Procedure tecniche per le misure di l`inquinamento elettromagnetico

La misura dell’esposizione
umana ai campi
elettromagnetici
AGENDA
 Cosa è l’inquinamento elettromagnetico
 Effetti biologici dell’inquinamento
elettromagnetico
 Legislazione europea ed italiana
 Misurazioni di inquinamento elettromagnetico
Cosa si intende per elettrosmog ?
Definizione: L’inquinamento elettromagnetico è l’alterazione
dei valori del campo elettromagnetico naturale in una
determinata porzione del territorio
Sul nostro pianeta è da sempre presente un “fondo elettromagnetico
naturale” nel quale si sono sviluppate ed evolute le specie biologiche
Il fondo elettromagnetico naturale è rimasto pressochè immutato fino
all’avvento dell’era elettrica
Dall’inizio del secolo il fondo elettromagnetico nelle città ha avuto un
incremento superiore al milione di volte
L’inquinamento elettromagnetico è prodotto dai campi elettrici, dai campi
magnetici e dai campi elettromagnetici (artificiali)
Cosa sono i campi elettrici ?
Originano dalle forze presenti tra cariche elettriche (tensioni elettriche)
Cosa sono i campi magnetici ?
Originano dal moto di cariche elettriche (correnti elettriche)
Cosa sono i campi elettromagnetici ?
Originano dall’accelerazione di cariche elettriche nello spazio
Sorgenti di campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici
…ogni sistema elettrico o elettronico:
1) Elettrodomestici;
2) Impianti elettrici;
3) Telefonini cellulari e cordless;
4) Impianti per telefonia cellulare;
5) Impianti per trasmissioni radio;
6) Impianti per trasmissioni televisive;
7) Sistemi di distribuzione dell’energia elettrica;
8) Sistemi di trasporto elettrici.
…la pervasività delle tecnologie elettriche ed elettroniche è
ormai irreversibile ed in continua espansione !!!!
Emissioni intenzionali
Sistemi di telecomunicazioni
Stazioni TV, radio, telefonia cellulare
Sistemi satellitari
Sistemi di rilevamento
elettromagnetico
RADAR, Telerilevamento
Varchi magnetici ed elettromagnetici
Sistemi di rilevamento di movimento e velocità a microonde
Altro …
Saldatrici elettriche,
forni a microonde
ipertermia terapeutica RF e MW
Emissioni non intenzionali
Trasporto energia elettrica
Elettrodotti
Cabine di
trasformazione
Dispositivi con motori elettrici
Elettrotreni
lavatrici, asciugacapelli, trapani, frese
Dispositivi elettronici
Lettori di compact disk, calcolatori,
televisioni, elettronica nelle auto,
alimentatori
Come interagiscono i campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici con i sistemi
biologici?
Hanno la proprietà di penetrare all’interno dei materiali biologici:
Campo elettrico
Campo elettrico
Radiazioni
Campo
elettrico
ionizzanti
(>300GHz)
Radiazioni NON
ionizzanti
(<300GHz)
Radiazioni non ionizzanti
Radiazioni ionizzanti
….IN SINTESI…
Gli effetti dell’interazione dipendono da alcuni aspetti tecnico
tecnico--fisici e
medico--biologici
medico
biologici::
1) Intensità dei campi;
2) Frequenza dei campi
3) Distanza dalle sorgenti;
4) Durata dell’esposizione.
Effetti biologici dei campi
L’effetto biologico è soltanto un effetto cioè la risposta
dell’organismo ad uno stimolo indotto, nella fattispecie, dai
campi elettrici, magnetici o elettromagnetici
“Effetto biologico” NON è sinonimo di “danno”
L’effetto biologico può essere positivo oppure negativo in
rapporto ai parametri di esposizione
Un effetto biologico negativo può provocare reazioni dannose
a carattere reversibile o, in casi estremi, danni irreversibili
Effetti biologici dei campi a bassa
frequenza (<10kHz)
L’esposizione a campi elettrici e
magnetici provoca l’insorgere di correnti
elettriche all’interno del corpo umano,
responsabili della stimolazione non voluta
di diversi organi (cuore, polmoni,
apparato visivo).
Gli effetti biologici maggiori sono provocati dai campi magnetici a 50 Hz che
sono quindi osservati con attenzione maggiore.
EFFETTI A BREVE TERMINE
Campi elettrici di valore elevato provocano la vibrazione dei peli ed altri effetti
sulla pelle
Campi magnetici di valore elevato possono provocare alcuni disturbi di tipo visivo
Effetti biologici dei campi a bassa
frequenza (<10kHz)
Review of the Epidemiologic Literature on EMF and Health (2001)
ICNIRP (International Commission for Non-Ionizing Radiation
Protection)
1) La stima dell’esposizione è materia ardua poichè l’esposizione è
impercettibile, sempre presente, le sorgenti sono molteplici e può variare
molto nel tempo e a piccole distanze;
2) In assenza di evidenza sperimentale e date le incertezza metodologiche
nella letteratura epidemiologica non ci sono malattie croniche per le quali
possa essere stabilita una relazione con le emissioni “inquinanti”;
3) Gli unici risultati che hanno portato ad una maggiore evidenza riportano una
associazione tra esposizione post-natale a campi magnetici maggiori di 0.4µT
e leucemie infantili…tuttavia l’ICNIRP ritiene che il campione non sia
sufficientemente rappresentativo.
