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 parametriI 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) 45µACorrente di soglia (polpastrelli) 0.5 mACorrente di soglia (mani) 5.2 mA 1.1 mACorrente di rilascio (uomo) 76 mA 16 mACorrente di rilascio (donna) 51 mA 10 mAFibrillazione 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 1Assenza di reazioniZona 2Nessun effetto pericoloso (l’infortunato rilascia subito il contatto)Zona 3Contrazioni muscolari - Difficoltà di respirazione (per contatti di durata 3-4minuti)-Arresti cardiaci senza fibrillazione-Aumento della pressioneZona 4Pericolo 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 Fattore F ValutazioneMano sinistra-piede sinistro 1 Situazione di perfetta equivalenzaMano sinistra-piede destro 1Mano sinistra-entrambi i piedi Mano destra-piede sinistro 0.8 Situazioni meno pericoloseMano destra-piede destro 0.8Mano destra-entrambi i piedi 0.8Schiena - mano sinistra 0.7Glutei - mani 0.7Mano sinistra – mano destra 0.4Schiena - mano destra 0.3Torace - mano sinistra 1.5 Situazioni più pericoloseTorace - mano destra 1.3

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) Resistenza del corpo umano Rc (Ω)25 3250-610050 2625-4375220 1350-21251000 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 di2 - 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 Linee telefoniche e di segnalazione o comando a distanza• classe I Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione < 1000V• classe II Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione 1kV-30kV• classe III Linee di trasporto o distribuzione di energia elettrica con tensione > 30kV

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

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Lezione n° 2NOZIONI 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 ionizzanti2- 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 µ0 = 12,56 10-7 [Henry/

m] Per esemplificare si può dire che nel vuoto, nell’aria, nel tessuto biologico esistano le seguenti corrispondenze: 1Tesla 8 105 A/m1 mT 800 A/m1 µT 800 mA/m100 µT 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 agentiGruppo 1L’agente è cancerogeno per l’uomo

Questa categoria è usata quando esiste una evidenza sufficiente di cancerogenicità nell’uomo

Gruppo 2AL’agente è probabilmente cancerogeno per l’uomo

Questa categoria è usata quando esiste una evidenza limitata di cancerogenicità nell’uomo ed una evidenza sufficiente di cancerogenicità nell’animale

Gruppo 2BL’agente è possibilmente cancerogeno per l’uomo

Questa categoria è usata quando esiste una evidenza limitata di cancerogenicità nell’uomo ed una evidenza meno che sufficiente di cancerogenicità nell’animale

Gruppo 3L’agente non è classificabile quanto alla sua cangerogenicità per l’uomo

Questa categoria è usata quando esiste una evidenza inadeguata di cancerogenicità sia nell’uomo che nell’animale

Gruppo 4L’agente è probabilmente non cancerogeno per l’uomo

Questa categoria è usata quando le evidenze suggeriscono l’assenza di cancerogenicità sia 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 elementiGruppo 1Cancerogeni

AsbestoRadonRadiazioni solariBevande alcolicheFumo di tabaccoBenzene

Gruppo 2AProbabilmente cancerogeni

FormaldeideGas di scarico dei motori dieselLavoro da parrucchiereLampade solari

Gruppo 2BPossibilmente cancerogeni

AtrazinaDDTGas di scarico dei motori a benzinaSaccarinaCaffèFalegnameriaCampi CEM tipo ELF

Gruppo 3Non classificabili

Lampade fluorescentiFibre acrilicheCloruro di vinileBitumeTè

Gruppo 4Probabilmente non cancerogeni

Caprolattame (unico agente presente)

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 rappresentala 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 EnteICRP Commissione Internazionale Radiazioni IonizzantiICNIRP Commissione Internazionale Radiazioni Non ionizzantiOMS Organismo Mondiale della SanitàISS Istituto Superiore di SanitàCENELEC Commissione Europea per la Standardizzazione ElettricaCEI Comitato Elettrotecnico ItalianoISPESL Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza sul LavoroARPA Agenzia Regionale Protezione AmbientaleANSI/IEEE Ente Americano degli Standard Grandezze fisiche secondo il Sistema Internazionale (SI)

Grandezza Simbolo Unità di misura SimboloDensità di corrente J Ampere per metro quadro A/m2

Intensità di campo elettrico E Volt per metro V/mInduzione elettrica D Coulomb per metro quadro C/m2

Conducibilità elettrica σ Siemens per metro S/mFrequenza f Hertz HzIntensità di campo magnetico H Ampere per metro A/mInduzione magnetica B Tesla TPermeabilità magnetica µ Henry per metro H/mCostante dielettrica ε Farad per metro F/mDensità di potenza S Watt per metro quadro W/m2

Tasso di assorbimento specifico SAR Watt per chilogrammo W/kgLunghezza d’onda λ Metro mDensità di energia Joule per metro quadro J/m2

Costanti fisiche

Costante fisica Simbolo ValoreVelocità della luce c 2,997 108 m/sCostante dielettrica del vuoto ε0 8,854 10-12 F/m

