Radioprotezione MB - Gabriele Falciasecca

Esposizione ai campi elettromagnetici
Dipartimento di Elettronica
Informatica e Sistemistica
Marina Barbiroli – Propagazione M
Campi elettromagnetici
 I campi elettromagnetici si propagano sotto forma di onde elettromagnetiche,
frequenza
numero di oscillazioni che l'onda elettromagnetica compie in
un secondo. L'unità di misura della frequenza è l'Hertz (1 Hz equivale a una
oscillazione al secondo).
 I campi elettromagnetici e le radiazioni ottiche fanno parte delle radiazioni non
ionizzanti (Non Ionising Radiation, NIR):
 radiazioni elettromagnetiche che hanno un’energia non sufficiente a rompere i legami
ionici o i legami tra molecole;
 coprono un intervallo di frequenza molto esteso, che parte dai campi statici per
arrivare fino alla radiazione ultravioletta.
 Il modello matematico che descrive i fenomeni elettromagnetici è il sistema di
equazioni introdotto da J.C. Maxwell.
 Molto semplicemente a frequenze più basse i due campi che descrivono il
fenomeno elettromagnetico, campo elettrico E (misurato in Volt/m) e campo
magnetico H (misurato in Ampère/m), sono legati dalle equazioni di Maxwell nel
modo più generale, mentre a frequenze più elevate i legami tra questi due
campi, nella zona di radiazione, sono semplici e la conoscenza dell’uno
consente la diretta determinazione dell’altro. Dal punto di vista quantitativo è in
tal caso sufficiente conoscere la densità di radiazione (Watt/mq).
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Campi elettromagnetici ad alta frequenza
e a bassa frequenza
•
Sulla base della frequenza viene effettuata una distinzione tra:
– impatto elettromagnetico generato da campi a bassa frequenza (0 Hz - 10 kHz), nel
quale rientrano i campi generati dagli elettrodotti che emettono campi
elettromagnetici a 50 Hz; ⇒ dominante l’effetto di H
– impatto elettromagnetico generato da campi ad alta frequenza (10 kHz - 300 GHz)
nel quale rientrano i campi generati dagli impianti radio-TV e di telefonia mobile e
in generale apparati per telecomunicazioni. ⇒ dominante l’effetto di E
•
Questa distinzione è necessaria in quanto le caratteristiche dei campi in prossimità
delle sorgenti variano al variare della frequenza di emissione, così come variano i
meccanismi di interazione di tali campi con i tessuti biologici e quindi le possibili
conseguenze correlabili all'esposizione umana (effetti sulla salute).
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x 1014
3
10-3
3 x 1011
100
3 x 108
104
107
λ
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3 x 104
3 x 101
Vis
Radiazione
Radiofrequenze
infrarossa
Microonde
10-6
UV
Diagnostica a raggi X
Radioisotopi
Sterilizzazione
Laser
Lampade
Sorgenti termiche
Telecomandi
Impianti radar
Radarterapia
Telefonia cellulare
Forni a microonde
Ponti radio
Emissioni radiotelevisive
Marconiterapia
Radioamatori
Saldatura e incollaggio
Riscaldamento a induzione
Basse frequenze
3 x 1015
FREQUENZE
OTTICHE
10-7
RADIAZIONI
IONIZZANTI
FREQUENZE NON OTTICHE
Hz
RADIAZIONI NON IONIZZANTI
Frequenza
Lunghezza d’onda
m
CAMPI
STATICI
Metal detector
Videoterminali
Magnetoterapia
Elettrodomestici
Linee elettriche
Linee telefoniche
RMN
Elettrolisi
0
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Effetti biologici ed effetti sanitari
•
•
•
•
I campi elettromagnetici interagiscono con la materia, costituita da particelle dotate
di carica elettrica, ed in particolare interagiscono con la materia costituente i
sistemi biologici quali cellule od organismi complessi come piante ed animali, e tra
gli animali l’uomo.
Modifiche dei sistemi biologici (effetti biologici) che a volte, se di entità tale da non
essere facilmente compensate dall’organismo, possono condurre ad una
condizione di danno per la salute (effetti sanitari).
Gli effetti sanitari possono essere conseguenza di esposizioni a livelli di campo che
possiamo ai fini pratici considerare alti, poiché non si tratta di esposizioni
facilmente riscontrabili negli ambienti di vita, né nella maggior parte degli ambienti
di lavoro.
Le esposizioni necessarie per l’instaurarsi di tale tipo di effetti sono generalmente
di breve durata e in questo senso si parla di effetti a breve termine, o acuti. Per gli
effetti sanitari esiste ed è stata stabilita una soglia di insorgenza e la gravità
dell’effetto può variare in funzione dell’intensità dell’esposizione.