Effetti biologici dei campi ad alta
frequenza (10kHz<300GHz)
L’esposizione a campi elettromagnetici provoca lo sviluppo di calore
Tale fenomeno è quantificato mediante un parametro, il tasso di assorbimento
specifico (SAR, Specific Absorption Rate) che definisce il tasso di potenza,
espresso in watt per kilogrammo, deposto nell’unità di massa del sistema
esposto
EFFETTI A BREVE TERMINE
Campi elettromagnetici ad elevata frequenza (400-2000MHz) provocano
riscaldamenti localizzati (punti caldi)
Impulsi di frequenza superiore a 300MHz e durata <30μs possono provocare
effetti acustici simili al ronzio
Effetti biologici dei campi ad alta
frequenza (10kHz<300GHz)
Epidemiology of Health Effects of Radiofrequency Exposure (2004)
ICNIRP (International Commission for Non-Ionizing Radiation
Protection)
La maggiorparte degli studi sono stati rivolti verso:
1) La verifica dell’insorgere di cancro, disturbi cardiovascolari, infertilità,
cataratta, a causa di esposizione a campi elettromagnetici a RF;
2) La verifica dell’insorgere di leucemie a causa di esposizione a campi
prodotti da trasmettitori radio e TV;
3) La verifica dell’insorgere di tumori al cervello causati dall’uso del cellulare
Il principale risultato è che non esiste un legame consistente e convincente
tra esposizione a campi elettromagnetici a RF e effetti sulla salute
Effetti biologici dei campi
campi…
…
SINTESI…
La maggior parte degli esperimenti hanno mostrato che sia i campi a
bassa frequenza (elettrodotti) che quelli ad alta frequenza (telefonia,
radio, TV) non provocano alterazioni del DNA
Attualmente è impossibile trarre conclusioni definitive sul possibile
coinvolgimento dei campi elettromagnetici nel processo tumorale
Nonostante il gran numero di ricerche svolte, le indicazioni che
complessivamente si possono ricavare sono ancora troppo
frammentarie, contraddittorie e inconsistenti
In gergo medico si può affermare che riguardo all’esposizione alle
radiazioni nel campo (0-300GHz) sussiste un’inadeguata evidenza di
cancerogenicità
2010
http://www.icnirp.de/
2011
http://www.icnirp.de/
http://www.iarc.fr/
2011
http://www.icnirp.de/
2011
2011
Wireless phones “=“ coffee !!!!
Alcuni articoli di recente attualità
Alcuni articoli di recente attualità
Il telefono cellulare è rischioso per la salute?
28 anni dopo l’invenzione di Martin Cooper il
telefonino ha raggiunto cinque miliardi di persone. A
questa impressionante penetrazione nel sistema dei
consumi è corrisposto un adeguato interessamento
delle autorità sanitarie e dei governi per indagare gli
eventuali effetti dannosi sulla salute?
Per la prima volta, quest’anno, l’organizzazione
mondiale della sanità ha classificato le microonde
emesse dal cellulare come “possibili cancerogene”.
Dietro questa classificazione ci sono stati colpi di
scena e conflitti di interesse dei ricercatori coinvolti.
L’inchiesta di Sabrina Giannini svela i retroscena
della scienza finanziata, prevalentemente, dalle
industrie del settore.
http://www.report.rai.it/
Alcuni articoli di recente attualità
http://www.repubblica.it
In attesa di risultati più concreti, cosa si
fa?...
In presenza di incertezze scientifiche si adottano
le cosiddette “politiche cautelative” !!
La Comunità Europea e l’Organizzazione Mondiale della Sanità adottano il
“principio di precauzione”
Il “principio di precauzione” è una politica di gestione del rischio che viene
applicata in circostanze caratterizzate da un alto grado di incertezza
scientifica, riflette la necessità di intervenire nei confronti di un rischio
potenzialemente grave senza attendere i risultati della ricerca scientifica
Introduzione di limiti massimi di esposizione ai campi elettromagnetici
(includendo degli opportuni margini di sicurezza)
LINEE GUIDA ICNIRP
L’esposizione del pubblico ai campi elettromagnetici è regolamentata da
una varietà di norme, volontarie o di legge…
…tuttavia…
L’ICNIRP (Commissione Internazionale per la Protezione dalle
Radiazioni Non Ionizzanti) è il riferimento mondiale nella definizione
delle linee guida (1998).
Le linee guida emanate dall’ICNIRP sono state predisposte in modo da
evitare qualsiasi tipo di danno noto, sia a breve che a lungo termine,
provocato dall’esposizione
Nei limiti suggeriti dall’ICNIRP è incorporato un ampio margine di
sicurezza
LINEE GUIDA ICNIRP
LIMITI DI BASE
Valori delle grandezze elettriche interne al corpo umano (campo
elettrico, densità di corrente, ecc.) da non superare in qualsiasi
condizione. Tale valore include fattori di sicurezza per la protezione dei
tessuti del sistema nervoso centrale nella testa e nel torace, dagli
effetti gravi da esposizione acuta
Le grandezze interne all’organismo non sono facilmente misurabili
LIVELLI DI RIFERIMENTO
Valori di grandezze misurabili (valori efficaci di campo elettrico e
magnetico) derivati dai limiti di base, ai quali, con un accettabile fattore
di sicurezza, una persona può essere esposta senza effetto a breve
termine dannoso
Le grandezze esterne all’organismo sono facilmente misurabili
EMANAZIONI EUROPEE
La Commissione Direzione Generale della Salute ha elaborato una
raccomandazione per gli Stati membri sul tema dell’esposizione ai campi
elettromagnetici
“Raccomandazione del Consiglio del 12 luglio 1999, relativa alla limitazione
dell’esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici da 0 Hz a 300 GHz”
(pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee n. L199/59 del 30
luglio 1999)
LIMITI DI BASE
LIVELLI DI RIFERIMENTO
EMANAZIONI EUROPEE
…per la 50 Hz
ICNIRP (1998)
Soglia per effetti biologici
100 mA m-2
Limiti di base: Lavoratori
10 mA m-2
Livello di riferimento
Livello di riferimento
10 kV m-1
500 µT
Limiti di base: Pubblico
2 mA m-2
Livello di riferimento
5 kV m-1
EU (1999)
Livello di riferimento
100 µT
EMANAZIONI EUROPEE
EMANAZIONI EUROPEE
Lo scenario legislativo italiano
Si è giunti ad un disegno di legge presentato nell’aprile 1998, diventato poi
Legge dello Stato, 22 febbraio 2001, n. 36 “Legge quadro sulla protezione
dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici” (pubblicata
sulla Gazzetta Ufficiale n. 55 del 7 marzo 2001).
