Esposizione Umana alla Radiazione non Ionizzante SORGENTI E STRUMENTI

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1 Dott. Domenico Festa Esposizione Umana alla Radiazione non Ionizzante SORGENTI E STRUMENTI 1

2 Ore 9:30 Ore 9:45 Ore 10:15 Ore 11:00 Ore 11:20 Ore 12:15 Ore 12:30 Ore 13:00 Apertura lavori Cenni storici e su effetti biologici Norme di legge, Direttiva Europea, Norme CEI Intervallo Sorgenti e Strumenti Prevenzione e Schermature Domande aperte da parte dei partecipanti Chiusura lavori 2

3 SPETTRO ELETTROMAGNETICO 3

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5 EQUAZIONI DI MAXWELL D divd = ρ roth = + J t B divb = 0 rote = t D = εe B = µ H 5

6 Non è possibile separare il campo elettrico dal campo magnetico (i vettori E, campo elettrico, e D, induzione o spostamento elettrico, che definiscono il campo elettrico e i vettori B, induzione magnetica, e H, campo magnetico, che definiscono il campo magnetico, sono correlati) Campo elettrico e campo magnetico si possono valutare separatamente solo se lentamente variabili nel tempo (condizione quasi-statica) Il campo elettrico origina dalle cariche, il campo magnetico dalle correnti (non esiste monopolo magnetico) 6

7 LINEE DI FORZA E In ogni punto il campo (elettrico) è tangente alle linee di forza Tanto più le linee sono vicine, tanto più intenso è il campo (elettrico) 7

8 Le linee iniziano e terminano sulle cariche 8

9 LINEE DI FORZA H Campo magnetico 9

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12 Campo magnetico Campo elettrico 12

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14 onde non ionizzanti da 0 Hz (continua) sino a 300 GHz 14

15 SORGENTI 15

16 Naturali e artificiali CARATTERISTICHE DELLE SORGENTI Intenzionali e non intenzionali Tipologia del generatore, potenza,... Frequenza operativa ed armoniche Tipo di modulazione (AM, FM, Fase, ecc.) Tipologia, direzionalità e polarizzazione dell antenna Caratteristiche significative dell installazione,... Parametri da documentare 16

17 FREQUENZE DC 16,66 Hz 50 Hz 3-30 khz khz khz 3-30 MHz MHz 0,3-3 GHz 3-30 GHz GHz Sistemi di trasporto su rotaia (Italia); lavorazioni chimiche; sistemi diagnostici Treni/metrò (europei) Generazione; Distribuzione; Impianti civili e Industriali Trasmissioni marittime Trasmissioni navali Loran e radio Trasmissioni AM, forni, saldatrici, trattam. Saldatrici, essiccatori, sterilizzatori FM, VHF, cordless, radiomobili, OM, CB UHF, cellulari, diatermia, radar, telemetria Ponti radio, satellitari, radar, altimetri Satelliti, astronomia, spettroscopia 17

18 CAMPI STATICI Presenti ovunque vi siano apparecchiature alimentate da corrente continua, in particolare se si tratta di correnti elevate I lavoratori addetti a processi di elettrolisi o simili (es. nella preparazione dell alluminio) possono risultare esposti a livelli molto superiori al fondo naturale Lavoratori del comparto ferrotramviario (mezzi alimentati in corrente continua) 18

19 SORGENTI PRINCIPALI In ambiente industriale di solito le esposizioni più significative sono dovute a processi elettrotermici per riscaldamento, essicazione e simili (apporto di energia) Per le basse frequenze (qualche centinaio di khz) si rilevano campi magnetici di elevata intensità (forni, ) Per le frequenze più elevate (oltre qualche MHz e sino ad alcune decine di MHz) i campi sono sia elettrici che magnetici, entrambi con valori significativi (essicazione, saldatura, ) Oltre le decine di MHz i campi sono elettromagnetici, molto intensi (cottura, trattamenti specifici, ) 19

20 ESEMPI DI RISCALDAMENTO INDUSTRIALE 20

21 SORGENTI TIPICHE Linee Media Tensione kv E = 200 V/m B = 5 µt Linee Alta Tensione 132 kv; 150 kv E = 2 3 kv/m B= 10 µt Linee Alta Tensione 380 kv E = 4 8 kv/m B= µt 21