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Effetti a bassa frequenza
•
•
I campi magnetici a bassa frequenza (fino a 10 MHz) provocano la
circolazione di correnti indotte all’interno del corpo.
L’intensità di queste correnti dipende dall’intensità del campo magnetico
esterno. Se sufficientemente elevate, queste correnti possono provocare
effetti sul sistema nervoso (stimolazione di nervi e muscoli, induzione di
lampi luminosi nel campo visivo, noti come magnetofosfeni), sul sistema
cardiovascolare (aritmie, fibrillazione, asistolia) o influenzare altri processi
biologici.
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Effetti biologici dei campi elettromagnetici a
radiofrequenza
•
•
•
Le sorgenti che emettono radiazioni a radiofrequenza (RF da 100 KHz
a 300 MHz) sono radiazioni non ionizzanti (NIR Non Ionizing Radiation),
come gran parte dell’ultravioletto, del visibile e dell’infrarosso.
Meccanismo più importante per l’assorbimento di energia a
radiofrequenza: polarizzazione per orientamento sui dipoli permanenti
già esistenti che, sottoposti all’azione del campo elettrico, tendono ad
allinearsi con il campo stesso.
Il rilascio di energia all’interno del corpo è quantificabile attraverso la
valutazione del tasso di assorbimento specifico SAR (Specific Absortion
Rate), che è il rapporto tra la potenza assorbita e la massa di tessuto
irradiato.
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SAR: Specific Absorption Rate (I)
•
•
SAR: grandezza dosimetrica ed indica la misura o la stima dell’energia a
RF e/o a microonde nell’unità di tempo e quindi della potenza depositata
in un soggetto irradiato.
SAR: legato al valore efficace dell’intensità del campo elettrico interno Ei
del punto di interesse tramite la:
SAR = $ " E i
2
1 !Wi
" =
" !Vi
#
#
– ΔWi è la potenza elettromagnetica assorbita in un volume
elementare ΔVi,
– σ è la conducibilità del mezzo considerato,
– ρ è la densità della materia in [Kg/m3] dell’elemento di volume ΔVi.
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SAR: Specific Absorption Rate (II)
•
•
•
SAR locale o specifico: tasso di energia trasferita ad un elemento
infinitesimale di volume del corpo, in un punto di esso, diviso per
la massa dell’elemento di volume.
– distribuzione locale della potenza elettromagnetica
– presenza di eventuali concentrazioni di energia (hot spots)
che possono essere fonti di rischio se hanno luogo in organi
particolarmente sensibili e/o scarsamente vascolarizzati.
SAR medio (SARm): potenza assorbita nell’unità di tempo
nell’intero volume V.
Se V corrisponde all’intero organismo il SARm fornisce un’idea
della quantità di calore immessa nel corpo dalla sollecitazione alla
quale è sottoposto il sistema termoregolatore.
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SAR: Specific Absorption Rate (III)
•
•
•
Il calore dissipato dall’organismo umano (metabolismo basale) è
dell’ordine di 1 o 2 W/Kg e sale a circa 4 W/Kg per un uomo che
cammina a passo veloce. Valori del SARm sull’intero corpo inferiori a
1 W/Kg non generano un carico eccessivo per il sistema di
termoregolazione.
Il SAR non dipende solo dalle dimensioni del corpo ma anche
dall’orientamento di questo rispetto al campo elettrico, al campo
magnetico e alla direzione di propagazione.
– Intervallo di frequenze in cui l’assorbimento è massimo (frequenza
di risonanza).
– La frequenza aumenta al diminuire delle dimensioni dell’oggetto
irradiato e, a parità di densità di potenza incidente, aumenta il
valore di picco di assorbimento.
Importanza del SAR di picco
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•
I valori dei limiti di esposizione sono basati sul SAR spaziale medio
– parametro significativo per la correlazione fra gli effetti biologici e
l’esposizione alle RF.
•
Effetto biologico: variazioni morfologiche o funzionali a carico di strutture
di livello superiore a quello molecolare
•
Gli effetti sull’organismo dovuti all’assorbimento di energia
elettromagnetica si possono distinguere in due categorie:
– effetti termici
– effetti non termici
•
Effetti biologici dovuti all’irradiazione a radiofrequenza sono stati
riscontrati per aumenti della temperatura locale (effetto termico) o del
corpo pari o superiore ad 1° C, che si ha in corrispondenza di valori di
SAR superiori a 1‑2 W/Kg.
