN)
• uso di interruttori differenziali
Si ricorda che l’interruttore differenziale
• NON interviene nel caso che si tocchino contemporaneamente i due conduttori
di fase e neutro
• NON evita la scossa (occorre la presenza del conduttore di terra)
• interviene se un cavo tocca una massa metallica ed evita quindi che avvenga il
contatto umano con tensioni pericolose
• va periodicamente provato tramite il tasto di prova
Fig.2 CICLO CARDIACO
Fig.3 FIBRILLAZIONE
Fig.4 EFFETTI DELLA CORRENTE ALTERNATA
A 50Hz
Fig.5 CARATTERISTICA TEMPO CORRENTE
CORSO SU “CAMPI E.M. E SALUTE UMANA”
Ing. Francesco Falà
Lezione n° 1
Lezione n° 2
Lezione n° 3
Lezione n° 4
Lezione n° 2
NOZIONI VARIE SUI SEGNALI E SUI CAMPI ELETTROMAGNETICI
Spettro delle frequenze
La frequenza di un segnale periodico indica il numero di volte che il segnale si ripete
completamente (periodo) in un secondo. Essa si esprime in Hz (Hertz) e rappresenta
l’inverso del periodo del segnale
f = 1/T
Anche i campi elettromagnetici (CEM) sono caratterizzati da una frequenza che viene
scelta in base al tipo di trasmissione da effettuare.
Poiché i CEM si propagano nello spazio libero con una velocità che è pari a quella
della luce (la luce è un CEM che si propaga ad una velocità c = 300.000 km/sec) essi
percorrono uno spazio in un certo tempo. Si definisce lunghezza d’onda λ lo spazio
che un CEM percorre in un tempo pari al suo periodo. La lunghezza d’onda si
esprime in metri.
c = λ/T T = 1/f
per cui
λ = c/f [m]
Ogni CEM ha una frequenza e quindi una lunghezza d’onda associata.
Facendo riferimento alla fig.1 spettro delle frequenze, si possono notare le seguenti
cose:
•
tutto lo spettro è diviso in due zone
1- radiazioni NON ionizzanti
2- radiazioni ionizzanti
• la luce ha delle frequenze non ionizzanti ed altre (gli ultravioletti) si
• i campi elettromagnetici a frequenze industriali (30-300Hz) (ELF Extremely
Low Frequency) hanno una elevatissima lunghezza d’onda
Campi elettrici e magnetici
1-Campo elettrico E [V/m]
Un campo elettrico è una regione di spazio dove si manifestano forze sulle cariche
elettriche, dando possibilmente origine, se le cariche sono libere di muoversi, a delle
correnti elettriche.
Applicando una differenza di potenziale (tensione ) “V” tra due punti distanti “d” si
ottiene un campo elettrico E pari a:
E = V/d [V/m]
Si può notare come il campo elettrico decresca all’aumentare della distanza e come
sia più intenso al crescere della tensione.
2-Campo magnetico H [A/m]
Un campo magnetico è una regione di spazio dove si manifestano forze sui dipoli
magnetici e sui conduttori percorsi da correnti elettriche. Il campo H è in grado di
generare correnti nei materiali conduttori poiché determina in essi un campo elettrico
E indotto.
(i tessuti umani sono buoni conduttori)
Facendo circolare una corrente “I” su un conduttore, in un punto distante “d” dal
conduttore si ottiene un campo magnetico H pari a:
H = I/2πd [A/m]
Si può notare come il campo magnetico decresca all’aumentare della distanza e
come sia più intenso al crescere della corrente.
3-Induzione magnetica B
Normalmente invece del campo magnetico H si prende in esame la densità di flusso
magnetico B (detta anche induzione magnetica).
L’induzione magnetica B è definita come la forza esercitata su una carica che si
muove nel campo H. Essa si misura in TESLA [T], un Tesla è equivalente a 1Vsec/
m2 o ad 1 Weber/m2.
Il valore di B è legato a quello di H tramite una costante µ (permeabilità magnetica del
mezzo)
B = µH
Il valore di µ dipende dal mezzo in esame e per il vuoto vale µ = 12,56 10-7 [Henry/
0
m]
Per esemplificare si può dire che nel vuoto, nell’aria, nel tessuto biologico esistano le
seguenti corrispondenze:
1Tesla
1 mT
1 µT
100 µT
8 105 A/m
800 A/m
800 mA/m
80 A/m
4-Legami tra E ed H
Quando la frequenza di E ed H è uguale a 0Hz si parla di campi statici.
Quando E ed H sono variabili la presenza di un campo elettrico determina sempre
anche la presenza di un campo magnetico variabile e viceversa (la cosa non vale per
i campi statici che possono esistere anche in modo indipendente).
Tale fenomeno si accresce con la frequenza.
Impedenza del vuoto η
Nel vuoto (ma anche nell’aria) il valore di E ed H sono legati dalla relazione
η = E/H = 377Ω
detta impedenza caratteristica del vuoto.
Ciò ci permette di misurare in genere solo E e di calcolare poi H.
Densità di potenza S
In ogni punto dello spazio ove è presente un CEM esiste una densità di potenza
espressa in [W/m2] che è data da:
S = ExH
Ovviamente ad E ed H occorre associare i valori efficaci [nel caso si utilizzino i valori
massimi il valore di S è dato da S = (EM x HM)/2]. Vale la relazione Veff = 0.707 VM
Polarizzazione
E ed H giacciono sempre su due piani perpendicolari tra di loro. La posizione del
piano ove si trova E determina la polarizzazione del CEM.
Si parla di polarizzazione orizzontale se E si trova su un piano orizzontale e di
polarizzazione verticale se si trova su un piano verticale
Zona di campo vicino
Zona che va dall’antenna trasmittente fino ad una distanza di alcune lunghezze
d’onda da essa. Dipende dalla frequenza trasmessa. In questa zona il CEM non ha le
caratteristiche dell’onda piana.
Zona di campo lontano
Zona che si stende oltre alcune lunghezze d’onda dall’antenna trasmittente.
Normalmente le considerazioni e le misure sui CEM sono relative a questa zona.
Considerazioni preliminari sugli effetti biologici dei CEM
Poiché in qualunque sistema biologico (corpo umano compreso) contiene cariche
elettriche, appare chiaro che l’esposizione ad un campo esterno può dare luogo in
qualche misura ad effetti biologici.
In alcune situazioni gli effetti biologici possono trasformarsi in effetti sanitari (danni
alla salute)
Definizione di effetto biologico (Organismo Mondiale della Sanità OMS)
Un effetto biologico si verifica quando la esposizione alle onde elettromagnetiche
provoca qualche variazione fisiologica notevole o rilevabile in un sistema biologico.Un
effetto di danno alla salute si verifica quando l’effetto biologico è al di fuori
dell’intervallo in cui l’organismo può naturalmente compensarlo e ciò porta a qualche
condizione di detrimento della salute. Alcuni effetti biologici possono essere
innocui…….. altri vantaggiosi………….. ed altri ancora conducono a danni per la
salute.
(Progetto Internazionale CEM Promemoria N° 182 Campi elettromagnetici e salute
pubblica)
La natura e l’entità degli effetti biologici dipendono dalle seguenti caratteristiche del
campo esterno:
•
•
•
•
•
intensità
frequenza
polarizzazione
forma d’onda
sequenza temporale
Per quanto riguarda l’intensità è ovvio che una sua crescita produce un aumento
degli effetti del campo.
Per quanto riguarda la frequenza, ai fini degli effetti dei campi elettromagnetici, si
prendono in esame quelle estremamente basse (ELF) (normalmente 50Hz) e quelle a
radiofrequenza e microonde (per le altre non ci sono studi significativi)
La polarizzazione di un campo elettromagnetico è data dalla posizione che assume il
campo elettrico (orizzontale o verticale) e dipende da come è posizionata l’antenna o
il conduttore che genera il campo.Essa pur essendo importante per le trasmissioni, ha
influenza marginale sugli effetti biologici.
La forma d’onda rappresenta in qualche modo la modulazione (AM FM PM o altre
digitali) con cui viene trasmesso il segnale. Anche essa influisce in qualche modo
sugli effetti biologici. (I CEM a frequenze industriali NON sono modulati)
La sequenza temporale indica in che modo, al variare del tempo, viene irradiato il
campo. (ad esempio i radar emettono treni di impulsi) La normativa attuale non si
occupa ancora delle trasmissioni radar.
Per quanto riguarda gli effetti dei CEM possiamo parlare di:
• effetti diretti
• effetti indiretti
Effetti diretti sono quelli che risultano dall’accoppiamento diretto fra un CEM e il
corpo umano.
Effetti indiretti sono quelli che risultano dall’accoppiamento di un CEM con un
oggetto (es. struttura metallica) e successivamente con una persona che tocca
quell’oggetto.
L’effetto diretto di un CEM tipo ELF sull’organismo umano consiste nella induzione
di correnti all’interno del corpo, distribuite in vari modi in dipendenza all’intensità dei
campi esterni , alla resistività dei tessuti corporei ed alla posizione del corpo. Ciò da
luogo ad effetti biologici (solo per valori elevati della densità di corrente) dovuti alla
stimolazione di tessuti elettricamente eccitabili (tessuto muscolare e nervoso).
(da notare che in bassa frequenza il campo elettrico e quello magnetico, pur essendo
sempre contemporaneamente presenti, sono disaccoppiati e quindi vanno valutati
separatamente. Entrambi provocano correnti nel corpo umano ma con meccanismi
diversi, infatti un campo elettrico E variabile produce delle correnti di spostamento
mentre un campo magnetico H induce delle correnti elettriche al variare del flusso
magnetico)
Un campo elettrico ELF induce sul corpo esposto una carica superficiale che può
dare origine ad un formicolio nella pelle, ad una vibrazione dei peli e a piccole
scariche (es. elettricità statica tra vestiario e corpo)
Un intenso campo magnetico statico (frequenza prossima a zero) può causare
vertigini o nausea ad una persona che si muova nel campo stesso.