22 CARATTERISTICHE Sorgenti tipiche (I) Fusione (sino a 10 khz e decine di MW ) migliaia di A e V, durata di ore Riscaldamento (sino a 10 khz, qualche kw ) migliaia di A, centinaia di V, durata di ore/continuo Trattamenti (sino a 500 khz, qualche kw ) migliaia di A, centinaia di V, durata di secondi 22

23 LINEE AEREE 5 4 A: semplice terna 380 kv B: doppia terna 380 kv C: semplice terna 220 kv D: semplice terna 132 kv E: semplice terna 132 kv con conduttori in verticale CAMPO ELETTRICO [kv/m] DISTANZA DAL CENTRO LINEA [m] 0 C D E A B

24 LINEE AEREE INDUZIONE MAGNETICA [microtesla] B DISTANZA DAL CENTRO LINEA [m] E 0 A C D A: semplice terna 380 kv 400A B: doppia terna 380 kv 400A C: semplice terna 220 kv 200A D: semplice terna 132 kv 100A E: semplice terna 132 kv 100A con conduttori in verticale

25 LINEE AEREE Proiezione al suolo della fascia di rispetto

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27 Sorgenti tipiche (II) CARATTERISTICHE Radio in Onda Media ( khz) 6V/m da qualche centinaio di metri dall impianto Radio in Onda Corta (3,95 26,1 MHz) 6V/m oltre la zona di rispetto dell impianto Radio in FM (87,5 108 MHz) maggiori responsabili di alti valori di campo TV analogica ( e MHz) raramente determinanti nel superamento dei limiti 27

28 Sorgenti tipiche (III) Telefonia mobile TACS ( , MHz) 6V/m da circa 40m dalla SRB Telefonia mobile GSM ( , MHz) 6V/m da meno di 40m dalla SRB Telefonia mobile UMTS ( MHz) 6V/m da meno di 40m dalla SRB CARATTERISTICHE Ponti Radio elevatissima direttività e bassa potenza 28

29 Diagramma di radiazione: rappresentazione grafica della potenza elettromagnetica irradiata da un'antenna sui due principali piani di azimuth ed elevazione 29 29

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31 Sorgenti tipiche CAMPO MAGNETICO (µt) ALLA DISTANZA DI ELETTRODOMESTICI (50 Hz) 3 cm 30 cm 100 cm APRISCATOLE ,5 30 0,07 1 LAVATRICE - LAVASTOVIGLIE 0,8 50 0,15 3 0,01-0,3 TRAPANO ,5 0,08-0,2 LAMPADA DA TAVOLO ,5 2 0,05-0,25 ROBOT DA CUCINA ,6 10 0,02-0,25 ASCIUGACAPELLI <0,01 1 <0,01-0,3 FERRO DA STIRO ,12-0,3 0,01-0,025 FORNO A MICROONDE ,8 0,25-0,6 FORNO ELETTRICO ,15-0,5 0,04-0,091 TERMOSIFONE ELETTRICO ,15 5 0,01-0,25 FRIGORIFERO 0,5-1,7 0,01-0,25 <0,01 RASOIO ELETTRICO ,08 7 <0,01-0,3 TELEVISORE - COMPUTER ,04 2 <0,01-0,15 TOSTAPANE ,06-0,7 <0,01 ASPIRAPOLVERE ,20 0,13-2 COPERTA ELETTRICA 2-3 0,1-0,2 <0,05 31

32 SOGGETTI COINVOLTI Datori di lavoro Gestori e installatori pubblici e privati di tlc Produttori e distributori di energia elettrica Produttori di macchine elettriche ed elettroniche Produttori di macchine che impiegano RF Utilizzatori di macchine che usano RF Università, Centri di ricerca, FS, Autostrade ARPA, ASL, PMIP, ISPESL, Comuni, Provincie Studi professionali Ministero delle Comunicazioni 32

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51 COSA SI MISURA? energia assorbita dall organismo umano: misure dosimetriche intensità di campo: misure di esposizione 51

52 MISURE DOSIMETRICHE Le grandezze fisiche associate sono: Densità di corrente indotta all interno dell organismo (es. negli arti) Correnti di contatto SAR (tasso di assorbimento specifico) d dw SAR = = dt dm Limiti di SAR suggeriti da ICNIRP: Lavoratori: < 0,4 W/kg Popolazione: <0,08 W/kg σ E 2 ρ σ: conducibilità in S/m ρ: densità 52