Permeabilità magnetica del vuoto µ0 12,56 10-7 H/m

Impedenza caratteristica del vuoto η 377 Ω

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Lezione n° 3CAMPI 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/mCampo E (per popolazione) 5kV/m 10kV/mInduzione B (per lavoratori) 0.5mT 1.6mTInduzione B (per popolazione) 0.1mT (100µT) 0.64mT Tab.2 Confronto tra effetti acuti e limiti di sicurezza

Effetto Valori di B (µT) Densità di corrente J (mA/m2)

Riscaldamento dei tessuti (1) 1.600.000 10.000Induzione di extrasistole (rischio di fibrillazione)

130.000 800

Percezione sensoriale 16.000 100Standard CENELEC per lavoratori 1.600 10Standard CENELC per popolazione 640 4Linee guida INIRC per lavoratori 500 3Rumore elettrofisiologico 160 1Linee guida INIRC popolazione DPCM 23-4-92

100 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 = k f E 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 = π f B r σ σ = conducibilità del tessutor = raggio della sfera usata per la simulazioneB = induzione magneticaf = 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) Popolazione che risiede per molte ore del giorno

10kV/m 1mT Popolazione che risiede per poche ore al giorno

b-Distanze dagli elettrodotti delle abitazioni o aziende (per tempi di permanenza

prolungati)<132kV DM 16-1-91132kV 10m220kV 18m380kV 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 (0-10kHz) 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 B (µT)Cabina MT/BT (1m) 1.9 (E<=5V/m)Sotto una linea 380kV con I=700A e fasi equilibrate 23A 100m dall’elettrodotto del caso precedente 0.068-0.5Linea interrata da 220kV (profondità 1.5m) 15 (al livello del suolo)In ambiente domestico 0.01-1A 30cm da un elettrodomestico di potenza max. 1.5kW 0.01-3A 30cm da un asciugacapelli 0-074-2.1Si 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-132kVIn 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 congruentiC- 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 100Spazzolino elettrico 50 90Frullatore 80 70Aspirapolvere (a 10cm) 50 60Asciugacapelli 80 20Radio 100 8Tubo a fluorescenza - 8Lavatrice (zona comandi) 100 5Ventilatore 1 1Ferro da stiro 60 4Lampada da 100W (a 10cm) 60 3Fotocopiatrice 80 2Frigorifero (motore) - 2Registratore (10cm) 90 1.5Televisore (comandi) 120 1.1Giradischi 100 0.05Telefono 8 0.03Interruttore (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

Campo magnetico (µT) a 30cm

Trapano - 16Forno elettrico 4 20Rasoio elettrico 100 9Asciugacapelli 80 7Lampada alogena - 12Coperta elettrica 4500 -Ventilatore - 40Aspirapolvere 90 20Ventilatore 1 1TV color 90 14Lampada incandescenza 100 10Monitor computer - 0.25Ferro da stiro 120 0.4(-) valore troppo piccolo da rilevare

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 RimedioCoperte elettriche Disturbi del sonno, emicranie,

disturbi delle funzioni cardiache, depressione, rischi per il feto o per la partoriente

Utilizzare la coperta per scaldare il letto e staccare poi la spina prima di coricarsi

Lampade ad incandescenza Cefalee, rischi di tumore al cervello, disturbi alla vista, difficoltà di concentrazione, irritabilità, impotenza

Distanza minima consigliata 1.5m. Utilizzarle il meno possibile

Radiosveglia elettrica Problemi di insonnia, alterazione del ritmo cardiaco, rischio di neoplasie cerebrali, cefalee mattutine

Distanza minima 1.5m, Utilizzare sveglie a batteria

Televisori Cefalea, ansia, disturbi visivi Distanza minima 2mComputer Cefalee, problemi gastrici,

rischio per le gestanti ed il feto, neoplasie gastroenteriche, difficoltà di concentrazione, depressione, allergie, disturbi visivi

Distanza il più possibile elevata, pause orarie, usare schermi a bassa emissione

Materassi riscaldabili Insonnia, mal di testa, tremore, alterazione delle funzioni cardiache, irascibilità,depressione, fobie

Riscaldare il materasso prima di coricarsi e poi staccare la spina

Ferri da stiro Disturbi del sistema nervoso, alterazioni cardiache, disturbi intestinali, vertigini, fobie, depressioni

Utilizzare apparecchiature dotate di messa a terra, fare molte pause

Lampade alogene Rischi di leucemie, tumori cerebrali, disturbi alla vista

Distanza minima 1.5m

Riscaldamento elettrico Ansia, cefalee mattutine,depressione, alterazioni del ritmo cardiaco

Distanza minima 1.5m anche dal cavo elettrico

Lampade da scrivania Cefalee, disturbi nervosi Utilizzare solo lampade con messa a terra

Trasformatori ad alta tensione Insonnia, mal di testa, disturbi del sistema nervoso, formicolii, disturbi cardiaci

Bonifica

Linee ad alta media e bassa tensione

Insonnia, mal di testa, rischi per la gestante ed il feto, fobie, rischi di tumori,alterazione del ritmo cardiaco

Bonifica

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, vertiginiTumori cerebrali e leucemie nei bambini