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Criteri protezionistici e normativi (1/4)
•
•
Diverse organizzazioni internazionali hanno emanato normative per la
protezione della popolazione e dei lavoratori dai CEM:
– NRPB (National Radiological Protection Board)
– CENELEC (European Committee for Electrotechnical
Standardization)
– ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation
Protection)
– IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Le normative citate hanno molti aspetti in comune:
– sono basate sulla stessa letteratura scientifica considerando solo
effetti chiaramente documentati
– prevedono ampi margini di sicurezza rispetto ai livelli di soglia per
effetti potenzialmente nocivi.
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Criteri protezionistici e normativi (2/4)
•
•
La protezione dagli effetti termici, per i quali vi è danno certo, si attua
con la definizione di:
– Limiti primari o limiti di base legati agli effetti sanitari acuti ed
espressi per mezzo di grandezze dosimetriche, interne al corpo
umano.
– Limiti derivati o livelli di riferimento caratterizzati dalle grandezze
radiometriche, esterne al corpo umano, corrispondenti all'ambiente
in cui avviene l'esposizione. Vengono dedotti cautelativamente
ipotizzando le più sfavorevoli condizioni di esposizione.
I limiti derivati sono fissati rispetto a quelli primari in modo che, se i
valori di campo misurati in un ambiente non superano i primi,
sicuramente non verranno superati i secondi.
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Criteri protezionistici e normativi (3/4)
•
Il Consiglio dell’Unione Europea ha emanato una raccomandazione sulla
base di diverse considerazioni:
– tutti i cittadini dell’UE hanno diritto allo stesso livello di protezione
– l’esistenza di normative diverse crea confusione e sfiducia
– le normative dovrebbero essere basate sui migliori dati scientifici
– le normative dovrebbero prevedere limiti di base e livelli di riferimento
– le normative dovrebbero essere conformi alle raccomandazioni
dell’ICNIRP
•
In Italia le normative non contemplano le grandezze dosimetriche, ma solo
quelle radiometriche
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Criteri protezionistici e normativi (4/4)
•
La legge italiana fissa tre distinti livelli per le grandezze radiometriche:
– limiti di esposizione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico
considerati come valori di immissione, che non devono essere superati in
alcuna condizione di esposizione (20 V/m per il valore efficace del campo
elettrico);
– livelli di attenzione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico
considerati come valori di immissione che non devono essere superati negli
ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate.
Essi costituiscono misure di cautela ai fini della protezione da possibili effetti
a lungo termine (6 V/m per il valore efficace del campo elettrico);
– obiettivi di qualità: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico
considerati come valori di emissione degli impianti e delle apparecchiature,
da conseguire nel breve, medio e lungo periodo, anche attraverso l’uso di
tecnologie e metodi di risanamento disponibili, al fine di realizzare gli
obiettivi di cautela previsti, anche con riferimento alla protezione da possibili
effetti a lungo termine. Obiettivi di qualità sono: i criteri localizzativi, gli
standard urbanistici, le prescrizioni e le incentivazioni per l’utilizzo delle
migliori tecnologie disponibili, etc.
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Normativa internazionale limiti derivati
(protezione della popolazione)
Livelli ICNIRP 1998
aggiornamento per i campi statici 2009 e per le frequenze da 1 a 100 kHz nel 2010
Intervallo di
frequenza
0-1
1-8
8 - 25
25 - 800
0.8 - 3
3 - 150
0.15 - 1
1 - 10
10 - 400
0.4 - 2
2 – 300
Hz
Hz
Hz
Hz
kHz
kHz
MHz
MHz
MHz
GHz
GHz
Intensità del
campo elettrico
(V/m)
10000
10000
250/f
250/f
87
87
87/f 1/2
28
1.375f 1/2
61
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Intensità del
Induzione
campo
magnetica
magnetico (A/m)
(µT)
3.2 x 104
3.2 x 104/f 2
4000/f
4/f
5
5
0,73/f
0,73/f
0,073
0.0037f 1/2
0.16
4 x 104
4 x 104/f 2
5000/f
5/f
6,25
6,25
0.92/f
0.92/f
0.092
0.0046f 1/2
0.2
Densità di
potenza
dell'onda piana
equivalente
(W/m2)
2
f/200
10
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Normativa internazionale limiti derivati
(protezione della popolazione)
Normativa Europea – Raccomandazione 1999/519/CE
Intervallo di
frequenza
Intensità di
campo E (V/m)
Intensità di
campo H (A/m)
Campo
B (µT)
Densità di
potenza dell’onda
piana equivalente
Seq
0 - 1 Hz
1 - 8 Hz
8 - 25 Hz
0.025 – 0.8 kHz
0.8 - 3 kHz
3 - 150 kHz
0.15 - 1 MHz
1 - 10 MHz
10 - 400 MHz
400 – 2000 MHz
2 - 300 GHz
10000
10000
250/f
250/f
87
87
87/f 1/2
28
1.375f 1/2
61
3.2 · 104
3.2 · 104/f 2
4000/f
4/f
5
5
0.73/f
0.73/f
0.073
0.0037f 1/2
0.16
4 · 104
4 · 104/f 2
5000/f
5/f
6.25
6.25
0.92/f
0.92/f
0.092
0.0046f 1/2
0.20
2
f/200
10
 I limiti sono derivati dai livelli proposti dall’ICNIRP. Gli stati membri hanno facoltà
di imporre limiti più restrittivi (raccomandazione è un atto non vincolante a
disposizione di varie istituzioni. Le raccomandazioni sono normalmente dirette agli
Stati membri e contengono l'invito a conformarsi ad un certo comportamento).