il limite di esposizione è il valore di campo elettrico, magnetico ed
elettromagnetico definito ai fini di tutela della salute da effetti acuti, che
non deve essere superato in alcuna condizione di esposizione della popolazione
e dei lavoratori
il valore di attenzione è il valore di campo che non deve essere superato negli
ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate;
costituisce misura di cautela ai fini della protezione da possibili effetti a
lungo temine e deve essere raggiunto nei tempi e nei modi previsti dalla legge
gli obiettivi di qualità
fissati con lo scopo di minimizzare progressivamente l’esposizione ai campi
elettrici, magnetici ed elettromagnetici e si riferiscono alla progettazione e
all’installazione di nuovi elettrodotti (nel caso della 50 Hz) ed impianti per
telecomunicazioni (nel caso delle alte frequenze) in corrispondenza di aree
gioco per l'infanzia, di ambienti abitativi, di ambienti scolastici e di luoghi
adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore
DPCM 8 luglio 2003
I limiti di esposizione vengono definiti nei due decreti attuativi
D.P.C.M. dell’8 luglio 2003 e pubblicati sulla G.U. n. 200 del 29-8-2003:
100 kHz – 300 GHz
50 Hz
Limiti di campo elettromagnetico (valori efficaci)
LIMITE DI ESPOSIZIONE
VALORE DI
ATTENZIONE
OBIETTIVO DI
QUALITA’
CAMPO
ELETTRICO
5 kV/m
-
-
INDUZIONE
MAGNETICA
100 μT
10 μT
3 μT
0,1–3 MHz
3–3000 MHz
3–300 GHz
CAMPO
ELETTRICO
60 V/m
20 V/m
40 V/m
6 V/m
6 V/m
CAMPO
MAGNETICO
0,2 A/m
0,05 A/m
0,01* A/m
0,016 A/m
0,016 A/m
DENSITA’ DI
POTENZA
-
1 W/m
2
4 W/m
2
2
0,1 W/m
(3MHz-300GHz)
2
0,1 W/m
(3MHz-300GHz)
DPCM 8 luglio 2003 – Bassa frequenza
 con riferimento alle definizioni ex legge 36/01, nel termine
"elettrodotto" ricadono le linee elettriche, le sottostazioni
elettriche e tutte le cabine di trasformazione, incluse quelle
MT/BT
 il decreto stabilisce che a tutela dalle esposizioni a campi di
frequenze comprese tra 0 e 100 kHz dovute a sorgenti non
riconducibili agli elettrodotti si applica la raccomandazione del
Consiglio dell'Unione Europea del 12/7/1999
DPCM 8 luglio 2003 – Alta frequenza
o tutte le restrizioni sono da intendersi come medie su un’area
equivalente del corpo umano e su qualsiasi intervallo di sei minuti
o il decreto stabilisce l'applicazione della raccomandazione del
Consiglio UE in relazione alle esposizioni a campi di frequenze
comprese tra 100 kHz e 300 GHz, dovute a sorgenti non
riconducibili agli impianti fissi delle telecomunicazioni
La direttiva Europea 2004/40/CE
 Il 30 Aprile 2008 è entrato in vigore il decreto legislativo 257/07 che
ha recepito la direttiva 2004/40/CE relativa alla protezione dei
lavoratori dall’esposizione ai campi elettromagnetici a bassa ed alta
frequenza (0 - 300 GHz).
 I lavoratori esposti a tale rischio sono i lavoratori che operano nel
settore industriale ed elettromedicale, ma genericamente anche dei
lavoratori che si occupano della manutenzione di impianti quali antenne
per le telecomunicazioni o elettrodotti.
Valori di azione previsti dalla direttiva
2004/40/CE
il limite di esposizione è il valore di campo
elettrico, magnetico ed elettromagnetico definito
ai fini di tutela della salute da effetti acuti, che
non deve essere superato in alcuna condizione di
esposizione dei lavoratori
il valore di azione è il valore di campo (elettrico,
magnetico o elettromagnetico) direttamente
misurabile che non deve essere superato per
garantire di soddisfare il limite di esposizione
Valori di azione previsti dalla direttiva
2004/40/CE
Frequenza
E (V/m)
B (μT)
0 – 1Hz
2∙105
1 – 8Hz
2∙105/f2
8 – 25Hz
2.5∙104/f
0.025 – 0.82kHz
25/f
0.82 – 2.5kHz
30.7
2.5 – 65kHz
30.7
65 – 100kHz
2000/f
10 – 110MHz
61
La direttiva Europea 2008/46/CE
 Il 23 Aprile 2008 è stata emanata una nuova Direttiva (2008/46/CE)
che di fatto posticipa al 2012 l’applicazione dei valori di azione indicati
nella Direttiva 2004/40/CE.
MOTIVAZIONE ????
Molte attività (di diagnostica
medica e industriali) forse
Risonanza magnetica nucleare
sarebbero state “bloccate”
Saldatrici ad arco
…alcuni esempi
ELETTRODOTTO
MEDIA
TENSIONE (50Hz)
LIMITE DI ESPOSIZIONE:
B=100µT (a 50Hz)
VALORE DI ATTENZIONE:
B=10µT (a 50Hz)
OBIETTIVO di QUALITA’ :
B=3µT (a 50Hz)
…alcuni esempi
Stazione Radio
Base GSM
LIMITE DI ESPOSIZIONE:
E=20 V/m
VALORE DI ATTENZIONE:
E=6V/m
OBIETTIVO di QUALITA’ :
E=6V/m
…alcuni esempi
A: Spina non allacciata: solo campo
elettrico generato dalla presa sotto
tensione
A
B: Spina collegata ma interruttore
spento; il campo elettrico si
estende fino alla lampada
B
C: Interruttore acceso; il passaggio
di corrente necessario per
l’accensione della lampadina genera
il campo magnetico
C
VALORI INDICATIVI DI CAMPI MAGNETICI
GENERATI DA ELETTRODOMESTICI
Distanze
LIMITE DI ESPOSIZIONE:
B=100µT (a 50Hz)
A ridosso
10 cm
20 cm
30 cm
Asciugacapelli
40 ÷ 100 µT
40 µT
5 µT
1.5 µT
Aspiratore
2 ÷ 235 µT
20 µT
7 µT
3 µT
Frullatore
50 ÷ 230 µT
14 µT
3.5 µT
1.5 µT
Ventilatore
30 ÷ 50 µT
2.9 µT
0.4 µT
0.15 µT
60 µT
3.8 µT
0.85 µT
0.27 µT
OBIETTIVO di QUALITA’ :
50 ÷ 1300
µT
1.5 µT
1 µT
0.25 µT
B=3µT (a 50Hz)
Lampada ad
incandescenza
Rasoio
VALORE DI ATTENZIONE:
B=10µT (a 50Hz)
Il monitoraggio dell’inquinamento
elettromagnetico
E’ necessario verificare che i livelli di campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici siano inferiori ai limiti
applicabili !!