Per quanti riguarda invece i CEM ad alta frequenza, la loro interazione con il corpo
umano consiste nell’assorbimento della energia elettromagnetica incidente. Tale
energia viene dissipata sotto forma di calore.Gli effetti biologici sono in sostanza
legati all’innalzamento della temperatura locale o globale (effetti termici)
(in alta frequenza i campi E ed H sono sempre contemporaneamente presenti e
vanno valutati globalmente)
Sempre per quanto riguarda gli effetti dei CEM essi si possono ulteriormente dividere
in:
•
•
effetti acuti (immediati) (più facilmente osservabili)
effetti differiti (a lungo termine) (difficilmente valutabili)
Per i CEM di tipo ELF gli effetti acuti si manifestano come semplici fastidi o
addirittura come paralisi cardiaca
Per i CEM a RF gli effetti acuti si manifestano come innalzamento della temperatura
Per quanto riguarda gli effetti a lungo termine (individuabili solo con indagini
epidemiologiche) essi saranno analizzati nelle prossime lezioni.
Per completare l’informazione sugli effetti biologici dei CEM vediamo quale è la
situazione per diversi agenti in base alla loro cancerogenicità (fonte IARC
Agenzia internazionale per la Ricerca sul Cancro)
Classificazione degli agenti
Gruppo 1
L’agente è cancerogeno per l’uomo
Questa categoria è usata quando esiste una
evidenza sufficiente di cancerogenicità
nell’uomo
Gruppo 2A
Questa categoria è usata quando esiste una
L’agente è probabilmente cancerogeno per evidenza limitata di cancerogenicità nell’uomo
l’uomo
ed una evidenza sufficiente di cancerogenicità
nell’animale
Gruppo 2B
Questa categoria è usata quando esiste una
L’agente è possibilmente cancerogeno per evidenza limitata di cancerogenicità nell’uomo
l’uomo
ed una evidenza meno che sufficiente di
cancerogenicità nell’animale
Gruppo 3
Questa categoria è usata quando esiste una
L’agente non è classificabile quanto alla
evidenza inadeguata di cancerogenicità sia
sua cangerogenicità per l’uomo
nell’uomo che nell’animale
Gruppo 4
Questa categoria è usata quando le evidenze
L’agente è probabilmente non
suggeriscono l’assenza di cancerogenicità sia
cancerogeno per l’uomo
nell’uomo che nell’animale
N.B. non esiste un gruppo di agenti NON CANCEROGENI in quanto, per principio,
non si può provare l’assenza assoluta di rischio
Esempi di classificazione di alcuni elementi
Gruppo 1
Cancerogeni
Asbesto
Radon
Radiazioni solari
Bevande alcoliche
Fumo di tabacco
Benzene
Gruppo 2A
Formaldeide
Probabilmente Gas di scarico dei motori diesel
cancerogeni
Lavoro da parrucchiere
Lampade solari
Gruppo 2B
Atrazina
Possibilmente
DDT
cancerogeni
Gas di scarico dei motori a benzina
Saccarina
Caffè
Falegnameria
Campi CEM tipo ELF
Gruppo 3
Lampade fluorescenti
Non classificabili Fibre acriliche
Cloruro di vinile
Bitume
Tè
Gruppo 4
Caprolattame
Probabilmente (unico agente presente)
non cancerogeni
N:B la classificazione per i CEM tipo ELF è stata fatta nel 1998 da un gruppo di
esperti convocati dall’Ente Statale per la Salute degli USA (NIEHS)
Questo gruppo ha riscontrato:
• limitata evidenza di leucemie infantili associate ad esposizioni per
residenti
• debole evidenza di leucemie linfatiche acute per lavoratori
professionalmente esposti
• inadeguata o addirittura assente la evidenza scientifica per tutte le altre
forme di tumore e per tutti gli altri effetti a lungo termine
Notare che mancano i CEM a RF per i quali ancora NON esistono studi
epidemiologici sufficienti. Per essi l’OMS ha recentemente concluso che:
“NON c’è nessuna evidenza convincente che la esposizione a CEM a RF
abbrevi la vita o conduca al cancro” (Promemoria n°183)
Comunque l’OMS assieme all’Agenzia Internazionale di Ricerca sul Cancro ha
predisposto un calendario che prevede:
• nel 2001 la valutazione degli effetti cancerogeni dei CEM ELF
• nel 2002 la valutazione degli altri effetti sulla salute dei CEM ELF
• nel 2003 la valutazione degli effetti cancerogeni dei CEM RF
• nel 2004 la valutazione degli altri effetti sulla salute dei CEM RF
Principali grandezze
La natura e la entità degli effetti biologici dipendono da una serie di parametri e
quindi NON possono essere valutati calcolando direttamente l’intensità del CEM.
Occorre introdurre altre grandezze di valutazione più significative.
Campi elettromagnetici ELF
Per i CEM ELF si introduce il concetto di densità di corrente J [A/m2] che
rappresenta
la corrente elettrica che fluisce attraverso una sezione unitaria di tessuto corporeo
posta perpendicolarmente al flusso di carica
Campi elettromagnetici RF
Per i CEM a radiofrequenza e a microonde si introduce il concetto di tasso di
assorbimento specifico SAR (Specific Absorption Rate) [W/kg] che rappresenta
la potenza assorbita nell’unità di massa corporea
Nonostante la loro importanza teorica però le grandezze indicate non sono facilmente
misurabili all’interno del corpo umano.
Ci si pone allora il problema di collegare tali grandezze (difficilmente misurabili) a
quelle (che le determinano) che sono facilmente misurabili (campo elettrico E (V/m)
campo magnetico H (A/m) induzione magnetica B (T) densità del campo
elettromagnetico S (w/m2)) (nelle prossime lezioni saranno illustrati i metodi e le
relazioni utilizzate)
Per ora possiamo anticipare che sono stati introdotti dei metodi numerici di
simulazione al computer o sono stati creati dei fantocci con sembianze umane
realizzati con dei gel riproducenti le caratteristiche dielettriche dei tessuti
(DOSIMETRIA) (fig.2)
Da notare che l’alternativa ai sistemi di simulazione per valutare gli effetti
biologici, rimane la sperimentazione diretta sull’uomo.
Campi elettromagnetici naturali
In natura esistono campi elettrici e magnetici con i quali il nostro corpo convive fin
dalla nascita.
Per quanto riguarda il campo elettrico naturale (di fondo) esso vale circa 130V/m al
livello del suolo e aumenta di circa 130V/m per ogni metro di altezza.
Sulle persone si distribuisce in modo tale da creare una differenza di potenziale tra
testa (potenziale positivo) e piedi (terra) (potenziale negativo)
Per quanto riguarda il campo magnetico naturale (di fondo), che deriva dalla
presenza di un polo Nord e Sud magnetici (campo magnetico terrestre), esso produce
una induzione naturale B di valore compreso tra 40-70µT (corrispondenti ad un
campo H di circa 50 A/m)
Per cominciare a dare degli esempi si può notare come un bimbo che corra entro il
campo magnetico naturale (che è statico), subisca delle correnti indotte maggiori di
quelle provocate da un campo artificiale a 50Hz e di induzione pari a 0.5µT.
Enti e/o organizzazioni e principali grandezze fisiche
Sigla
ICRP
ICNIRP
OMS
ISS
CENELEC
CEI
ISPESL
ARPA
ANSI/IEEE
Ente
Commissione Internazionale Radiazioni Ionizzanti
Commissione Internazionale Radiazioni Non ionizzanti
Organismo Mondiale della Sanità
Istituto Superiore di Sanità
Commissione Europea per la Standardizzazione Elettrica
Comitato Elettrotecnico Italiano
Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza sul Lavoro
Agenzia Regionale Protezione Ambientale
Ente Americano degli Standard
Grandezze fisiche secondo il Sistema Internazionale (SI)
Grandezza
Densità di corrente
Intensità di campo elettrico
Induzione elettrica
Conducibilità elettrica
Frequenza
Intensità di campo magnetico
Induzione magnetica
Permeabilità magnetica
Costante dielettrica
Densità di potenza
Tasso di assorbimento specifico
Lunghezza d’onda
Densità di energia
Simbolo
J
E
D
σ
f
H
B
µ
ε
S
SAR
λ
Unità di misura
Ampere per metro quadro
Volt per metro
Coulomb per metro quadro
Siemens per metro
Hertz
Ampere per metro
Tesla
Henry per metro
Farad per metro
Watt per metro quadro
Watt per chilogrammo
Metro
Joule per metro quadro
Simbolo
A/m2
V/m
C/m2
S/m
Hz
A/m
T
H/m
F/m
W/m2
W/kg
m
J/m2
Costanti fisiche
Costante fisica
Velocità della luce
Costante dielettrica del vuoto
Permeabilità magnetica del vuoto
Impedenza caratteristica del vuoto
Simbolo
c
ε
0
µ
0
η
Valore
2,997 108 m/s
8,854 10-12 F/m
12,56 10-7 H/m
377 Ω
CORSO SU “CAMPI E.M. E SALUTE UMANA”
Ing. Francesco Falà
Lezione n° 1
Lezione n° 2
Lezione n° 3
Lezione n° 4
Lezione n° 3
CAMPI ELETTROMAGNETICI A BASSE FREQUENZE
Come si svolge una ricerca e come nasce una norma di sicurezza
Per individuare i limiti di sicurezza occorrerebbe applicare il cosiddetto principio
ALARA (As Low As Reasonably Achievable) che consiglia di fissare i limiti al più
basso livello ragionevolmente ottenibile.
Ciò significa che, se possiamo fare a meno dell’agente di cui ci si deve difendere,
allora il limite di sicurezza deve porsi a zero. (es. amianto, che è stato completamente
vietato)
Se invece l’agente da cui dobbiamo difenderci ha una insostituibile utilità sociale
allora bisognerebbe valutare il costo sociale in funzione dei limiti di sicurezza.
Questa via però non è facilmente percorribile e quindi per i CEM si è utilizzato un
approccio un po’ diverso dal principio ALARA. Le procedure seguite per individuare i
limiti di sicurezza sono le seguenti:
• si sono presi in considerazione gli effetti noti che derivano dalle esposizioni
• si è cercato di individuare le intensità dei CEM al di sotto delle quali non si
sono verificati effetti
• si è imposto un margine di sicurezza per tenere conto delle varie incertezze;
si è ottenuto cosi il limite per le persone professionalmente esposte
• si è imposto un ulteriore margine di sicurezza individuando cosi il limite per la
popolazione (imponendo ulteriori margini di sicurezza si ottengono i limiti per le
categorie protette (bimbi, malati, anziani))
Il problema è quindi stato spostato nell’individuare le intensità minime dei CEM al di
sotto delle quali non si verificano effetti.
Occorre quindi fare distinzione (già fatta in precedenza) tra effetti acuti ed effetti
differiti.