53 Il SAR, questo sconosciuto misurazione decimale delle emissioni elettromagnetiche 53

54 MISURE DOSIMETRICHE Misure della densità di corrente indotta e correnti di contatto fantocci e persone fisiche Misure dell aumento di temperatura o delle variazioni di intensità di campo nei tessuti fantocci fantoccio: combinazioni di gelatine, liquidi conduttivi, ecc. 54

55 MISURE DOSIMETRICHE 55

56 MISURE ESPOSIMETRICHE Le grandezze associate sono: Intensità di campo elettrico (V/m) Intensità di campo magnetico (A/m) Densità di potenza (W/m²) La scelta dipende dalla caratteristiche della sorgente e dal punto in cui si effettuano le misure, dalla distanza dalla sorgente,... 56

57 STRUMENTI A banda stretta misure lente e complesse rischio di saturazione dello strumento misura direttiva si misurano i singoli contributi a ciascuna frequenza A banda larga misure veloci, semplici e immediate manca l informazione della frequenza danno il valore complessivo misura isotropica 57

58 MISURE A BANDA LARGA Relativamente semplice e immediata Garantiscono di rispettare lo scopo protezionistico a livello globale Prescindono dall orientamento (se isotropiche) Sono immuni dalle perturbazioni spaziali Sono significative anche in caso di campi reattivi/vicini Definitiva se il valore misurato non supera il 75% del più basso limite applicabile Importante la posizione e l orientamento del sensore 58

59 MISURE A BANDA STRETTA Potenzialmente accurata ma critica (ha la precedenza su banda larga in caso di difformità di risultati) Quando il segnale varia rapidamente in ampiezza Quando si vogliono conoscere i singoli contributi Attorno alle frequenze dove cambia di limite Quando è necessaria la riduzione a conformità Scelta delle bande di risoluzione (RBW e VBW) e dell ampiezza di scansione (SPAN) non immediata 59

60 STRUMENTI La conoscenza degli strumenti è fondamentale per fare una misura corretta! 60

61 STRUMENTI A BANDA STRETTA Analizzatore di spettro Antenna Cavo RF Treppiede 61

62 A banda stretta STRUMENTI A BANDA STRETTA attenuatore attenuatore preselettore mixer selettore di banda preampli rivelatore antenna preselezione analisi pesatura display 62

63 STRUMENTI Gli strumenti a banda stretta sono costituiti da: Antenna con supporto Cavo di collegamento Unità di misura e trattamento del segnale 63

64 STRUMENTI A BANDA STRETTA Caratteristiche di un valido strumento dispone di una antenna (direttiva o isotropica) con adeguata documentazione utilizza cavi di caratteristiche note impiega uno strumento di misura (analizzatore di spettro) con rivelatore d inviluppo antenna, cavi, analizzatore, attenuatori, ecc. sono tarati 64

65 STRUMENTI A BANDA STRETTA Antenna a polarizzazione lineare Biconica Omnidirezionalità e isotropia 65

66 VALORE COMPLESSIVO DEL CAMPO Per misure isotropiche con antenne a bassa direttività E = n = numero componenti spettrali n 3 i= 1 j= 1 E 2 i, j Per misure con antenne ad elevata direttività n 2 E = E 2 i, j i= 1 j= 1 66

67 STRUMENTI A BANDA LARGA Strumento 3 V/m Ripetitore Sonda Fibra ottica Treppiede 67

68 STRUMENTI A BANDA LARGA sensore pesatura trasduttore circuiti di controllo display connessione sonda unità di elaborazione 68

69 Gli strumenti a banda larga sono costituiti da: STRUMENTI Sensore di campo elettrico o magnetico Trasduttore del campo in segnale elettrico proporzionale a E (E²) o H (H²) Collegamento all unità di misura (cavo ad alta impedenza, fibra ottica, ecc.) Unità di misura e registrazione 69

70 Strumenti a banda larga: Sensore di campo elettrico o magnetico Trasduttore del campo in segnale elettrico proporzionale a E (E²) o H (H²) Collegamento all unità di misura (cavo ad alta impedenza, fibra ottica, ecc.) Unità di misura e registrazione STRUMENTI A BANDA LARGA 70