Le tecniche di misura da adottare per la valutazione dei campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici, sono quelle indicate nelle norme CEI che
recepiscono con modifiche alcune norme internazionali IEC, IEEE e CENELEC
CEI 211-6: “Guida per la misura e la valutazione dei campi elettrici e magnetici
nell’intervallo di frequenza 0 Hz - 10 kHz, con riferimento all’esposizione
umana” (2001)
CEI 211–7: “Guida per la misura e la valutazione dei campi elettromagnetici
nell’intervallo di frequenza 10 kHz –300 GHz, con riferimento all’esposizione
umana” (2001)
La strumentazione di misura
Catene di misura a banda
larga
Misura complessiva del campo
misurato!!!!!
Quale è la sorgente responsabile
dell’inquinamento ?????
La strumentazione di misura
Catene di misura a banda stretta
Consentono di individuare i contributi dovuti alle singole sorgenti!!!
Il monitoraggio dell’inquinamento
elettromagnetico
La strumentazione da impiegare per le misure deve essere
conforme alle guide CEI 211-6 e CEI 211-7
Devono essere disponibili i certificati di taratura della
strumentazione
Le procedure di misura sono piuttosto complicate e
richiedono tempo, personale esperto e qualificato
Le procedure di misura vanno continuamente perfezionate
sulla base dei risultati prodotti dai ricercatori del settore e
delle caratteristiche delle sorgenti “moderne”
Le grandezze da misurare per il monitoraggio
dell’elettrosmog
E = Valore efficace del campo elettrico (V/m)
B = Valore efficace dell’induzione magnetica (T)
0-10 kHz: E, B
10 kHz-300 GHz: E, H
H = Valore efficace del campo magnetico (A/m)
In generale devono essere separatamente
misurati le componenti dei campi per ogni
asse (x,y,z):
z
x
y
E  Ex2  E y2  Ez2
B  Bx2  By2  Bz2
H  H x2  H y2  H z2
Alcune definizioni fondamentali
Definita la lunghezza d’onda λ:
c

f
3·108 m/s
frequenza della sorgente
inquinante
D = massima distanza misurabile tra due punti della sorgente
R = distanza a cui si esegue la misura
R  max(  ,
2D2

)
Regione di campo lontano
Si può scegliere di misurare il campo elettrico o quello magnetico perché sono
legati da una relazione matematica che li rende correlati
Alcune definizioni fondamentali
R  max(  ,
2D2

)
Regione di campo vicino
E’ necessario misurare separatamente ed entrambi il campo elettrico ed il campo
magnetico (o l’induzione magnetica)
ALCUNI ESEMPI…
Quando f = 50Hz (bassa frequenza) si ha che λ = 6000km, quindi si è sempre in zona vicina
e vanno misurati separatamente il campo elettrico e quello magnetico (o l’induzione
magnetica)
Quando f = 900MHz (alta frequenza) si ha che λ = 33cm, quindi praticamente qualsiasi punto
di misura si trova sempre in zona lontana. Di conseguenza può essere misurato solo il
campo elettrico o solo quello magnetico
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE E DELLE TECNICHE DI MISURA
1) Tipologia e eventuale molteplicità delle sorgenti;
2) Caratteristiche del campo emesso dalla/e sorgente/i (frequenza, livelli, tipo
di modulazione, polarizzazione);
3) Caratteristiche del campo nel punto di misura (variabilità spaziale, campo
vicino o lontano);
4) Obiettivo delle misure (sorveglianza, indagine sistematica, analisi
puntuale, interventi di bonifica);
5) Necessità di misure a banda stretta in relazione alla presenza
contemporanea in molte aree di misura di sorgenti a frequenze diverse.