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Leggi e normative nazionali
•
•
•
Legge 22 febbraio 2001, n. 36
– Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici
Decreti Attuativi 8 luglio 2003 (ELF e RF)
– Decreto attuativo relativo alla legge quadro
Decreto Legislativo 1 agosto 2003, n. 259
– Decreto legislativo recante il codice delle comunicazioni
elettroniche
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La legge quadro, 36/2001
•
•
•
•
Il quadro di riferimento italiano in materia di esposizione ai campi
elettromagnetici è regolato dalla legge n.36 del 22 febbraio 2001 “Legge quadro
sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed
elettromagnetici”, completata dai Decreti Attuativi, DPCM 8 luglio 2003.
Le disposizioni contenute nella “Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni
ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici” (n.36 del 2001) sono indirizzate
alla tutela della popolazione dalla esposizione a campi elettrici, magnetici ed
elettromagnetici, generati da qualsivoglia tipo di impianto che operi
nell’intervallo di frequenza 0 Hz ÷ 300 GHz e che emetta in ambiente esterno o
in ambiente interno; restano escluse le applicazioni mediche a pazienti esposti
intenzionalmente per motivi diagnostici o terapeutici.
La legge non si limita alla tutela della salute, ma individua anche misure per la
salvaguardia dell’ambiente e del paesaggio.
La legge fissa i compiti delle Regioni, delle Province e dei Comuni.
– I Comuni sono titolari delle funzioni autorizzative e rivestono un ruolo
fondamentale per gli aspetti di pianificazione territoriale e inserimento
urbanistico.
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Compiti delle Regioni in attuazione della L.36/2001
-
esercizio delle funzioni relative alla individuazione siti di trasmissione e all’autorizzazione
all’installazione degli impianti fissi per la telefonia mobile, impianti radioelettrici e impianti fissi per
radiodiffusione;
-
definizione delle modalità per il rilascio delle autorizzazioni alla installazione degli impianti di
competenza regionale;
-
realizzazione del catasto regionale in stretto coordinamento con quello nazionale;
-
concorso alla individuazione di strumenti e di azioni per il raggiungimento degli obiettivi di
qualità;
-
concorso all’approfondimento delle conoscenze scientifiche relative agli effetti sulla salute
derivanti dall’esposizione ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici;
-
definizione di criteri localizzativi, standard urbanistici, prescrizioni e incentivazioni per l’utilizzo
delle migliori tecnologie disponibili quali obiettivi di qualità
Le Regioni stabiliscono anche le competenze delle Province e dei Comuni tramite l’emanazione
di leggi regionali di recepimento delle norme nazionali
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Il decreto attuativo:DPCM dell’8 luglio 2003
•
•
Come previsto dalla Legge Quadro all’art.4 comma 2, lettera a), sono stati emanati
due distinti Decreti Attuativi (DPCM 8 luglio 2003), che fissano i limiti di esposizione,
i valori di attenzione, gli obiettivi di qualità rispettivamente per i campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici generati a diverse frequenze.
Limiti di esposizione:
–
•
Valori di attenzione:
–
•
Il decreto fissa come obiettivo di qualità il limite di 6 V/m, estendendone l’applicazione a
tutte le aree “intensamente frequentate”, che devono essere indicate dai Comuni.