Molte norme o leggi sono state scritte solo sulla base degli effetti acuti in quanto
immediatamente determinabili.
Risultati delle ricerche per campi elettrici e magnetici
1-CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI STATICI
Non esistono oggi validi risultati sperimentali per gli effetti acuti e differiti dovuti a
campi elettrici e magnetici statici per cui per essi l’INIRP non ha emanato alcuna
raccomandazione. (L’INIRC è l’unica organizzazione riconosciuta dall’OMS)
Le attuali conoscenze scientifiche sono soprattutto rivolte al campo magnetico
statico per il quale si può rilevare che (per l’induzione B):
• non ci sono effetti nocivi fino a 2T (20.000 Gauss in alcuni paesi) (1G=100µT)
• l’INIRP ritiene che il limite per esposizioni professionali possa essere
fissato in 200mT (fattore di sicurezza 10) nell’arco delle 8 ore con un massimo di
2T
• utilizzando un ulteriore fattore di sicurezza uguale a 5 per la popolazione si
ottiene un limite per la esposizione continua pari a 40mT
Sono da fare, per il campo magnetico statico, alcune precisazioni:
• le persone con pacemaker potrebbero essere non adeguatamente protette (gli
attuali pacemaker sono insensibili a induzioni fino a 0.5mT)
• quando si superano i 3mT si devono prendere delle precauzioni per i rischi
dovuti ad oggetti metallici in rapido movimento nel campo
• le carte di credito, i nastri magnetici, gli Hard-disk dei computer possono
essere danneggiati da esposizioni superiori a 1mT
• vanno esposti cartelli monitori quando in ambiente di lavoro si superano 0.5mT
• per campi elettrici statici minori 25kV/m NON si verificano percezioni di
cariche elettriche superficiali sulle persone
2-CAMPI ELETTROMAGNETICI VARIABILI (ELF)
A-Risultati per gli effetti acuti
A1-valore della densità di corrente
Per i CEM di tipo ELF, al fine di individuare le intensità minime, si è partiti dai risultati
ottenuti dal ricercatore tedesco Jurgen Bernhardt che ha dimostrato come la totalità
degli effetti acuti dei CEM tipo ELF è dovuta alla densità di corrente (J [A/m2])
indotta dai CEM nei tessuti degli organismi esposti.
I CEM tipo ELF, secondo il ricercatore, producono una stimolazione delle cellule
nervose e muscolari. Gli effetti acuti che si verificano a livelli più bassi di
esposizione consistono in:
• interferenze nella percezione sensoriale a livello oculare (percezione di lampi
luminosi e colorati detti FOSFENI)
• sensazione di pizzicore
A livelli di esposizione più elevati le correnti indotte possono causare:
• extrasistole cardiache
• contrazioni muscolari
• fibrillazione ventricolare
• sensazione di calore
Dall’analisi dei risultati sperimentali per CEM variabili (di frequenza compresa tra
4Hz e 1kHz) risulta che nessun effetto acuto si manifesta con valore di soglia <
10mA/m2. Tale valore è assunto dall’INIRC come base per i limiti di sicurezza.
(Per valori minori di 4Hz il valore è 40/f [mA/m2] dipende cioè dalla frequenza)
Si sono poi adottati dei margini di sicurezza per tenere conto dei fattori di incertezza
e si è arrivati a ritenere sicuro, per le esposizioni delle persone professionalmente
esposte, il valore di 1mA/m2
Con la introduzione di ulteriori margini di sicurezza si sono individuati i limiti di
esposizione della popolazione.
A2-Valori del campo elettrico e magnetico
Calcolare il valore del campo elettrico e magnetico che porta ad una densità di
corrente prefissata è compito della “Dosimetria”. Per i campi elettrici ELF si sono
effettuati studi dal 1970 al 1980, per i campi magnetici ELF a partire dal 1990.
Tali studi sono stati condotti con l’uso di fantocci che simulavano gli organismi umani
e tramite calcoli numerici.
Il risultato (vedere capitoli successivi) è stato che le densità di corrente indotte
da E ed H risultano proporzionali alla frequenza ed alla intensità dei campi
stessi.
Le costanti di proporzionalità dipendono dalle condizioni di esposizione, dalla
localizzazione dell’organo interessato e dalle sue caratteristiche elettriche.
La conoscenza di queste costanti ha permesso di esprimere graficamente (cosa più
agevole da interpretare) i limiti di sicurezza in funzione di E ed H invece che di J
Ovviamente, con le stesse considerazioni di partenza e con gli stessi processi logici,
si possono ottenere risultati diversi a seconda di come si scelgono i margini di
sicurezza.
Come esempio, per i campi a 50Hz, sono riportati in tab.1 i valori dei limiti di
esposizione determinati da due enti diversi (INIRC e CENELEC).In tab.2 sono
riportati valori per alcuni effetti acuti.
Da notare che in Italia è vigente, per i campi ELF, il DPCM 23-4-92 che ha
recepito i valori definiti da INIRC. Contemporaneamente sono presenti le norme
CEI 111-2 che riprendono i valori del CENELEC
Tab.1 Limiti di sicurezza stabiliti dalle norme sulla base degli effetti acuti (per
f=50Hz)
INIRC
CENELEC (CEI 111-2)
Campo E (per lavoratori)
10kV/m
30kV/m
5kV/m
Campo E (per popolazione)
10kV/m
Induzione B (per lavoratori)
0.5mT
1.6mT
Induzione B (per popolazione)
0.64mT
0.1mT (100µT)
Tab.2 Confronto tra effetti acuti e limiti di sicurezza
Effetto
Valori di B (µT)
Riscaldamento dei tessuti (1)
Induzione di extrasistole (rischio di
fibrillazione)
Percezione sensoriale
Standard CENELEC per lavoratori
Standard CENELC per popolazione
Linee guida INIRC per lavoratori
Rumore elettrofisiologico
Linee guida INIRC popolazione DPCM 23-492
1.600.000
130.000
Densità di
corrente J (mA/m2)
10.000
800
16.000
1.600
640
500
160
100
100
10
4
3
1
0.6
(1) il riscaldamento dei tessuti è calcolato con un valore di SAR (tasso di
assorbimento specifico) di 0.4W/kg che rappresenta il valore di riferimento per i campi
a RF.Tale valore è molto modesto. Infatti si tenga presente che il calore generato
spontaneamente dal corpo umano, in condizioni di riposo, vale 1.2 W/kg
B-Risultati per gli effetti differiti
Un risultato può essere usato per definire dei livelli di sicurezza solo se sono
verificate alcune condizioni come per esempio:
• significatività statistica
• esistenza di una relazione dose/risposta
• evidenza di laboratorio
• plausibilità biologica
Purtroppo queste condizioni NON sono verificate negli studi epidemiologici che si
occupano della possibile cancerogenicità del campo magnetico ELF.
Gli studi epidemiologici effettuati sino ad ora portano a risultati spesso discordanti,
comunque alcune conclusioni si possono già fare:
• esiste un possibile legame tra residenza nei pressi degli elettrodotti ed effetti
sul corpo umano
• molte relazioni scientifiche parlano di legame tra residenza e aumento del
rischio di contrarre leucemia
• non è vero che i danni maggiori li provochi il campo magnetico ELF solo
perché il campo elettrico ELF è meglio schermato dai muri delle case
• non esiste, salvo rari casi, un legame tra dose e risposta
• le evidenze di laboratorio sono allo stato attuale del tutto insufficienti
• non si è riusciti ancora a descrivere un meccanismo biologico plausibile
In conclusione, per gli effetti differiti (esposizioni croniche), la comunità scientifica
internazionale (studi epidemiologici) è giunta alla convinzione che:
“se l’agente responsabile della presunta cancerogenicità delle linee elettriche è il
campo magnetico, allora la soglia di discriminazione tra valori sicuri e pericolosi si
deve collocare tra 0.2 – 0.25 µT (detta SAE Soglia di Attenzione Epidemiologica)
C- Conclusioni
Come si può notare confrontando tra di loro i limiti imposti dalle norme di sicurezza
(che prendono in esame gli effetti acuti) e quelli derivanti da studi epidemiologici (che
prendono in esame gli effetti differiti), esistono delle discordanze che generano
confusione nella popolazione.
Le norme di sicurezza ritengono sicure esposizioni fino a un centinaio di µT
(STANDARD DI SICUREZZA 100µT per il DPCM 1992)
Le indagini epidemiologiche ritengono sicure le esposizioni fino a pochi decimi
di µT (SOGLIA DI ATTENZIONE EPIDEMIOLOGICA 0.2-0.25µT)
Chi si appresta a scrivere delle norme deve scegliere se adottare come riferimento i
valori che determinano effetti acuti o quelli che determinano effetti differiti (rischi
cancerogeni).
Adottando come riferimento i valori che determinano effetti acuti (situazione italiana
attuale) si creano molte situazioni di conflitto con la popolazione residente che in
genere chiede interventi preventivi per gli effetti differiti. Interviene spesso la
magistratura civile o penale con il paradosso di sostituire la giustizia alle strutture
sanitarie (unica deputata alla prevenzione)
Adottando come riferimento i valori che determinano gli effetti differiti occorre
assumere per certo il nesso “campi elettromagnetici = cancro”. Inoltre occorre
stabilire valori di riferimento certi.
Si fa sempre più strada un terzo modo di porsi di fronte al problema che è quello di
accettare il margine di incertezza dei risultati fino ad ora ottenuti ma nello stesso
tempo fissare dei principi cautelativi (non dei valori fissi). In questo caso
verrebbero abbandonati i limiti di esposizione ma verrebbero adottati degli obiettivi
di qualità. (Modello a cui si ispira la nuova normativa in discussione in Parlamento)
Possiamo comunque cominciare a trarre alcune prime conclusioni:
• l’esposizione al campo magnetico ELF di intensità superiore a 130.000 µT può
avere conseguenze sanitarie gravi
• non esistono effetti accertati per esposizioni al di sotto di 1.600 µT
• l’Italia è una delle poche nazioni che per legge prescrive un tetto massimo di
100 µT
• L’OMS ha più volte ribadito che i risultati epidemiologici, benché non siano da
ignorare, non sono abbastanza consolidati per poter fissare dei limiti espositivi per
gli effetti differiti (occorre tenere presente che i campi ELF sono presenti da diversi
decenni ed ancora sono poco studiati negli effetti, quelli a RF che sono presenti
da pochi anni non lo sono quasi per niente)
• adottare come limite di esposizione il valore di 0.2 µT (limite SAE)
comporterebbe dovere destinare enormi risorse per abbattere i livelli dei campi
ELF (tali risorse potrebbero essere destinate ad altri fattori di rischio che
provocano molte più vittime)
In un prossimo capitolo vedremo quali sono i valori dei CEM tipo ELF presenti negli
ambienti che abitualmente frequentiamo e quale è la situazione normativa italiana.