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
CARATTERISTICHE GENERALI DELLA STRUMENTAZIONE
I componenti base di uno strumento sono:
1)
Sonda per la rilevazione del campo
2)
Unità di lettura ed elaborazione
3)
Cavi di collegamento
non devono perturbare in modo
significativo il campo presente sul sensore
non devono accoppiarsi all’energia
proveniente dal campo per non riportare il
segnale direttamente ai circuiti e ai
componenti dell’unità di lettura
l’adozione di cavi in fibra ottica riduce
drasticamente i problemi di accoppiamento
SONDA
devono trasformare
l’informazione
proveniente dalla sonda
in una delle grandezze
derivate e fornire
l’indicazione della
grandezza in esame in
termini quantitativi
CAVO
UNITA’ DI
LETTURA
ELABORAZIONE
rispondere
a
un
solo
parametro (es. rispondere a
un campo elettrico E , senza
risposte spurie al campo
magnetico H)
avere dimensioni tali da non
perturbare sensibilmente la
misura (dimensioni minori di
λ/10 alla massima frequenza
di applicazione)
isotropica o direttiva
avere comportamento noto in
funzione delle variazioni dei
parametri ambientali
avere un’incertezza associata
alla misura nota
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
CARATTERISTICHE METROLOGICHE DELLA STRUMENTAZIONE
E
SONDA
CAVO
UNITA’ DI
LETTURA
ELABORAZIONE
1) Banda di frequenze analizzabile
2) Massimo valore misurabile
3) Livelli di sovraccarico
4) Sensibilità
5) Stabilità
6) Risposta ai segnali modulati
7) Risposta ai campi pulsati
8) Risposte fuori banda
9) Incertezza di misura
X = f (sonda, cavo, analizzatore, E)
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
MISURE A BANDA LARGA
Contenuto
frequenziale del
segnale
Viene misurato un valore
complessivo (f1, f2, f3, f4)
FILTRO
f1 f2
f3 f4
f5
f [Hz]
f1 f2
f3 f4
Filtro a banda larga
fissa e non
sintonizzabile
Qualora venga superato un limite, con misure a banda larga non è possibile
individuare la sorgente più inquinante
f [Hz]
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
MISURE A BANDA STRETTA
Contenuto
frequenziale del
segnale
Viene misurata solo la componente
alla frequenza selezionata (f1)
FILTRO
f1 f2
f3 f4
f5
f [Hz]
f1
Filtro a banda variabile
e sintonizzabile
Se si vuole individuare la sorgente inquinante è necessario effettuare misure
selettive in frequenza (misure a banda stretta)
f [Hz]
Metodi e strumenti per le misure di inquinamento
elettromagnetico
STRUMENTI A BANDA LARGA
VANTAGGI
Manegevolezza
Semplici da usare
STRUMENTI A BANDA STRETTA
VANTAGGI
Possibilità di individuare i
contributi dovuti alle singole
sorgenti inquinanti
Trasportabilità
Costi
SVANTAGGI
Mancanza di selettività in frequenza
SVANTAGGI
Minore manegevolezza
Impossibilità di individuare la
posizione delle sorgenti
Maggiore intervento dell’operatore
per la corretta impostazione degli
strumenti di misura
Delicatezza della sonda
Costi
Misure di inquinamento elettromagnetico a bassa
frequenza (0-10kHz)
MISURATORE DI CAMPO ELETTRICO
Sonda (spesso è triassiale e consente la
misura del campo elettrico lungo tre
direzioni ortogonali)
z
x
Unità di elaborazione
(elabora il segnale
proveniente dalla
sonda, estraendone il
valore efficace)
Cavo in fibra ottica
y
Il tipo di misuratore più usato è
quello in cui la sonda ha gli
elettrodi isolati da terra
E
Principio di funzionamento
I
I=
dQ
dt
La corrente “I” è proporzionale alla
carica indotta da E
In commercio sono presenti
strumenti che consentono sia
misure a banda larga che a
banda stretta
Misure di inquinamento elettromagnetico a bassa
frequenza (0-10kHz)
MISURATORE DI CAMPO MAGNETICO
Sonda (spesso è triassiale e consente la
misura del campo magnetico lungo tre
direzioni ortogonali)
z
x
y
Cavo in fibra ottica
Unità di elaborazione
(elabora il segnale
proveniente dalla
sonda, estraendone il
valore efficace)
Il tipo sonda più
usato è quello a
bobina
V
B
Principio di funzionamento
df
V=
dt
La tensione “V” è proporzionale al
flusso indotto da B
In commercio sono
presenti strumenti che
consentono sia misure
a banda larga che a
banda stretta
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
MISURATORI A BANDA LARGA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO
Sonda
(E o H)
Misuratori diretti (dipoli) dei parametri del campo E o H
oppure misuratori della temperatura (termocoppie,
bolometri)
La sonda è direttamente connessa all’unità di elaborazione
(non sono visibili cavi di collegamento)
Esistono sonde di campo elettrico o di campo magnetico
(solitamente isotropiche) per varie bande di frequenza
Unità di
elaborazione
Se le misure si effettuano nella regione di campo lontano si
può effettuare solo la misura di campo elettrico o di campo
magnetico
Ciascuna sonda è caratterizzata dal suo campo di impiego
in termini di range di frequenza, ampiezza massima
misurabile, sensibilità, incertezza
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
MISURATORI A BANDA STRETTA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO
Le misure a banda larga (coprono un ampio range di frequenza), sono sufficienti
solo se non è superata una certa percentuale (75%) del minimo dei livelli massimi di
riferimento consentiti
Se si vuole individuare la sorgente inquinante si ricorre a strumenti più costosi e
complessi effettuando misure a banda stretta:
Analizzatore di
spettro
portatile
Cavo di
collegamento
Antenna di
misura
E = Misura analizzatore di spettro + Attenuazione cavo + Fattore di antenna
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
MISURATORI A BANDA STRETTA DI CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO
E’ necessario scegliere la combinazione analizzatore di spettro - antenna più
appropriata alle specifiche esigenze
ANALIZZATORE DI
SPETTRO
ANTENNA DI
MISURA
1) banda di frequenza analizzabile
1) banda di frequenza analizzabile
2) regolazioni fini del campo di frequenza
da analizzare
2) impedenza di ingresso
3) possibilità di selezione del RBW
(Resolution Bandwidth) e VBW (Video
Bandwidth)
4) dinamica in ingresso
3) polarizzazione
5) ROS (rapporto d’onda stazionaria)
4) dinamica in ingresso
6) errore di isotropicità
5) Accuracy
7) linearità
6) capacità di post-elaborare i dati acquisiti
per fornire delle misure e memorizzarle
8) diagramma di radiazione
7) opzioni di interfacciamento dello
strumento con un PC
9) ingombro e peso
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
L’antenna utilizzata gioca un ruolo fondamentale:
1) E’ necessario conoscere in dettaglio le caratteristiche dell’antenna
soprattutto in termini di diagramma di radiazione e fattore di antenna;
2) Se l’antenna è direttiva, la misura complessiva del campo richiede misure
lungo ciascuna delle tre direzioni (x,y,z)
3) Se l’antenna è direttiva, la misura delle tre componenti (x,y,z) non può
essere eseguita contemporaneamente (la misura complessiva del valore
efficace sarà attendibile solo se le sorgenti inquinanti hanno
caratteristiche pressoché costanti nel tempo)
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
… ma anche la configurazione dell’analizzatore di spettro
è determinante!