Aggiornamento delle conoscenze
–
•
All’interno di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore giornaliere e loro
pertinenze esterne (esclusi lastrici solari) si assume il valore di attenzione pari a 6 V/m
(0.1 MHz < f < 300 GHz)
Obiettivi di qualità:
–
•
nel caso di esposizione a impianti che generano campi elettrici, magnetici ed
elettromagnetici con frequenza compresa tra 100 kHz e 300 GHz, non devono essere
superati i limiti di esposizione (0.1 < f < 3 MHz 60 V/m; 3 < f < 3000 MHz 20 V/m;
3 < f < 300 GHz 40 V/m)
Il decreto prevede la possibile revisione dei livelli sopra menzionati in conseguenza
dell’evolversi delle conoscenze scientifiche nei tre anni successivi alla sua entrata in vigore
Procedura di riduzione a conformità
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Valore efficace del campo elettrico
(V/m)
Confronto limiti di esposizione
Limiti di esposzione ICNIRP per la popolazione (V/m)
Limiti di esposizione ICNIRP per i lavoratori (V/m)
Limiti di esposizione Italia per la popolazione (V/m)
Vaori di attenzione Italia per la popolazione (V/m)
100000
10000
1000
100
10
1
1.E+00
1.E+02
1.E+04
1.E+06
1.E+08
1.E+10
1.E+12
Frequenza (Hz)
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Impianti di telecomunicazioni e impatto sanitario
•
•
•
Numero sempre maggiore di installazioni radio per sistemi di
telecomunicazioni ⇒ situazione di diffidenza da parte dell’opinione
pubblica riguardo ai presunti effetti nocivi delle onde elettromagnetiche.
Fino ad ora gli studi effettuati sia in vivo che in vitro riguardanti gli effetti
delle onde elettromagnetiche a bassa potenza sui tessuti umani non hanno
evidenziato nessun reale rischio.
È quindi di cruciale importanza sia per il mondo scientifico sia per
l'industria un’analisi dettagliata dell'effettivo livello di inquinamento
elettromagnetico emesso dalle diverse installazioni.
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Impianti fissi di radiocomunicazione (I)
•
•
Impianti televisivi e radio diffusivi
Collegamenti radio punto-punto
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Impianti fissi di radiocomunicazione (II)
•
•
Stazioni radiobase cellulari
Stazioni radiobase sistemi cordless
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Classificazione in base alla potenza
trasmessa e al tipo di antenna installata (I)
•
Installazioni outdoor
– impianti diffusivi audio e video
potenze elevate (ordine dei Kwatt e MegaWatt)
posizionati al di fuori dei centri abitati e su alture
– collegamenti radio punto-punto
antenne molto direttive con guadagni molto elevati
potenza in trasmissione bassa (alcuni Watt)
posizionati sui tetti delle abitazioni o su tralicci, in visibilità
– SRB per sistemi cellulari
potenze non elevate per rendere massima la strategia cellulare (da qualche
centinaio di mWatt a qualche decina di Watt)
coperture macrocellulari
coperture “samll cells”
coperture microcellulari
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Classificazione in base alla potenza
trasmessa e al tipo di antenna installata (II)
•
Installazioni indoor
– sistemi cordless e w-lan
potenze estremamente basse per coprire aree piccole (decina di mWatt)
antenne omnidirezionali
posizionate in zone accessibili alla popolazione
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Strumenti per la valutazione dei livelli di campo
•
Misure (a larga banda oppure selettive)
– errori dovuti al tipo di strumento
•
Modelli di previsione del campo elettromagnetico
– errori dovuti ai modelli di previsione e alla rappresentazione dell’ambiente
•
L’uso di modelli di previsione accurati consente di ridurre il numero di misure,
soprattutto in fase preventiva
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Il volume di rispetto (1/2)

Deve essere possibile individuare il volume di rispetto
– Il volume di rispetto è una opportuna geometria solida che racchiude
tutti i punti dello spazio nei quali la soglia stabilita per il livello di campo
(es. Elim = 6 V/m) viene superata.

Esistono diverse rappresentazioni geometriche del volume di rispetto:
–
–
–
Parallelepipedo
Cilindro
Coppia di cilindri
Rappresentazione del
volume di rispetto come
parallelepipedo
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Il volume di rispetto (2/2)
Rappresentazione del
volume di rispetto come
coppia di cilindri


La rappresentazione mediante una coppia di cilindri è più accurata
La rappresentazione mediante mediante un parallelepipedo è più
immediata, ma in alcuni casi fornisce una stima eccessivamente
conservativa
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Analisi dei livelli di campo
Piano orizzontale
35
14
Y
3 V/m
30
15
12
6 V/m
d3
d2
4
TX
2
0
d1
-10
TX
20 V/m
6 V/m
6
20 V/m
5
3 V/m
8
10
0
-15
Z
10
25
20
Piano vericale
-5
0
X
5
10
15
d4
20
-2
-20
-15
-10
-5
0
X
5
10
15
20
Il volume di rispetto, come definito, sovrastima l’area
effettiva in cui i limiti vengono superati
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