Vedremo anche che NON è proprio vero che le norme, nel fissare i limiti di
esposizione sicura, non abbiano tenuto conto anche dei probabili effetti differiti.
Dettagli sui legami tra la densità di corrente ed i valori di E ed H (dosimetria)
Le misure sperimentali condotte sui manichini hanno evidenziato il legame tra la
densità di corrente, non direttamente misurabile, ed i campi elettrici e magnetici. I
risultati sono:
1-Per il campo E
E’ risultato che la densità di corrente J sia legata ad E dalla relazione:
J=kfE
f = frequenza [Hz]
E = campo elettrico [V/m]
k = fattore di forma che tiene conto dell’orientamento del corpo e della zona del
corpo all’interno della quale viene valutata la densità di corrente.
Per la zona del cuore k = 6.7 10-9 e per avere un valore di J = 10mA/m2 (limite base)
occorre un campo elettrico E = 1500/f [E espresso in kV/m]. Per cui noto il valore
limite di J, si sono potuti tracciare dei diagrammi di E in funzione della frequenza (con
J costante) Per frequenze superiori a 1kHz il valore di k =10 10-9 (per ragioni di
maggiore sicurezza)
2-Per il campo H
E’ risultato che la densità di corrente J sia legata ad H dalla relazione:
J=πfBrσ
σ = conducibilità del tessuto
r = raggio della sfera usata per la simulazione
B = induzione magnetica
f = frequenza
Poiché in genere r σ vale 0.04, per avere J = 10mA/m2 (limite base) occorre un valore
di
B =80/f ( B espresso in mT)
Per cui noto il valore limite di J, si sono potuti tracciare dei diagrammi di H in funzione
della frequenza (con J costante) Per frequenze superiori a 1kHz il valore di r σ è
maggiore (per ragioni di maggiore sicurezza)
La fig.1 mostra l’andamento della densità di corrente dovuta ad E ed H al variare della
frequenza. Tale curva è tracciata sperimentalmente.
La fig.2 mostra l’andamento di E ed H al variare della frequenza, per avere J = 10mA/
m2 (limite base)
Le Tab.A e B mostrano alcuni valori tipici fissati dalle norme CEI 111-2
Normativa italiana
1-Leggi-decreti
Le principali leggi e decreti che regolano i CEM a frequenze industriali e le loro
sorgenti sono:
• DPCM del 23-4-92 (GU 104 del 6-5-92) Limiti massimi di esposizione ai
campi elettromagnetici generati alla frequenza industriale nominale (50Hz)
negli ambienti abitativi e nell’ambiente esterno
• DM 16-1-91 Riguarda gli elettrodotti sotto 132kV
• Legge n°9 del 9-1-91 Riguarda la installazione degli elettrodotti
• Legge n°339 del 28-6-86 Indica che le distanze di sicurezza per gli elettrodotti
devono essere controllate dal Ministero dei Lavori Pubblici
• DPR 164 del 1957 Tratta delle distanze minime dalle linee elettriche per
evitare infortuni sul lavoro
• DPCM 28-9-95 Questo decreto rinvia al 31-12-2004 le opere di bonifica
previste dal DPCM del 1992 e pone rimedio ad alcune incongruenze in esso
contenute (indica tra l’altro l’uso del valore efficace per la misure)
• Raccomandazione Europea 8550/99 del 5-7-99
2-Contenuti del DPCM 23-4-92
a-Limiti di esposizione (STANDARD DI SICUREZZA)
5kV/m
0.1mT (100µT)
10kV/m
1mT
Popolazione che risiede per
molte ore del giorno
Popolazione che risiede per
poche ore al giorno
b-Distanze dagli elettrodotti delle abitazioni o aziende (per tempi di permanenza
prolungati)
<132kV
132kV
220kV
380kV
DM 16-1-91
10m
18m
28m
c-Opere di risanamento per gli elettrodotti esistenti per i quali non sono rispettate le
distanze indicate
3-Norme
Le principali norme CEI che trattano della materia sono:
• CEI 11.4 e 103.2 che trattano delle distanze dalle linee elettriche
• CEI 111.2 (ENV50166-1) Esposizione umana ai CEM di bassa frequenza (010kHz) sia per la popolazione che per i lavoratori
• CEI 110.15 e IEC 1000-2-3 Prove di immunità a frequenza di rete
(tenere presente che il CEI sta riordinando i propri comitati tecnici e che quindi alcune
norme possono cambiare sigla)
4-Considerazioni
• Il DPCM del 1992, che riguarda prevalentemente gli elettrodotti, vale solo per
ambienti esterni ed abitazioni e non per ambienti di lavoro ne per CEM usati a
scopo curativo. Esso inoltre impone opere di risanamento per gli elettrodotti
esistenti
• Il DPCM del 1992 fissa sia i limiti di esposizione che le distanze per elettrodotti
a partire da 132kV (Può succedere invece che al progredire delle tecniche di
isolamento dei cavi si possano avere distanze minori da rispettare a parità di limiti
espositivi o che per le distanze prefissate i limiti espositivi siano superati)
• Il DPCM del 1992 NON dice nulla sulla densità di corrente
• Il DPCM del 1995 indica che le opere di bonifica debbano essere effettuate
solo quando si superano i limiti espositivi e non quando non si rispettano le
distanze
• La raccomandazione europea 8550/99 fissa gli stessi limiti espositivi del
DPCM 1992 senza però fissare limiti per le distanze, e si applica solo per edifici
abitati (non per ambienti esterni)
Le norme CEI 11.4 e il DPR 164/57 forniscono distanze diverse perché si
riferiscono anche ad ambienti senza presenza di persone o a tempi di
permanenza non prolungati (fig.3)(fig.4)
Sorgenti di CEM tipo ELF e valori tipici
1-Principali sorgenti di CEM tipo ELF
Le principali sorgenti di CEM ELF sono:
• CEM terrestre (f = 0.001Hz) (a 50 Hz il CEM terrestre vale E=0.1mV/m
B=0.00001µT)
• trazione elettrica ferroviaria (freq. circa 16Hz)
• trasporto energia elettrica in alta tensione (132kV 220kV 380kV)(f = 50 Hz)
• cabine di trasformazione MT/BT
• quadri elettrici di BT
• elettrodomestici per la casa
• coperte elettriche
• televisori
• computer
• macchine industriali
In Italia ci sono circa 60.000 km di linee ad alta tensione (AT) che interessano circa
5.500 km2 di territorio.
2-Valori tipici
Per poter valutare numericamente la situazione dell’inquinamento elettromagnetico
tipo ELF si riportano alcuni valori tipici dell’induzione B, relativi a diverse sorgenti:
Fenomeno
Cabina MT/BT (1m)
Sotto una linea 380kV con I=700A e fasi equilibrate
A 100m dall’elettrodotto del caso precedente
Linea interrata da 220kV (profondità 1.5m)
In ambiente domestico
A 30cm da un elettrodomestico di potenza max. 1.5kW
A 30cm da un asciugacapelli
B (µT)
1.9 (E<=5V/m)
23
0.068-0.5
15 (al livello del suolo)
0.01-1
0.01-3
0-074-2.1
Si può notare che sono tutti valori inferiori a quelli del magnetismo terrestre.
Ciò conferma che, più che le intensità, contino i tempi di esposizione.
Si analizzano ora in dettaglio le situazioni più tipiche per i CEM tipo ELF
Elettrodotti aerei
In Italia esistono elettrodotti da 132kV 220kV 380kV più una serie di linee a tensione
compresa tra 10kV-132kV
In fig.5 abbiamo i risultati di alcune valutazioni per il campo elettrico fatte dal CNR
(Centro Nazionale Ricerche) per elettrodotti aventi le seguenti caratteristiche:
A- Elettrodotto da 380kV a semplice terna
B- Elettrodotto da 380kV a doppia terna con fasi congruenti
C- Elettrodotto da 220kV a semplice terna
Per gli elettrodotti si è presa in esame una corrente massima di 1500A (550A per
220kV) ed una distanza delle linee dal suolo di 11m (9.5 per 220kV).Il campo è stato
valutato ad una altezza dal suolo di 1m.
In fig.6 è mostrato l’andamento di B
Si può notare quanto segue:
• la geometria delle linee ha un notevole effetto sul campo elettrico ed uno
minore sul campo magnetico
• il valore di H è molto al di sotto degli standard di sicurezza ma notevolmente al
di sopra della soglia di attenzione epidemiologica. Ciò avviene anche ad elevata
distanza dalla linea (per scendere sotto 0.25µT occorre stare oltre 75m dall’asse
della linea)
In generale, dalla situazione reale, risulta che per avere un valore di 100µT (valore
più basso indicato nel DPCM 1992) con un elettrodotto con 500A occorre
avvicinarsi fino a 0.5m
Elettrodotti interrati
Per gli elettrodotti interrati (in genere a 1.5m) il campo elettrico diminuisce a causa
della azione schermente del terreno.
Per quanto riguarda il campo magnetico si hanno effetti discordanti dato anche il fatto
che aumenta la possibilità delle persone di avvicinarsi ai cavi.