Tipo di
sorgente
Resolution
Bandwidth
Video
Bandwidth
Span di
analisi
Sweep
time
Radio FM
30 kHz
30 kHz
5 MHz
50 ms
Radio AM
10 kHz
10 kHz
200 kHz
5s
TV video
1 MHz
300 kHz
9 MHz
50 ms
TV audio
30 kHz
30 kHz
9 MHz
50 ms
TACS
30 kHz
30 kHz
5 MHz
50–100 ms
GSM
≥100 kHz
≥100 kHz
5–10 MHz
50–100 ms
Misure di inquinamento elettromagnetico ad alta frequenza
(10kHz-300GHz)
… metodi e strumenti di misura ancora non consolidati
per le sorgenti “moderne”
Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T)
Digital Video Broadcasting Handheld (DVB-H)
UMTS
WiFi
BlueTooth
WiMax
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
Eseguire delle misure di inquinamento elettromagnetico richiede una
procedura sequenziale piuttosto articolata:
I.
Analisi preliminare dell’area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili e di calcoli e
misure orientative
II.
Scelta della catena strumentale più idonea, che permetta di ottenere risultati di misura in linea con
l’obiettivo prefissato
III.
Installazione del sistema di misura seguendo le prescrizioni che permettano di minimizzare gli errori
e le incertezze di misura
IV.
Verifica in campo dell’installazione e dei singoli componenti del sistema di misura
V.
Esecuzione delle misure, seguendo protocolli che permettano di ottenere una serie di risultati
statisticamente sufficienti alla caratterizzazione elettromagnetica temporale e spaziale dell’area in
esame
VI.
Elaborazione e valutazione dei risultati tenendo in conto l’incertezza di misura dovuta alla
strumentazione, al metodo e a fattori esterni perturbativi
VII.
Rapporto di prova
Ciascun passo della procedura di misura richiede particolare attenzione al fine di
evitare risultati poco affidabili e soprattutto non caratterizzabili da una corretta
valutazione dell’incertezza di misura !!!
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
I. Analisi preliminare dell’area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili
e di calcoli e misure orientative
ELETTRODOTTO (50Hz)
STAZIONE RADIO
BASE (GSM)
TRASMETTITORI
RADIO E TV
Determinare: grandezze da misurare (E, e/o B o
H), quando (in quali ore della giornata), dove (in
quali zone), come (che strumenti utilizzare)
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento elettromagnetico
I. Analisi preliminare dell’area da esaminare, sulla base delle informazioni disponibili
e di calcoli e misure orientative
Non uniformità spaziale del campo misurato
I misuratori di campo elettrico e magnetico sono tarati in condizioni di campo uniforme
Per non introdurre cause di incertezza dovute alla non uniformità spaziale del campo si devono realizzare più
misure distribuite nello spazio sotto esame, variando anche l’altezza della sonda (1m, 1.5m, 1.9m)
Variabilità temporale del campo misurato
CAMPI ELETTRICI
I campi elettrici dipendono dalla tensione e possono ritenersi praticamente costanti durante la giornata
(variazioni inferiori al 5%)
Possono contribuire alla variabilità del campo elettrico gli effetti di schermatura dovuti ai materiali di
costruzione, che possono dipendere dalle condizioni atmosferiche
Variazioni di campo elettrico a breve termine si possono verificare se vicino al luogo di misura vi sono
oggetti conduttori in movimento
CAMPI MAGNETICI
I campi magnetici sono generati dal passaggio di corrente che può essere molto variabile nel tempo.
Pertanto sono richieste registrazioni prolungate nel tempo o comunque nelle ore della giornata
caratterizzate da correnti elettriche di intensità maggiore
I campi magnetici sono poco dipendenti da schermature e oggetti metallici
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
II. Scelta della catena strumentale più idonea, che permetta di ottenere risultati di
misura in linea con l’obiettivo prefissato
Determinare: portata degli strumenti da utilizzare, sensibilità e risoluzione, banda
della sonda e del misuratore, misure a banda larga o a a banda stretta
Rivelatore
Sonda
Sonda
(E o H)
z
x
Cavo in fibra ottica
y
1)
2)
Rivelatore
Analizzatore
di spettro
portatile
Antenna di
misura
3)
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
III. Installazione del sistema di misura seguendo le prescrizioni che permettano di
minimizzare gli errori e le incertezze di misura
Determinare: La configurazione della strumentazione, posizione dell’operatore,
posizione della sonda e dello strumento misuratore, tipo di collegamento tra
strumento e sonda
Sonda E o H (alta frequenza)
Rivelatore
>3m
Sonda E o H
(bassa
frequenza)
1m
Cavo in fibra
>3m
Operatore
Rivelatore
1m
Operatore
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
IV. Verifica in campo dell’installazione e dei singoli componenti del sistema di misura
Verifiche: prove funzionali dello strumento, utilizzando sonde isotrope la lettura deve
essere indipendente dall’orientamento della sonda rispetto alla sorgente, effetti di
captazione dei cavi variandone la posizione rispetto alla sonda
V. Esecuzione delle misure, seguendo protocolli che permettano di ottenere una serie
di risultati statisticamente sufficienti alla caratterizzazione elettromagnetica temporale e
spaziale dell’area in esame
E’ necessario che: le misure di intensità di campo siano effettuate negli spazi
accessibili ai soggetti potenzialmente esposti, all’interno di queste aree si eseguano
un numero di misure statisticamente significativo in più punti ed in diversi momenti
Procedure tecniche per le misure di l’inquinamento
elettromagnetico
VI. Elaborazione e valutazione dei risultati tenendo in conto l’incertezza di misura
dovuta alla strumentazione, al metodo e a fattori esterni perturbativi
E’ necessario: calcolare alcuni parametri sintetici (medie e deviazioni standard),
interpretando correttamente le informazioni disponibili sulla strumentazione e relativi
certificati di taratura valutare l’incertezza di misura, individuare altre cause che
possono contribuire all’ incertezza di misura (presenza di oggetti perturbatori, ecc.)