Studi USA del 1972 e svedesi del 1993 hanno evidenziato 1-2 casi all’anno

Elettrodomestici tipo phon, TV, termocoperte, videoterminali

Possibili effetti cancerogeni, aborti per donne che stanno molto tempo ai videoterminali

Studi USA (con risultati spesso contraddittori)

Elettrodomestici tipo computer, lavatrice, lavastoviglie, frigoriferi

Nessun rischio rilevato dati i valori bassi dei CEM

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 RischioCancro 2 10-1

Incidenti stradali 1.5 10-2

Annegamento 2.5 10-3

Disastri naturali 1.4 10-3

Incidenti aerei 7 10-4

Incidenti con elettricità 3 10-4

Incidenti da fulmine 3 10-5

Rischio aggiuntivo per ogni µT 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° 4CAMPI 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 SARSAR mediato in un intervallo di 6 minuti W/kgLavoratori 0.4Popolazione 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 614/f 1,6/f 10M-400M 61,4 0.16 10400M-2G 3,07 x f1/2 8.14 10 -3 f1/2 f/402G-150G 137 0.364 50

150G-300G 0.354 f1/2 9.4 10-5 f1/2 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 2400M-2G 1,37 x f1/2 3,64 10 -3 f1/2 f/2002G-150G 61,4 0.163 10

150G-300G 0.158 f1/2 4.21 10-4 f1/2 6.67 10-5 fNotare 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 lavoratori2-Decreto n°381 del 10-9-98 Tale decreto si applica solo alla popolazione e NON ai lavoratori esposti per ragioni professionaliEsso 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 0.1Si 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 terraSe la differenza tra le due misure è maggiore del 25% del valore più elevato, si deve fare una terza misura a 1.5m da terraSi 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<1MHzI 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<10GHzI 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>10GHzPer 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 fattoriL’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 viventiIn 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 naturaliLa principale sorgente naturale è il sole con valori di densità di potenza <0.01 mW/m2

B-Sorgenti artificialiLe 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 solidoImportanti 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 lineareKlystron con potenza di picco di 2MW intorno ad 1GHZ, 100kW a 15GHz, 1kW a 30GHzTubi ad onda viaggiante (TWT) con potenza di picco 500kW intorno ad 1 GHz ed 1kW a 100GHzGyrotron 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 10GHZMagnetronAmplitron (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 industrialiEsistono 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 ICNIRP ANSI/IEEE Raccomandaz.Europea

Decreto 381/98

E (V/m) 42 48 42 20 (6)S (W/m2) 4.65 6.2 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(fusione di leghe metalliche)

80k-5M (potenze intorno ai 500kW)

Riscaldatori capacitivi a radiofrequenza(incollaggio del legno, vulcanizzazione, essiccazione)

3M-50M (potenze intorno ai 200kW)

Forni a microonde per impieghi industriali(impieghi alimentari di grandi dimensioni)

900M-2.45G (potenza intorno ai 600kW)

Forni a microonde per impieghi domestici

2.45G (potenza intorno ai 600W)

Trasmettitori radio AM 550k-1650KTrasmettitori radio FM 87M-107MTrasmettitori 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 durata microsecondi e con frequenza di ripetizione 1000Hz)

100M-100G-alta potenza (>100kW) per avvistamenti-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 RFAree urbane 0.09-0.5V/mCase 1-1.5V/mTelefoni cellulari (emettono da 0.4-2W) 30-50V/mAntenne fisse per telefonia cellulare(emettono decine di W con apertura verticale di 6° ed orizzontale di 60°)

3-15V/m

Forno a microonde 4-9µT Valutazioni di alcune sorgenti di CEM a RF

Fonte di radiazione

F (Hz) Distanza (m)

Valori tipici di esposizione (W/

m2)

Limiti normativi

(W/m2)

Osservazioni

Forno a microonde

2.45G 0.30.51

<10<5<1

10

Radar per la viabilità

9-35G 3 <0.250 Potenza 0.5-100mW

Walkie-talkie 27M 5cm12cm

<1V/m <0.2A/m<200V/m <0.1A/m

0.073V/m

Trasmettitori radio-TV VHF

87-108M47-68M 174-230M

1500 <0.05 2-4 Potenza <1000kW

Trasmettitori radio-TV UHF

470-890M 1500 <0.005 2-4 Potenza <5MW

Trasmettitori in onde corte

3.95-26.1M220 2 (27.5V/m) 2-3.5 Potenza <750kW

Trasmettitori onde lunghe e medie

130-285k415-1600k

30050

<90V/m450V/m

73.5V/m Potenza 1.8MW

Radar militari 1-10G 1000>1000

<10<0.5

5-10 Potenza 0.2-20kW

Radiofari 10-20G 500 0.00004 10 Potenza 0.5W Distanze minime raccomandate da tenere per alcune sorgenti CEM a RF.

Sorgente Potenza Distanza raccomandata

(m)Trasmettitore TV banda IV e V

100kW 45

Trasmettitore radiofonico per onde ultracorte

500W 9.5

Antenna 13GHz 0.5W 1.8Forno a microonde 600W 0.25Telefono GSM <2W Nessuna distanzaTelefono GSM <4W 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”