Ad esempio per un elettrodotto interrato a 1.5m con tensione 380kV e corrente 860A,
ad 1m dal suolo (sopra i conduttori) si misurano 25µT. Si riduce a 0.15µT solo ad una
distanza di 20m. In fig.7 è mostrato il confronto tra elettrodotto interrato ed aereo fatto
per il campo magnetico (induzione B)
Ambiente domestico
In ambiente domestico in genere si hanno due contributi per il CEM:
• sorgenti ben individuabili (elettrodomestici)
• “fondo ambientale” (sorgenti poste all’esterno – elettrodomestici in
appartamenti contigui – impianto elettrico)
Per le sorgenti ben individuabili si hanno a disposizione diverse tabelle con risultati
spesso diversi. Vediamone alcuni esempi:
Valutazioni fornite da Greenpeace
Sorgente
Campo elettrico (V/m)
Campo magnetico (µT)
Rasoio elettrico
30
100
Spazzolino elettrico
50
90
Frullatore
80
70
Aspirapolvere (a 10cm)
50
60
Asciugacapelli
80
20
Radio
100
8
Tubo a fluorescenza
8
Lavatrice (zona comandi)
100
5
Ventilatore
1
1
Ferro da stiro
60
4
Lampada da 100W (a 10cm)
60
3
Fotocopiatrice
80
2
Frigorifero (motore)
2
Registratore (10cm)
90
1.5
Televisore (comandi)
120
1.1
Giradischi
100
0.05
Telefono
8
0.03
Interruttore (10cm)
50
Spina (non in funzione)
60
Notare che non sono specificate le distanze delle misurazioni
Valutazioni fornite da fonti tedesche
Sorgente
Campo elettrico (V/m) a
30cm
Trapano
Forno elettrico
4
Rasoio elettrico
100
Asciugacapelli
80
Lampada alogena
Coperta elettrica
4500
Ventilatore
Aspirapolvere
90
Ventilatore
1
TV color
90
Lampada incandescenza
100
Monitor computer
Ferro da stiro
120
(-) valore troppo piccolo da rilevare
Campo magnetico (µT) a
30cm
16
20
9
7
12
40
20
1
14
10
0.25
0.4
Per il fondo ambientale, a causa della complessità delle situazioni reali, non
esistono modelli validi per effettuare delle previsioni tramite simulazioni matematiche.
Occorre effettuare delle misure di volta in volta. Dai risultati di alcune misurazioni
effettuate dal CNR, emerge che:
• il campo magnetico di fondo a 50Hz presenta una notevole variabilità anche se
spesso ricorre una ciclicità tra giorno e notte
• esso risulta maggiore negli appartamenti condominiali
• all’interno di un appartamento esso risulta molto diverso da stanza a stanza
• in una singola stanza invece il valore del campo magnetico di fondo non varia
molto da punto a punto; si può effettuare una sola misura al centro della stanza
• i valori tipici del fondo ambientale sono in genere molto al di sotto dei limiti di
sicurezza fissati dalle norme ed anche al di sotto dei livelli di attenzione (a meno
che l’appartamento non sia vicino ad un elettrodotto)
In fig. 8 è riportato un esempio di fondo ambientale determinato per un appartamento
urbano (curva superiore) ed un appartamento in posizione periferica (curva inferiore)
Valutazioni sulla pericolosità dei CEM tipo ELF
1-Valutazione del SIRE (Società Internazionale Ricerca Elettrosmog)
Nella tabella seguente sono riportate alcune valutazioni sulla pericolosità dei CEM
tipo ELF ed i rimedi proposti dalla bioarchitettura.
(Ricerca del SIRE su 3500 casi)
Prodotto o impianto
Disturbo provocato
Coperte elettriche
Rimedio
Disturbi del sonno, emicranie, Utilizzare la coperta per
scaldare il letto e staccare poi
disturbi delle funzioni
cardiache, depressione, rischi la spina prima di coricarsi
per il feto o per la partoriente
Lampade ad incandescenza
Radiosveglia elettrica
Televisori
Computer
Materassi riscaldabili
Ferri da stiro
Lampade alogene
Riscaldamento elettrico
Lampade da scrivania
Cefalee, rischi di tumore al
cervello, disturbi alla vista,
difficoltà di concentrazione,
irritabilità, impotenza
Problemi di insonnia,
alterazione del ritmo cardiaco,
rischio di neoplasie cerebrali,
cefalee mattutine
Cefalea, ansia, disturbi visivi
Cefalee, problemi gastrici,
rischio per le gestanti ed il
feto, neoplasie
gastroenteriche, difficoltà di
concentrazione, depressione,
allergie, disturbi visivi
Insonnia, mal di testa,
tremore, alterazione delle
funzioni cardiache, irascibilità,
depressione, fobie
Disturbi del sistema nervoso,
alterazioni cardiache, disturbi
intestinali, vertigini, fobie,
depressioni
Rischi di leucemie, tumori
cerebrali, disturbi alla vista
Ansia, cefalee mattutine,
depressione, alterazioni del
ritmo cardiaco
Cefalee, disturbi nervosi
Distanza minima consigliata
1.5m. Utilizzarle il meno
possibile
Distanza minima 1.5m,
Utilizzare sveglie a batteria
Distanza minima 2m
Distanza il più possibile
elevata, pause orarie, usare
schermi a bassa emissione
Riscaldare il materasso prima
di coricarsi e poi staccare la
spina
Utilizzare apparecchiature
dotate di messa a terra, fare
molte pause
Distanza minima 1.5m
Distanza minima 1.5m anche
dal cavo elettrico
Utilizzare solo lampade con
messa a terra
Trasformatori ad alta tensione Insonnia, mal di testa, disturbi Bonifica
del sistema nervoso,
formicolii, disturbi cardiaci
Bonifica
Linee ad alta media e bassa Insonnia, mal di testa, rischi
tensione
per la gestante ed il feto,
fobie, rischi di tumori,
alterazione del ritmo cardiaco
Notare che:
• mancano riscontri scientifici a quanto scritto
• alcuni effetti citati non dipendono dai CEM tipo ELF
• i CEM emessi da alcuni degli apparecchi citati sono insignificanti come valori
2-Valutazione di molti centri di ricerca
Prodotto o impianto
Disturbo provocato
Fonte di ricerca
Elettrodotti e centrali di
trasformazione
Disturbi del sonno,
formicolii, palpitazioni,
cefalee, vertigini
Tumori cerebrali e leucemie
nei bambini
Elettrodomestici tipo phon, Possibili effetti cancerogeni,
TV, termocoperte,
aborti per donne che
videoterminali
stanno molto tempo ai
videoterminali
Elettrodomestici tipo
Nessun rischio rilevato dati
computer, lavatrice,
i valori bassi dei CEM
lavastoviglie, frigoriferi
Studi USA del 1972 e
svedesi del 1993 hanno
evidenziato 1-2 casi all’anno
Studi USA (con risultati
spesso contraddittori)
Studi USA
Notare:
• i risultati contraddittori per gli elettrodomestici rispetto agli studi del SIRE
I migliori studi realizzati fino ad oggi sono ritenuti quelli della McGill University di
Montreal e della University of North Carolina. Gli autori di tali studi concludono cosi:
“se c’è correlazione tra CEM ELF e cancro l’effetto è modesto”
In Italia un ente che si occupa di CEM e salute è l’ISPESL. Una ricerca effettuata
insieme alla Università di Perugia (vedere Prevenzione Oggi n°2 del 1999) ha dato i
seguenti risultati:
“per tempi di esposizione inferiori alle 2 ore il CEM (di valore 6.28mT) NON è in
grado di interagire con i tessuti umani e quindi di provocare danni al DNA”
“per tempi di esposizione di 72 ore delle stesso tipo di CEM si evidenziano
danni citogenici e stimolazione del ciclo cellulare”
3-Valutazione dell’Istituto Superiore della Sanità (ISS)
L’ISS afferma che:
• studi epidemiologici suggeriscono una associazione tra esposizione di tipo
residenziale e leucemia infantile
• il nesso di casualità non è tuttavia dimostrato
• occorrerebbe indagare anche sulle onde convogliate (40-400kHz) presenti
sugli elettrodotti
• sulla base dei dati fino ad ora disponibili per l’Italia, ci si possono attendere 2.5
casi di leucemia infantile per tutta la popolazione attualmente residente in
prossimità di elettrodotti con valori di esposizione B>0.2µT (300.000 persone)
• si può ritenere che esista un rischio aggiuntivo di leucemia per persone con
età tra
0-14 anni pari a 2.9 10-5 per anno per ogni µT di esposizione.
• per esposizioni superiori a 0.6µT (in Italia ci sono circa 21.00 persone tra 0-14
anni) il rischio aggiuntivo supera il rischio di fondo di mortalità per leucemia
infantile
• per esposizioni superiori a 2µT (in Italia circa 3.600 persone tra 0-14 anni) il
rischio aggiuntivo supera il valore del tasso di mortalità per cause accidentali
Valutazione di alcuni coefficienti di rischio
Causa di morte
Cancro
Incidenti stradali
Annegamento
Disastri naturali
Incidenti aerei
Incidenti con elettricità
Incidenti da fulmine
Rischio aggiuntivo per ogni µT
Rischio
2 10-1
1.5 10-2
2.5 10-3
1.4 10-3
7 10-4
3 10-4
3 10-5
2.9 10-5
L’ISS ritiene che il valore di 100µT indicato dal DPCM 1992 sia troppo elevato e
propone i seguenti valori:
• 2µT come livello massimo di esposizione al campo magnetico per esposizioni
croniche della popolazione, da raggiungere con opere di risanamento ( in pratica è
il valore che si otterrebbe alla distanza di 11m da un elettrodotto di 150kV che è
percorso da 375A)
• 0.5µT-0.6µT per le aree destinate all’infanzia, nelle strutture sanitarie e
nelle aree residenziali (per i nuovi elettrodotti)
4-Valutazione dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS)
L’OMS ritiene che le principali sorgenti di CEM ELF siano:
• stazioni per la produzione di energia elettrica con E=16kV e B=270µT
• elettrodotti con valori massimi raggiungibili (al di sotto delle linee) E=12kV e
B=30µT
• cabine di trasformazione con E=25kV/m e B=2mT
• saldatrici industriali con B=130mT
• forni ad induzione con B=130mT
• elettrodomestici con E=500V/m e B=150µT
Per quanto riguarda gli effetti sanitari afferma che (sito WWW.WHO.INT):
• fino a 20kV gli effetti di esposizioni sono pochi ed innocui
• fino a 100kV non ci sono risultati che indichino effetti sulla riproduzione e
sullo sviluppo animale
• vi è poca evidenza sperimentale che i campi magnetici ELF esistenti in
ambienti domestici abbiano effetto sulla salute umana
• risultati condotti su volontari hanno dimostrato che esposizioni di diverse ore a
B=5mT hanno avuto poco effetto sui seguenti parametri: variazione del sangue,
ECG, ritmo cardiaco pressione del sangue e temperatura del corpo
• esiste una qualche evidenza (solo sugli animali) che l’esposizione a CEM di
tipo ELF possa ridurre la secrezione di melatonina (e portare a tumori mammari)
• non vi è nessuna evidenza convincente che l’esposizione a CEM di tipo ELF
provochi danni diretti alle molecole biologiche, DNA compreso. E’ quindi
improbabile che possa iniziare un processo di cancerogenesi
• esistono studi epidemiologici che segnalano un aumento della leucemia
infantile per persone residenti sotto gli elettrodotti. Si valuta un aumento di
rischio pari a circa 1.5%
• non risulta confermata una relazione causa-effetto per il rischio di cancro
dovuto ad esposizioni ai CEM ELF per i lavoratori elettrici
• nel giugno 1998 il NIEHS (Ente USA per la sanità) ha concluso che i CEM tipo
ELF debbano essere considerati come un “possibile cancerogeno per
l’uomo” (gruppo 2B). Infatti tale ente ha trovato una certa correlazione tra
leucemia infantile e residenza sotto gli elettrodotti ed inoltre a evidenziato
alcuni casi di leucemia linfatica cronica in ambienti di lavoro elettrici
Per quanto riguarda le precauzioni da prendere afferma che:
• grossi oggetti metallici installati vicino agli elettrodotti tipo AT (alta tensione)
devono essere collegati a terra. Altrimenti ci potrebbe essere il rischio di una
corrente di contatto con le persone.