71 STRUMENTI A BANDA LARGA Caratteristiche Sonda Una buona sonda risponde a un solo parametro (es. solo E) è piccola (dimensione <λ/10) ha collegamenti di ottima qualità con l unità centrale ha un comportamento noto alle variazioni ambientali ha una incertezza di misura nota è sensibile al valore efficace del campo anche in presenza di modulazioni impulsive fornisce informazioni sulla risposta ai segnali modulati 71

72 1) A DIODO (misura diretta di E o H) il più diffuso buona precisione grande flessibilità alta sensibilità ampia dinamica STRUMENTI A BANDA LARGA La SONDA è il cuore dello strumento 2) A BOLOMETRO O TERMOCOPPIA (misura indiretta) misura un aumento di temperatura può essere molto preciso sensibile alle condizioni ambientali poca dinamica (termocoppia) 72

73 STRUMENTI A BANDA LARGA Sensori isotropici a diodo risposta quadratica per piccoli segnali risposta lineare per segnali medi diodo Y Z dipolo X saturazione per segnali elevati rottura della giunzione per segnali troppo elevati (anche se la sonda è scollegata) 73

74 SONDE 74

75 SONDA 75

76 STRUMENTI A BANDA LARGA 76 76

77 Da qualche hertz a decine o centinaia di khz Misura dei campi B e E con risposta isotropica Consentono lunghi monitoraggi STRUMENTI BASSA FREQUENZA Modalità larga banda e selettivi: 77

78 CAMPI STATICI Si misura il campo magnetico Sovente basati su sensori ad effetto Hall Monoasse o isotropici 78

79 STAZIONI DI MONITORAGGIO Pannelli solari e batteria di back-up per autonomia illimitata Memoria circolare ad alta capacità Modem GSM interno per comunicazione con controllore PC o telefoni cellulari (via SMS) Gestione allarmi vari (valori di campo, temperatura, batteria, manomissioni, ) 79

80 MISURE IN BASSA FREQUENZA Si misura sempre in campo vicino I campi elettrici e magnetici relativi ad una sorgente vanno misurati separatamente I campi elettrici sono di solito bassi e relativamente costanti I campi magnetici sono funzione delle correnti e variano con esse 80

81 MISURE IN ALTA FREQUENZA Si misura sovente in campo lontano I campi elettrici e magnetici relativi ad una sorgente possono essere correlati Di solito è più facile misurare il campo elettrico, che è molto variabile in funzione del tipo di impianto, delle potenze, ecc. 81

82 MISURE IN BASSA FREQUENZA 82

83 MISURE IN BASSA FREQUENZA 83

84 MISURE IN ALTA FREQUENZA 84

85 MISURE IN ALTA FREQUENZA 85

86 Obiettivo di una misura MISURE determinare il valore del misurando, cioè il valore di una grandezza (es. il campo elettrico o magnetico) tramite misura Risultato di misura è in genere la miglior stima del valore della grandezza da misurare e può considerarsi completa quando è accompagnata da una dichiarazione dell incertezza associata a questa stima 86

87 INCERTEZZA DI MISURA Una misura eseguita non correttamente può portare ad errori nella valutazione dell esposizione che possono anche superare i 6 db la norma suggerisce Strumenti tarati e riferibili (incertezza < ± 3dB) Risposta isotropica entro ± 1dB Fattore di taratura ± 2dB Metodo di misura ben documentato se l incertezza è superiore occorre fare un supplemento di indagine 87

88 ERRORE E INCERTEZZA Errore è originato da variazioni non prevedibili e casuali delle grandezze che influenzano il risultato di una misura e che danno luogo a variazioni del valore di misura, pur ripetendo la misura in condizioni apparentemente identiche Incertezza Quantifica il livello di imperfezione nella conoscenza della realtà, cioè la mancanza di una esatta conoscenza del valore della grandezza oggetto della misura. E il parametro, associato alla stima del risultato di misura, che caratterizza la dispersione dei valori che possono essere ragionevolmente attribuiti al misurando 88

89 ERRORI DI MISURA Che errori si incontrano? Casuali distanza sorgente presenza operatore accoppiamento campo lettura Sistematici bontà strumento correttezza funzionamento accuratezza taratura 89

90 TARATURA Valutazione della risposta degli strumenti in funzione di: Frequenza Intensità di campo Isotropia Fattore di reiezione Prescritto dalla Guida CEI 90