VII. Rapporto di prova
E’ necessario: descrivere la procedura di misura, la strumentazione impiegata,
fornendo le relative caratteristiche metrologiche in modo da rendere qualificabili i
risultati delle misurazioni in relazione alle incertezze di misura e riferibilità
INCERTEZZA DI MISURA NELLE MISURE DI
INQUINAMENTO ELETTROMAGNETICO
Le cause di incertezza sono legate a:
1)
Caratteristiche metrologiche della strumentazione (sonde, cavi di
collegamento, rivelatori);
2)
Taratura;
3)
Tipologia della sorgente;
4)
Luogo in cui si effettua la misura;
5)
Procedura di misura adottata;
6)
Esperienza dell’operatore.
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL
RANGE 0 –10 kHz
 Incertezza strumentale, che include le componenti dovute alla taratura,
stabilità a lungo termine, rumore elettrico di fondo, isotropicità sonda,
costante di tempo dello strumento, banda passante (in relazione alle
caratteristiche della sorgente di campo)
 Non uniformità spaziale del campo misurato in relazione alle dimensioni
della sonda e alla disposizione dei singoli sensori di campo al suo interno
 Variabilità temporale del campo misurato, in relazione alla costante di
tempo del misuratore utilizzato
 Valutazione della posizione della sonda rispetto alla sorgente
 Condizioni ambientali (temperatura e umidità)
Inoltre….
E
B
• Vicinanza dell’operatore e di oggetti
conduttori
• Vicinanza di oggetti ferromagnetici e
conduttori
• Influenza di un campo magnetico esterno
• Influenza di un campo elettrico esterno
• Immunità ai disturbi elettromagnetici
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL
RANGE 0–10kHz
 Non uniformità spaziale del campo misurato in relazione alle dimensioni
della sonda e alla disposizione dei singoli sensori di campo al suo interno
Generalmente tale componente risulta confrontabile con l’incertezza
strumentale se le misure sono eseguite a distanze inferiori a 0.5m dalla
sorgente
TRASCURABILE SE LE MISURE SONO ESEGUITE A DISTANZE
ADEGUATE E SE LE SONDE SON BEN PROGETTATE
 Variabilità temporale del campo misurato, in relazione alla costante di tempo
del misuratore utilizzato
La costante di tempo del rivelatore può essere troppo lenta rispetto alle
variazioni temporali del campo misurato determinando valori di misura errati
con scarti dipendenti dalle caratteristiche dello strumento e dal ΔE/ΔB
TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E’ BEN PROGETTATO E TARATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE NEL
RANGE 0–10kHz
 Valutazione della posizione della sonda rispetto alla sorgente
Un’incertezza di posizionamento di ±1cm può portare a incertezze sul
valore del campo misurato confrontabili con l’incertezza strumentale se le
misure sono eseguite a distanze inferiori a 0.5m dalla sorgente
TRASCURABILE SE LE MISURE SONO ESEGUITE A DISTANZE
ADEGUATE ED IL POSIZIONAMENTO DELLA SONDA E’ FATTO IN
MANIERA CORRETTA
 Condizioni ambientali (temperatura e umidità)
Valori di umidità eccessivi portano a misure errate con scarti dipendenti
dalle caratteristiche dello strumento
Prove in celle climatiche hanno mostrato anche misure variabili fino all’8%
nel campo 0 – 40°C
TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E’ BEN PROGETTATO E TARATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI
ELETTRICI NEL RANGE 0–10kHz
• Vicinanza dell’operatore e di oggetti conduttori
Si possono avere errori di misura dell’ordine del 10% se la distanza
dall’osservatore non è superiore ad almeno 3m o se la distanza da superfici
elettricamente cariche non è superiore ad almeno 3 volte il raggio della
sonda
TRASCURABILE SE LE RELATIVE DISTANZE VENGONO RISPETTATE
• Influenza di un campo magnetico esterno e dei disturbi elettromagnetici
Le sorgenti di campo elettrico sono generalmente sorgenti anche di campo
magnetico, è necessario pertanto una buona reiezione a tali componenti e
ai disturbi elettromagnetici
TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E’ BEN PROGETTATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI
MAGNETICI NEL RANGE 0–10kHz
• Vicinanza di oggetti ferromagnetici e conduttori
Oggetti ferromagnetici perturbano il campo magnetico. Le batterie (il cui
involucro è generalmente realizzato in materiale ferromagnetico) che
alimentano il circuito rivelatore possono distorcere il campo magnetico
misurato
TRASCURABILE SE LO STRUMENTO VIENE UTILIZZATO CON LO
STESSO TIPO DI BATTERIE UTILIZZATE DURANTE LA TARATURA
• Influenza di un campo elettrico esterno e dei disturbi elettromagnetici
Le sorgenti di campo magnetico sono generalmente sorgenti anche di
campo elettrico, è necessario pertanto una buona reiezione a tali
componenti e ai disturbi elettromagnetici
TRASCURABILE SE LO STRUMENTO E’ BEN PROGETTATO
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI NEL RANGE 10 kHz–300 GHz
 Incertezza strumentale, che include:
caratteristiche metrologiche e di taratura dell’analizzatore, della sonda
(antenna), dei cavi di collegamento;
non perfetta isotropia delle sonde;
rumore elettrico di fondo;
costante di tempo della catena di misura;
banda passante della catena di misura (in relazione alle caratteristiche della
sorgente di campo);
comportamento in relazione alle condizioni ambientali di temperatura e
umidità;
 Risposte spurie dovute allo strumento (accoppiamento cavi, effetti
termoelettrici sui cavi, accoppiamento tra sonda e corpi conduttori, effetti dei
campi statici e quasi statici, risposte fuori banda)
CAUSE DI INCERTEZZA PER LE MISURE DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI NEL RANGE 10 kHz–300 GHz
 Risposte spurie dovute allo strumento
Accoppiamento dei cavi: a frequenza maggiori di 1MHz i cavi di
collegamento possono diventare elementi captanti e quindi determinare una
lettura più elevata del valore reale
MINIMIZZABILE ORIENTANDO I CAVI IN MANIERA RADIALE ALLA
SORGENTE O UTILIZZANDO CAVI IN FIBRA OTTICA
COMPONENTE DETERMINISTICA CON CAVI RIGIDI
Accoppiamento tra sonda e corpi conduttori: malgrado le piccole dimensioni
degli elementi della sonda si possono verificare accoppiamenti con corpi
conduttori
MINIMIZZABILE EVITANDO DISTANZE PROSSIME ALLE DIMENSIONI
DEGLI ELEMENTI SENSIBILI
ALCUNE CONSIDERAZIONI GENERALI RELATIVE
ALL’INCERTEZZA DI MISURA
Incertezza di misura è legata alle caratteristiche metrologiche della catena di
misura ma dipende in maniera cruciale anche da:
1)
la procedura di misura adottata
2)
l’esperienza dell’operatore
OK?