• nessuna precauzione è da prendere per altri posti residenziali
• i lavoratori esposti a CEM ELF in aree con valori elevati dovrebbero usare
materiali schermanti. Poiché NON esistono modi pratici efficaci per realizzare
schermature, occorre impedire l’accesso del personale in tali aree.
• campi magnetici superiori a 1µT possono interferire con i monitor dei computer
dando luogo a variazioni di immagine. In tali casi basta spostare il computer in
altra parte
• non esistono pericoli correlati all’effetto corona (ronzio che si sente attorno ai
trasformatori o sotto linee di alta tensione)
CORSO SU “CAMPI E.M. E SALUTE UMANA”
Ing. Francesco Falà
Lezione n° 1
Lezione n° 2
Lezione n° 3
Lezione n° 4
Lezione n° 4
CAMPI ELETTROMAGNETICI A RADIOFREQUENZA (RF)
Premessa
A rigore di logica bisognerebbe definire CEM a radiofrequenza (RF) solo i campi con
frequenza compresa tra 30KHz e 300MHz, mentre quelli con frequenza compresa tra
300MHz e 300GHz vanno definiti CEM a microonde (MW). Nel corso di queste
lezioni verrà usato solo il termine CEM a RF per intendere però tutte e due i tipi.
In questa trattazione non si prendono in esame le radiazioni ionizzanti (sono
quelle aventi lunghezza d’onda inferiore a 100nm)
Principali grandezze
In alta frequenza i campi E ed H sono sempre contemporaneamente presenti e vanno
valutati globalmente.
Frequenze <10MHz
Per frequenze fino a 10MHz l’interazione con il corpo umano avviene soprattutto
come induzione di correnti elettriche dovute soprattutto al campo elettrico. Come
limite di base si deve considerare la densità di corrente indotta J = σ E [A/m2] che
rappresenta:
“la corrente elettrica che fluisce attraverso una sezione unitaria di tessuto corporeo
posta perpendicolarmente al flusso di carica”
Frequenze >10MHz
Per frequenze superiori a 10MHz si hanno meccanismi di polarizzazione dovuti
soprattutto al campo elettrico. Come limite di base va considerato il SAR (Specific
Absorbition Rate) [W/kg]
Per quanto riguarda l’interazione col corpo umano dei CEM tipo RF sopra 10MHz,
essa consiste nell’assorbimento della energia elettromagnetica incidente. Tale
energia viene dissipata sotto forma di calore. Gli effetti biologici sono in sostanza
legati all’innalzamento della temperatura locale o globale (effetti termici)
Nonostante la loro importanza teorica però le grandezze indicate non sono facilmente
misurabili all’interno del corpo umano.
Ci si pone allora il problema di collegare tali grandezze (dette limiti di base)
(difficilmente misurabili) a quelle (che le determinano) che sono facilmente misurabili
(detti livelli di riferimento o limiti derivati).
Per frequenze <10MHz, al posto della densità di corrente indotta J, verranno usati il
campo elettrico E ( in modo prevalente) ed il campo magnetico H (campo elettrico E
(V/m) campo magnetico H (A/m)
Per frequenze >10MHz al posto del SAR verrà usata la densità di potenza del campo
elettromagnetico S [W/m2])(Volendo usare i W/cm2 occorre ricordare che essi sono
10.000 volte più piccoli 1W/m2 corrisponde a 0.1mW/cm2)
Per determinare i legami tra le varie grandezze sono stati introdotti dei metodi
numerici di simulazione al computer o sono stati creati dei fantocci con sembianze
umane realizzati con dei gel riproducenti le caratteristiche dielettriche dei tessuti
(DOSIMETRIA)
Limiti espositivi di riferimento
1-Norme CEI 111-3
Le norme CEI, analogamente alla normativa europea, fissano i limiti di base e quelli
derivati.
Limiti di base del SAR
SAR mediato in un intervallo di 6 minuti
Lavoratori
Popolazione
W/kg
0.4
0.08
Limiti derivati di riferimento per esposizione continua di durata >=6 minuti per
lavoratori
Frequenza (Hz)
E (V/m)
H (A/m)
Densità di potenza (W/m2)
10k-38K
1000
42
38k-61k
1000
1,6/f
61k-10M
10M-400M
400M-2G
2G-150G
150G-300G
614/f
61,4
3,07 x f1/2
137
0.354 f1/2
1,6/f
0.16
8.14 10 -3 f1/2
0.364
9.4 10-5 f1/2
10
f/40
50
3.334 10-4 f
Limiti derivati di riferimento per esposizione continua di durata >=6 minuti per
popolazione
Frequenza (Hz)
E (V/m)
H (A/m)
Densità di potenza (W/m2)
10k-42K
400
16.8
42k-68k
400
0.7/f
68k-10M
275/f
0.7/f
10M-400M
27,5
0.06
2
400M-2G
f/200
1,37 x f1/2
3,64 10 -3 f1/2
2G-150G
61,4
0.163
10
150G-300G
0.158 f1/2
4.21 10-4 f1/2
6.67 10-5 f
Notare che per f<10MHz non sono significativi i valori della densità di potenza
In fig.1 sono riportati gli andamenti di E H ed S per la popolazione ed in fig.2 per i
lavoratori
2-Decreto n°381 del 10-9-98
Tale decreto si applica solo alla popolazione e NON ai lavoratori esposti per
ragioni professionali
Esso fissa tre tipi di livelli:
• Limiti di esposizione valori del CEM che non devono essere superati in
alcuna condizione di esposizione
• Livelli di attenzione valori del CEM che non devono essere superati negli
ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate
• Obiettivi di qualità valori del CEM da conseguire nel medio e lungo periodo
con opere di risanamento (non sono precisati i valori)
Limiti di esposizione (riferimento) continua di durata >=6 minuti per popolazione
Frequenza (MHz)
E (V/m)
H (A/m)
Densità di potenza (W/m2)
0.1-3
60
0.2
3-3000
20
0.05
1 [0.1mW/cm2]
3000-300000
40
0.1
4
Livelli di attenzione per esposizione continua di durata >=6 minuti per edifici con
permanenza >4 ore
Frequenza (MHz)
E (V/m)
H (A/m)
Densità di potenza (W/m2)
0.1-300000
6
0.016
Solo per 3-3000
6
0.016
0.1
Si è introdotto un fattori di riduzione 10
(notare che in una città in genere ci sono valori di E compresi tra 0.1 e 2V/m)
Il decreto fornisce inoltre indicazioni sulle modalità di valutazione dei limiti espositivi
dei CEM chiarendo che i valori possono essere misurati o calcolati.
Le misure sono comunque necessarie quando i calcoli fanno prevedere valori
di CEM superiori alla metà dei limiti prefissati.
Le misure vanno eseguite secondo le indicazioni contenute nelle norme CEI (vedere
paragrafo 3)(Per le modalità di calcolo dei CEM a RF vedere apposite dispense)
In fig.3 sono confrontati diversi limiti di esposizione
3-Linee guida applicative del decreto 381/98 (GU 257 del 3-11-98)
E’ un decreto che fornisce utili indicazioni applicative per il decreto 381/98. Tra le
principali citiamo:
Campo applicativo
Chiarisce che il campo di applicazione è compreso tra 100kHz e 300GHz e che
quindi sono regolamentati gli impianti fissi per:
• Telefonia mobile (impianti radio base)
• Trasmissioni radio e televisive
• Ponti radio
• Comunicazioni satellitari
• Radioamatori
Sono esclusi gli impianti mobili come:
• Telefoni cellulari
• Apparecchi CB portatili
Sono anche esclusi i Radar.
Modalità di misura
Devono essere fatte misure della durata di almeno 6 minuti
Si devono fare due serie di misure ad altezza di 1.9m ed 1.1m (corrispondenti a due
parti del tronco umano) da terra
Se la differenza tra le due misure è maggiore del 25% del valore più elevato, si deve
fare una terza misura a 1.5m da terra
Si farà poi la media delle tre misurazioni (media aritmetica per S e valore
quadratico medio per E ed H) (Valore quadratico medio o valore “rms” è la radice
quadrata della somma dei quadrati)
Misure di cautela
I Comuni diventano soggetti attivi per garantire la tutela della salute.
Competenze e controlli
Le regioni disciplinano:
• L’installazione e la modifica degli impianti per garantire il rispetto dei limiti
• Modalità e tempi di esecuzione dei risanamenti
• Gli obiettivi di qualità
• Le attività di controllo e vigilanza (tramite ARPA e ASL)
I comuni disciplinano:
• L’installazione degli impianti su edifici o in prossimità delle aree urbane
(concessione del Sindaco)
Effetti dei CEM a RF
1-Assorbimento
L’andamento dell’assorbimento SAR in funzione della frequenza è dato dal grafico di
fig.4
(esso varia al variare dell’altezza di una persona)
In esso compare un picco (frequenza di risonanza) corrispondente al massimo
assorbimento
L’assorbimento massimo dell’energia si ha per un campo E che è diretto lungo
l’asse maggiore del corpo umano (altezza) e per frequenze tali (frequenza di
risonanza) che l’altezza h di una persona che è elettricamente a terra, sia uguale a
0.2λ (λ=lunghezza d’onda)
Nel caso che la persona sia isolata da terra, l’assorbimento massimo si ha per
h=0.4λ
(Es. Per una persona con h=175cm l’assorbimento massimo (frequenza di
risonanza) si avrà a 35MHz (λ=8.57m) nel caso di contatto a terra.Nel caso di
isolamento da terra si avrà a 70MHZ)(valori calcolati per esposizione a densità di
potenza S=1mW/cm2)
Per frequenze minori di quella di risonanza (fino a 10MHz) prevale l’assorbimento
superficiale e il SAR cresce con la frequenza.