91 DEFINIZIONE Taratura Operazione eseguita in condizioni date per stabilire una relazione tra valori di una grandezza di un campione di misura e le indicazioni di uno strumento di misura, con le rispettive incertezze di misura Calibrazione è sbagliato! 91

92 Centro LAT, equivalente EA o Istituto metrologico primario (INRIM, NPL, ecc.) Interna con campioni tarati come sopra Campioni dedicati solo alla taratura TARATURA Campioni dedicati alla taratura al rientro dal centro LAT, poi declassati e usati in operazioni di routine 92

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94 TARATURA ISO 9000 O TARATURA LAT? la certificazione ISO 9001 dimostra la conformità ai requisiti della norma l accreditamento LAT dimostra competenze tecniche specifiche che sono in aggiunta ai suddetti requisiti Accreditamento e certificazione sono due termini con diverso significato, anche se sovente vengono utilizzati errore! come sinonimi. Con l accreditamento, a differenza della certificazione, il laboratorio deve dimostrare oltre alla competenza gestionale, anche la competenza tecnica nell esecuzione delle singole prove e viene valutato per la competenza tecnica che dimostra Il rapporto di taratura con riferibilità ai campioni nazionali (RDT) (UNI EN ISO 10012:2004) è un documento rilasciato da centri di taratura attraverso il quale viene assicurata la riferibilità ai campioni nazionali, ma senza l'accreditamento da parte degli organismi preposti, senza cioè una verifica di competenze tecniche specifiche 94

95 TARATURA LAT EQUIVALENTE Il certificato di taratura LAT è un documento (che può essere emesso esclusivamente da uno dei centri di taratura accreditati LAT) ufficialmente valido in Italia e, con mutuo riconoscimento, nei paesi europei aderenti all'ea (European cooperation for Accreditation), attestante che lo strumento è stato tarato secondo le procedure riconosciute valide dagli Istituti Primari di competenza. Quando si parla di Taratura LAT (SIT) o equivalente si intende appunto taratura emessa da un organismo accreditato secondo uno schema riconosciuto nell ambito di questi accordi internazionali di mutuo riconoscimento La validità tecnica di un RDT ISO 9000 deriva dalla qualifica del laboratorio da parte del cliente, che deve verificare la validità metrologica dei processi, l'affidabilità del laboratorio e del suo sistema di qualità e la competenza tecnica degli operatori 95

96 PROCEDURA DI TARATURA 1) Generazione campo campione noto generazione calcolata in strutture confinate (TEM, GTEM, camere anecoiche, ); campione di trasferimento (transfer standard) 2) Esposizione strumento al campo campione confronto valore letto con valore noto 3) Valutazioni statistiche determinazione errore e incertezza di misura 96

97 TARATURA IN CELLA TEM Cella TEM (fino a qualche centinaio di MHz) E = V b = P b Z c V: tensione sul conduttore centrale in V b: distanza tra il setto e la parete sup. o inf. In m P: potenza fornita alla cella in W Z c : parte reale dell imp. caratteristica della cella (50 Ohm) 97

98 TARATURA IN CAMERA ANECOICA 98 98

99 Massimo Segnale POSIZIONAMENTO SENSORI Asse Maggiore Asse Minore Ortoangolo 99

100 TARATURA BASSA FREQUENZA Campo elettrico con strutture a condensatore Campo magnetico con bobine di Helmoltz 100

101 Fattore di taratura INCERTEZZA DI TARATURA F = 20log db Hcal H H rif mis F = 20log db Ecal E E rif mis F =10log db Scal S S rif mis 101

102 Incertezza di taratura (in cella) INCERTEZZA DI TARATURA tot = α + Eα 1 + Eβ + Eβ1 E + E + E + E + E + E + E + 2 d 2 dis 2 pc 2 pd 2 r 2 z E 2 stat E α, E α1 : incertezza sul fattore di accoppiamento diretto e inverso E β, E β1 : incertezza sulla taratura dei campioni di prima linea E d : incertezza nella misura della distanza setto/cella E dis : incertezza dovuta alla disomogeneità del campo E pc, E pd : incertezza sulla misura della potenza E r : incertezza dovuta al disadattamento E z : incertezza sulla misura dell impedenza caratteristica della cella E stat : incertezza associata alla ripetibilità delle misure sono tutte incertezze relative massime 102