SI
INCERTEZZA DI MISURA ~ INCERTEZZA
STRUMENTALE
Stimabile dalle specifiche della
strumentazione e dai certificati di taratura
NO
Incertezza di misura difficilmente
stimabile
CONFRONTO CON I LIMITI
Misure in bassa frequenza
La guida CEI 211-6 definisce affidabili le misure se eseguite con
strumentazione avente incertezza estesa inferiore al 10 % (con fattore
di copertura 2). Nessuna prescrizione particolare è fornita riguardo
alle modalità di confronto con i limiti.
Misure in alta frequenza
La guida CEI 211-7 assume il criterio del “rischio condiviso” tra chi esegue
la misura e l’autorità preposta al controllo:
1) se le misure sono state eseguite con catene strumentali aventi
incertezza contenuta entro 3 dB è possibile fare direttamente il
confronto con i “valori limite” applicabili;
2) se le misure sono state eseguite con catene strumentali aventi
incertezza superiore a 3 dB i risultati di misura devo considerarsi solo
indicativi ed il confronto con i “valori limite” è considerato valido solo
nel caso in cui la relativa differenza risulta superiore all’incertezza di
misura dichiarata.
VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA STRUMENTALE
PER MISURE A BANDA LARGA
X
SONDA
CAVO
UNITA’ DI
LETTURA
X = f (sonda, cavo, elaborazione)
Sonda
(E o H)
Rivelatore
Sonda E e/o B
z
x
Cavo in fibra ottica
y
Rivelatore
Generalmente il costruttore fornisce le varie componenti dell’incertezza di misura legate alla
sonda (linearità, isotropicità, piattezza, taratura), potendo generalmente trascurare quelle
relative al collegamento e allo strumento visualizzatore
VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA STRUMENTALE
PER MISURE A BANDA LARGA
…PER LE MISURE IN BASSA FREQUENZA
SPECIFICHE
VALORE INDICATO
Errore Assoluto (a 50 Hz e 0.2mT) = ± 0.5 dB
B = 10 µT, f=50 Hz
Linearità (a 50 Hz) = ± 0.2 dB
BdB = -100 dBT
Piattezza = ± 0.5 dB
Isotropicità = ± 1 dB
Assumendo una distribuzione rettangolare per ogni componente si ha:
udB 
1
 (0.52  0.22  0.52  12 )  1.24dB
3
BdB  [101.24dB,98.76dB]
B  [8.7T ,11.5T ]
VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA STRUMENTALE
PER MISURE A BANDA LARGA
…PER LE MISURE IN ALTA FREQUENZA
SPECIFICHE
VALORE INDICATO
Errore Assoluto (a 50 MHz e 20V/m) = ± 0.8 dB
E = 6 V/m, f=60MHz
Piattezza (10 MHz – 300 MHz) = ± 0.5 dB
EdB = 15.6 dBV/m
Isotropicità = ± 0.5 dB
Assumendo una distribuzione rettangolare per ogni componente si ha:
1
udB 
 (0.82  0.52  0.52 )  0.62dB
3
EdB  [14.94dB,16.18dB]
E  [5.6V / m,6.4V / m]
VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA STRUMENTALE
PER MISURE A BANDA STRETTA
X
SONDA
CAVO
Antenna di
misura
UNITA’ DI
LETTURA
X = f (sonda, cavo, elaborazione)
Analizzatore
di spettro
portatile
Vr= Misura analizzatore di spettro
EdB = Vr + LC + AF
LC= Attenuazione cavo
AF= Fattore di antenna
Nella valutazione dell’incertezza di misura bisogna tener conto delle specifiche
relative a ciascun elemento della catena di misura
VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA STRUMENTALE
PER MISURE A BANDA STRETTA
Le principali grandezze di influenza da considerare sono:
1)
Misura fornita dall’analizzatore (Vr);
2)
Attenuazione del cavo (LC);
3)
Fattore di antenna (AF);
4)
Accuracy dell’analizzatore alla misura di segnali sinusoidali (δVSW );
5)
Risposta di ampiezza dell’analizzatore agli impulsi (δVPA);
6)
Dipendenza della risposta dell’analizzatore agli impulsi periodici (δVPR);
7)
Rumore di fondo dell’analizzatore (δVNF);
8)
Disadattamento tra analizzatore ed antenna (δM);
9)
Interpolazione in frequenza del fattore di antenna (δAFf);
10) Dipendenza del fattore di antenna con l’altezza (δAFh);
11) Direttività dell’antenna (δAdir);
12) Centro di fase dell’antenna (δAph);
13) Dipendenza dalla polarizzazione della risposta dell’antenna (δAcp);
14) Bilanciamento dell’antenna (δAbal).
BIBLIOGRAFIA
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0 Hz - 10 kHz, con riferimento all’esposizione umana” (2001)
CEI 211–7: “Guida per la misura e la valutazione dei campi elettromagnetici nell’intervallo di frequenza 10 kHz –
300 GHz, con riferimento all’esposizione umana” (2001)
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Directive 2008/46/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2008, Official Journal of the
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