Per frequenze oltre quella di risonanza si ha praticamente una indipendenza del
SAR dalla frequenza. Effetto predominante è lo sviluppo di calore.
Per i tessuti umani il carico termico può raggiungere anche il 70% del metabolismo di
base (da 1 a 4W/kg) prima che si determini un aumento della temperatura
significativo (0.1°C).
Per questi motivi si è fissato per l’uomo un fattore di attenzione 10 ed un valore
del SAR pari a 0.4W/kg.
2-Effetti
Campi con f<1MHz
I campi con frequenza <1MHz non producono riscaldamento significativo. Essi
inducono correnti e campi elettrici nei tessuti (esprimibili in densità di corrente
indotta). Valori di riferimento sono 10mA/m2. Sopra 100mA/m2 si possono avere
contrazioni muscolari involontarie.
Campi con 1MHz<f<10GHz
I campi con frequenza compresa tra 1MHz e 10GHz penetrano nei tessuti esposti e
producono calore con conseguente assorbimento di energia dei tessuti (è importante
il SAR). La profondità di penetrazione dei CEM nei tessuti dipende dalla frequenza
ed è maggiore alle frequenze più basse.
La maggior parte degli effetti nocivi dovuti ad esposizione a questi CEM possono
spiegarsi come una risposta ad un riscaldamento indotto, che a sua volta da luogo
ad un aumento della temperatura dei tessuti o del corpo, superiore ad 1°C.
Questo riscaldamento indotto nei tessuti del corpo può provocare effetti legati alla
termoregolazione (riduzione delle capacità mentali o fisiche) oppure influenzare
lo sviluppo fetale (difetti di nascita si verificano solo se la temperatura del feto
cresce di 2-3°C per delle ore) e la fertilità maschile oppure indurre cataratta
Campi con f>10GHz
Per frequenze superiori a 10GHz i CEM vengono assorbiti dalla superficie della
pelle e pochissima energia penetra nei tessuti sottostanti. Perché si verifichino effetti
di danno alla salute (come cataratte oculari, ustioni della pelle) occorre una densità di
potenza >1000W/m2 (valori presenti nelle immediate vicinanze dei radar dove però
è vietata la presenza di persone)
Principali fattori
L’elenco che segue riporta i principali fattori che influiscono sull’assorbimento
dell’energia e sulle risposte biologiche.
a-Parametri della sorgente elettromagnetica
• frequenza
• polarizzazione
• modulazione
• densità di potenza
• situazione di campo (vicino o lontano)
• potenza
b-Parametri biologici
• età e sesso
• condizioni di salute
• proprietà dielettriche del tessuto
• dimensioni
• soglia di risposta/sensibilità individuale
c-Parametri ambientali
• durata dell’esposizione
• esposizione parziale o a corpo intero
• superfici riflettenti circostanti
In Tab.A sono riportate le modalità di interazione tra CEM a RF e sistemi viventi
In Tab.B sono riportate le principali manifestazioni morbose dovute ai CEM a RF
Conclusioni
Per quanto riguarda gli effetti dei CEM a RF essi si possono dividere in:
•
•
effetti acuti (immediati) (più facilmente osservabili)
effetti differiti (a lungo termine) (difficilmente valutabili)
Gli effetti acuti si manifestano come essenzialmente come innalzamento della
temperatura (per altri effetti vedere la Tab.B)
Per quanto riguarda gli effetti a lungo termine (individuabili solo con indagini
epidemiologiche) essi saranno analizzati più avanti.
Notare che dall’elenco degli elementi che possono produrre effetti cancerogeni
mancano i CEM a RF per i quali ancora NON esistono studi epidemiologici sufficienti.
Per essi l’OMS ha recentemente concluso che:
“NON c’è nessuna evidenza convincente che la esposizione a CEM a RF
abbrevi la vita o conduca al cancro” (Promemoria n°183 del 1998)
Non ci sono prove certe di effetti diversi legati al diverso tipo di modulazione (AM
FM o digitale)
Per dare una valutazione conclusiva degli effetti dei CEM a RF riportiamo le
conclusioni dell'’OMS contenute nel Promemoria n°183 del Maggio 1998
Promemoria dell’OMS n°183 del Maggio 1998
• Gli studi di cancerogenesi su animali non hanno fornito evidenze
convincenti di un effetto di incidenza sui tumori.Sono comunque necessari
altri studi per delineare un quadro più completo dei rischi sanitari.
• Uno studio recente ha trovato che i CEM a RF, simili a quelli usati nelle
telecomunicazioni mobili, aumentavano l’incidenza di cancro su topi
geneticamente modificati, esposti a 65cm dall’antenna
• Molti studi epidemiologici sull’uomo hanno considerato possibili connessioni
tra l’esposizione a CEM a RF ed aumento del rischio di cancro. Al momento
attuale questi studi NON forniscono una informazione sufficiente per una
appropriata valutazione del rischio di cancro in quanto i risultati sono incoerenti
• I telefoni mobili producono interferenze con altri dispositivi elettronici di uso
comune. Occorre porre attenzione quando si usano cellulari in prossimità di
apparecchi elettromedicali sensibili (si segnalano rari casi di interferenza con
pacemaker e apparecchi acustici; ci sono anche casi di interferenze con air-bag)
Per quanto riguarda i pacemaker (PMK) e i possibili effetti su di essi da parte dei
CEM a RF occorre precisare che gli attuali PMK sono dotati di un filtro che è in grado
di escludere le interferenze elettromagnetiche che cadono al di fuori della curva di
sensibilità della apparecchiatura (fig.5)
Principali sorgenti di CEM a RF
I CEM a RF possono essere generati in vario modo e da diversi tipi di sorgente.
Esaminiamo quelle più significative.
A-Sorgenti naturali
La principale sorgente naturale è il sole con valori di densità di potenza <0.01 mW/m2
B-Sorgenti artificiali
Le sorgenti artificiali possono essere classificate in base ai dispositivi o
apparecchiature che generano i CEM o in base all’ambiente in cui riversano le loro
radiazioni
1-Tubi termoionici e componenti allo stato solido
Importanti dispositivi, sorgenti di CEM a RF sono i tubi termoionici e i componenti
allo stato solido. Vediamone alcuni esempi:
• Tubi con griglia di potenza Essi vengono usati in applicazioni industriali per
frequenze che vanno dai 500MHz (potenze dell’ordine di 500kW) fino ai 2GHz
(potenze di 100W)
• Tubi con fascio elettronico lineare
Klystron con potenza di picco di 2MW intorno ad 1GHZ, 100kW a 15GHz, 1kW a
30GHz
Tubi ad onda viaggiante (TWT) con potenza di picco 500kW intorno ad 1 GHz
ed 1kW a 100GHz
Gyrotron con potenza di picco 1Mw intorno a 30GHz e 10 kW intorno a 300GHz
• Dispositivi a campo incrociato con 200kW di picco fino a 500MHz ed 1kW a
10GHZ
Magnetron
Amplitron (CFA)
•
Dispositivi allo stato solido con potenze di 200W intorno a 10GHz
L’energia generata dai dispositivi viene poi trasmessa tramite guide d’onda o cavi
coassiali alle antenne trasmittenti. Durante questo percorso in genere si dissipa dal
20-40% dell’energia generata. Inoltre avendo l’antenna un rendimento che varia dal
50-75%, un’altra parte di energia va dissipata sull’antenna stessa.
In pratica una sorgente che genera ad esempio 100kW di potenza, ne vede irradiata
solo 60kW, nel caso migliore.
Normalmente viene introdotta la Potenza Effettivamente Irradiata (ERP) che
rappresenta il prodotto della potenza in ingresso all’antenna per il guadagno di
potenza dell’antenna stessa
Qualora si prenda una emissione impulsiva (esempio Radar) occorre prendere in
esame il “Duty-cicle” dell’impulso (rapporto (minore di 1) tra durata dell’impulso e suo
periodo di ripetizione).Tale fattore abbassa il valore della potenza media di un fattore
di due o tre ordini di grandezza.
2-Apparecchiature industriali
Esistono anche applicazioni delle RF in cui l’energia, invece di essere collegata ad
una antenna, viene collegata direttamente ad utilizzatori (es. riscaldamento per
induzione, forni a microonde,ecc.).
3-Sorgenti che interessano l’ambiente
• emittenti radio-televisive
• impianti di telecomunicazioni
L’esposizione a RF dovuta ad impianti di telecomunicazioni è in genere inferiore a
quella dovuta ad emittenti radio o TV.
Nelle città il livello medio di fondo è 50µW/m2 (solo 1% delle persone è soggetto a
valori >10mW/m2 (ovviamente tali valori possono essere superati in prossimità di
trasmettitori o radar)
4-Sorgenti domestiche
• forni a microonde
• telefoni mobili (cellulari e cordless)
• sistemi di allarme
• televisori
Nel complesso, il livello di fondo è dell’ordine di poche decine di µW/m2
Un forno a microonde funziona a circa 2450MHz con lunghezze d’onda che
interagiscono con le molecole dei cibi facendo cambiare la polarità delle molecole
circa 100 milioni di volte al secondo e provocando calore. A differenza dei forni
tradizionali dove il calore passa dall’esterno all’interno, nei forni a microonde avviene
il contrario
Contrariamente a quanto si crede i videoterminali emettono radiazioni solo a bassa
frequenza (ELF). Inoltre a tali frequenze risultano inutili i dispositivi di schermo in
commercio.
Altrettanto inutili si sono rivelate le famose “coccinelle” per schermare i CEM a RF.
5-Sorgenti nei posti di lavoro
• riscaldatori elettrici (per incollare legno o plastica)
• riscaldatori ad induzione
• forni a microonde
• apparecchiature elettrochirurgiche
• sistemi di diatermia per la cura del dolore e delle infiammazioni
Nel complesso i valori dei CEM a RF possono superare le decine di W/m2
(ovviamente tali valori possono essere superati per lavoratori del settore trasmissioni)
Un caso particolare di sorgente di CEM a RF nel posto di lavoro è costituito dai
varchi magnetici ad onda continua
I varchi magnetici ad onda continua per il controllo delle persone (usati in aeroporti,
banche ecc.) sono normalmente costituiti da due pannelli di altezza circa 1.5m e
larghezza circa 60cm.
In ogni pannello è sistemata una bobina di fili (50x100cm con 10-12 spire) percorsa
da corrente a 120kHz. Ogni bobina genera quindi un campo magnetico confinato tra i
due pannelli.
Dati i valori piuttosto bassi delle frequenze in gioco, occorre valutare la densità di
corrente indotta e non il SAR, inoltre sono significativi sia il campo elettrico che
magnetico.
Si sono misurati i seguenti valori mediati nel periodo di 6 minuti e relativi a due
attraversamenti consecutivi del varco, nel periodo di 4 secondi, in prossimità di uno
dei pannelli (situazione più pericolosa):
• campo magnetico H=0.18A/m
• campo elettrico E=800V/m nel caso imperturbato
• campo elettrico E=70V/m in presenza di persona tra i pannelli (campo
perturbato)
6-Riepilogo
Confronto tra diverse normative
Valore limite
E (V/m)
S (W/m2)
ICNIRP
ANSI/IEEE
42
4.65
48
6.2
Raccomandaz. Decreto 381/98
Europea
42
20 (6)
4.65
1 (0.1)
Nella tabella che segue sono riepilogate le principali sorgenti di CEM a RF.
Esempi delle principali sorgenti di CEM a RF
Sorgente
Frequenza (Hz)
Riscaldatori induttivi a radiofrequenza 80k-5M (potenze intorno ai 500kW)
(fusione di leghe metalliche)
Riscaldatori capacitivi a radiofrequenza 3M-50M (potenze intorno ai 200kW)
(incollaggio del legno,
vulcanizzazione, essiccazione)
900M-2.45G (potenza intorno ai 600kW)
Forni a microonde per impieghi
industriali
(impieghi alimentari di grandi
dimensioni)
Forni a microonde per impieghi
2.45G (potenza intorno ai 600W)
domestici
Trasmettitori radio AM
550k-1650K
Trasmettitori radio FM
87M-107M
Trasmettitori telefonici per ponti radio 150M-500M (potenza decine di W)
Trasmettitori CB (Citizen Band)
27M (potenza massima 5W)
Radioamatori
Frequenze varie (potenza massima 500W)
Telefono cellulare (portatile)
950M (potenza qualche centinaio di mW)
Televisione VHF-UHF
50M-800M (potenza da kW a centinaia di kW)
Radar (modulazione ad impulsi di
100M-100G
durata microsecondi e con frequenza -alta potenza (>100kW) per avvistamenti
di ripetizione 1000Hz)
-media potenza (centinaio di W) per aerei, navi
-bassa potenza (decine di W) per pioggia
Radar per controllo della velocità
10G (potenza circa 0.1W)
Telepass
5.7G (potenza circa 0.1W)
Campo medico (sterilizzazione)
2.45G (potenza fino a qualche kW)
Ricerca (es. radioastronomia)
30G-300G (potenza da decine a centinaia di
W)
Le sorgenti precedentemente esaminate producono valori di CEM a RF che in prima
approssimazione possono avere i seguenti valori:
Valori tipici riscontrabili per i CEM a RF
Aree urbane
Case
Telefoni cellulari (emettono da 0.4-2W)
Antenne fisse per telefonia cellulare
(emettono decine di W con apertura
verticale di 6° ed orizzontale di 60°)
Forno a microonde
0.09-0.5V/m
1-1.5V/m
30-50V/m
3-15V/m
4-9µT
Valutazioni di alcune sorgenti di CEM a RF
Fonte di
F (Hz)
Distanza
Valori tipici di
radiazione
(m)
esposizione (W/
m2)
Forno a
2.45G
0.3
<10
microonde
0.5
<5
1
<1
Radar per la 9-35G
3
<0.250
viabilità
Walkie-talkie 27M
5cm
<1V/m <0.2A/m
12cm
<200V/m <0.1A/m
Trasmettitori 87-108M 1500
<0.05
radio-TV VHF 47-68M
174-230M
Trasmettitori 470-890M 1500
<0.005
radio-TV UHF
Trasmettitori 3.95-26.1M220
2 (27.5V/m)
in onde corte
Trasmettitori 130-285k 300
<90V/m
onde lunghe 415-1600k 50
450V/m
e medie
Radar militari 1-10G
1000
<10
>1000
<0.5
Radiofari
10-20G
500
0.00004
Limiti
Osservazioni
normativi
(W/m2)
10
Potenza 0.5100mW
0.073V/m
2-4
Potenza
<1000kW
2-4
Potenza
<5MW
Potenza
<750kW
Potenza
1.8MW
2-3.5
73.5V/m
5-10
10
Potenza 0.220kW
Potenza 0.5W
Distanze minime raccomandate da tenere per alcune sorgenti CEM a RF.
Sorgente
Trasmettitore TV banda IV
eV
Trasmettitore radiofonico
per onde ultracorte
Antenna 13GHz
Forno a microonde
Telefono GSM
Telefono GSM
Potenza
100kW
Distanza raccomandata
(m)
45
500W
9.5
0.5W
600W
<2W
<4W
1.8
0.25
Nessuna distanza
3cm
Telefonia cellulare
La telefonia cellulare si basa sull’utilizzo di telefoni portatili (cellulari) e di stazioni
fisse dette Stazioni Radio Base (SRB)
Essa ha iniziato a funzionare nel 1973 alla frequenza di 160MHz, successivamente
(fine anni 70) ci si è spostati a 450MHz (sistema RTMS). A causa della saturazione
delle frequenze e del cambiamento di sistema (ETACS) ci si è portati a 900MHz con
potenze dei cellulari da 0.4 a 0.6W.
Attualmente è in uso il sistema GSM (Groupe Special Mobiles) con le seguenti
caratteristiche:
• 124 portanti nella banda di frequenza (890-915MHz) da mobile a radio base
• 124 portanti nella banda di frequenza 935-960MHz da radio base a mobile
Ogni portante è modulata con una ripetizione di 217Hz e per ognuna di esse ci sono
8 canali. La potenza media utilizzata da un cellulare è 0.2W con valori di picco di
2W.
Attualmente la telefonia cellulare opera intorno ai 900MHz anche se si sta spostando
verso i 1800MHz (cellulari 3-band)
Si stima che nel 2005 ci saranno 1.600.000.000 di cellulari in circolazione e che
quindi ci sarà la necessità di incrementare il numero delle stazioni radio base.
Va precisato che l’emissione del telefono cellulare è maggiore di quella della
stazione radio base, solo che i telefoni emettono solo durante le chiamate mentre le
antenne trasmettono sempre.
Telefono cellulare
Sono trasmettitori a RF di bassa potenza (0.2-0.6W) (i walkie-tolkie possono emettere
anche 10W) con una intensità del campo che decresce rapidamente con la distanza.
L’esposizione di un utente con un cellulare posto ad alcuni centimetri dalla testa
(usando anche viva-voce o auricolari) è molto inferiore a quella di un utente che tenga
il cellulare appoggiato alla testa.
L’esposizione per le persone vicine è molto bassa.
Stazioni radio base
Le antenne usate sono in genere di due tipi:
• omnidirezionali (basso guadagno) (larghezza 6-18cm altezza 60cm-3m)
• settoriali (alto guadagno) (larghezza 18-35cm altezza 1.2m-1.5m)
Le antenne ad alto guadagno sono in genere poste nei vertici delle celle, nel punto
ove si incontrano tre celle esagonali (nido d’ape) e sono poste in modo da formare un
triangolo equilatero in modo che ogni lato serva una cella. Ogni lato è poi costituito da
una antenna trasmittente e due riceventi (tre antenne)
Il guadagno di una antenna singola può avere valori diversi (es.17dB)
Le stazioni radio base trasmettono livelli di potenza che possono arrivare anche a
100W a seconda dell’ampiezza della cella che devono coprire.
Le antenne hanno dimensioni di 20-30cm di larghezza e circa 1m di altezza e sono
montate su pali o tralicci di altezza 15-20m.
L’apertura angolare in verticale è molto stretta (6°) mentre in orizzontale è larga (60°)
Ciò significa che sotto l’antenna l’intensità del campo è molto bassa, cresce un po’ a
qualche decina di metri e poi decresce di nuovo.
Il rapporto avanti-indietro delle antenne è molto elevato.
Va notato che esistono anche altre trasmissioni (polizia, vigili del fuoco ecc.) che
operano con frequenze simili alle stazioni radio base e con potenze a volte superiori.
Un’antenna a basso guadagno posta a 12m dal suolo genera (alla base dell’antenna
stessa) tra 0.0001e 0.005 mW/cm2 (valori inferiori di molto a quelli indicati dalle
norme).
A distanze maggiori e a quote più elevate i valori potrebbero essere più elevati.
Anche in presenza di più antenne su uno stesso traliccio, per distanze di circa 50m in
genere i valori misurati sono di gran lunga inferiori alla norma.
(fig.6-7-8)
L’installazione delle antenne radio base è soggetta regolamenti comunali basati sul
Decreto 381/98. Un esempio di cosa prevedono tali regolamenti si può trovare sul sito
WWW.ASTREA.IT/REGOLAM_/
Effetti
Gli effetti sanitari accertati sono legati al riscaldamento dei tessuti. Nessuno studio
ha dimostrato effetti negativi sulla salute per livelli di esposizione che siano
inferiori ai limiti stabiliti dalle norme.
Sono da evidenziare i “rischi automobilistici” quelli cioè legati all’uso del cellulare
in auto e alle possibili distrazioni dalla guida.
Altro aspetto importante è l’interferenza elettromagnetica prodotta dai cellulari su altre
apparecchiature elettroniche (fax, dispositivi elettronici degli aerei ecc.)
Riportiamo i risultati di uno studio condotto da un Gruppo Indipendente di Esperti in
Telefonia Mobile (http//space.tin.it/clubnet/albpales/telefonia_mobile) sugli effetti dei
cellulari:
“l’analisi delle prove disponibili ad oggi suggerisce che l’esposizione a
radiazioni a radiofrequenza al di sotto dei valori stabiliti dalle norme NON
provoca effetti negativi sulla salute della popolazione esposta”
“ ci sono comunque ora dei dati scientificamente provati che suggeriscono che
potrebbero verificarsi effetti biologici anche con esposizioni a valori inferiori a
quelli prescritti.Questo non significa necessariamente che questi effetti portino
a danni o malattie”