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1 Convegno Nazionale Salute e campi elettromagnetici: dalla ricerca alla protezione I sessione Il quadro delle conoscenze: aspetti fisici Valutazione delle esposizioni Valutazione delle esposizioni Ing. Emanuele Piuzzi SAPIENZA Università di Roma Dipartimento di Ingegneria Elettronica Roma, ottobre 2009

2 Effetti dei campi elettromagnetici sul corpo umano Bassa frequenza (ELF) Per frequenze comprese dalla continua fino a circa 10 MHz (basse frequenze) vi sono due diversi meccanismi di accoppiamento, uno legato al campo elettrico e l altro al campo magnetico, tramite i quali il campo elettromagnetico interagisce con il corpo umano In entrambi i casi, questa interazione può portare all induzione di correnti elettriche all interno del corpo, che possono provocare la stimolazione dei muscoli o dei nervi (p. es. fibrillazione cardiaca) Di conseguenza, le normative internazionali considerano come grandezza di base, con cui limitare l esposizione, la densità di corrente elettrica indotta nel corpo (J ma/m 2 )

3 Effetti dei campi elettromagnetici sul corpo umano Radiofrequenza (RF) Per le frequenze maggiori di circa 100 khz e fino a circa 10 GHz (radiofrequenze e microonde), i campi elettromagnetici interagiscono coi tessuti del corpo umano provocando una dissipazione di potenza che può portare ad un conseguente incremento di temperatura Un parametro fisico, che risulta direttamente legato agli eventuali effetti termici indotti, è il parametro Specific Absorption Rate (SAR), definito come l energia dissipata nell unità di tempo (la potenza dissipata) per unità di massa (W/kg). Tale parametro viene fornito come valore medio su una predefinita massa di tessuto Pertanto, le normative internazionali considerano come grandezza di base con cui limitare l esposizione il SAR (W/kg), sia mediato sull intero corpo che su un volume di 10 g (1 g in versioni precedenti di alcune norme)

4 Raccomandazione del Consiglio dell Unione Europea del 12 luglio 1999 Limiti di base validi per la popolazione Valori istantanei Valori medi su 6 minuti Valori medi su 10 grammi

5 Direttiva del Consiglio dell Unione Europea del 29 aprile 2004 Valori limite di esposizione validi per i lavoratori Valori istantanei Valori medi su 6 minuti Valori medi su 10 grammi

6 Esposizione a campi elettrici e magnetici ELF Densità media di corrente indotta da campi magnetici ed elettrici a 50 Hz di intensità pari ai livelli di riferimento della raccomandazione europea

7 Esposizione a campi elettrici e magnetici ELF Distribuzioni puntuali della densità di corrente

8 Esposizione al campo RF emesso da Approccio sperimentale Telefono cellulare reale un telefono cellulare Modello semplificato della testa umana Approccio numerico Modello approssimato del telefono cellulare Modello anatomicamente accurato della testa umana Valutazione accurata della distribuzione di SAR nei diversi tessuti Possibilità di valutare il riscaldamento indotto

9 Valutazione numerica del SAR e del riscaldamento indotto Problema dosimetrico Equazioni di Maxwell (FDTD) SAR Problema termico Equazione biocalore con termoregolazione (FD-BHE) T Modello della sorgente Caratt. dielettr. ε, σ Parametri termici C, K, A, B Meccanismi di termoregolazione

10 Esposizione a telefoni TACS: distribuzione di SAR Dipolo Stilo estraibile Planare f = 900 MHz; P = 600 mw W/kg

11 Esposizione a telefoni TACS: SAR per vari telefoni SAR indotto nella testa di un utilizzatore di telefoni cellulari equipaggiati con diversi tipi di antenna f = 900 MHz, P irr = 600 mw Antenna Posizione telefono P ass [mw] SAR 1g [W/kg] SAR 10g [W/kg] SAR 1g_cer [W/kg] SAR 1g_occ [W/kg] Dipolo Verticale Inclinato Monopolo Verticale Inclinato Stilo estraibile Verticale Inclinato PIFA Verticale Inclinato

12 Esposizione a telefoni TACS: T T per vari telefoni Riscaldamento indotto nella testa di un utilizzatore di telefoni cellulari equipaggiati con diversi tipi di antenna f = 900 MHz, P irr = 600 mw Antenna Posizione telefono T max [ C] T cervello [ C] T cristallino [ C] Dipolo Monopolo Stilo estraibile PIFA Verticale Inclinato Verticale Inclinato Verticale Inclinato Verticale Inclinato

13 Esposizione a telefoni TACS: T T vs. SAR Assorbimento di potenza e riscaldamento indotto nella testa di un u utilizzatore di telefono cellulare equipaggiato con antenna estraibile f = 900 MHz, P irr = 600 mw SAR T

14 Esposizione a telefoni TACS: T T in funzione del tempo Riscaldamento indotto nella testa di un utilizzatore di telefono cellulare equipaggiato con antenna estraibile f = 900 MHz, P irr = 600 mw t regime 50 minuti t 90 % regime 15 minuti τ 6 minuti

15 Telefono GSM equipaggiato con antenna ad elica dual band

16 Distribuzioni di SAR e T T per telefono GSM dual-band (potenza irr.: 1 W) 900 MHz 1800 MHz 10 1 W/kg W/kg 10 0 SAR T 1 C C

17 Valori di SAR per telefono GSM dual band (condizioni d uso d realistiche) Frequenza [MHz] Potenza [mw] SAR 1g [W/kg] SAR 10g [W/kg] SAR 1gCERV [W/kg]

18 Ricetta interessante da Internet: come cucinare un uovo sodo Alcuni ricercatori hanno messo un uovo in un portauovo di porcellana tra due cellulari. Quindi li hanno messi in comunicazione tenendoli accesi. Nei primi 15 minuti non è cambiato nulla. Dopo 25 minuti il guscio dell uovo ha cominciato a scaldarsi. Dopo 40 minuti la parte bianca dell uovo era solida. Dopo 65 minuti l uovo era ben cotto!!!

19 Facciamo due conti La precedente notizia, apparsa su diversi siti Internet e sulla stampa, è ovviamente una bufala! Se anche i due cellulari irradiassero il massimo di potenza (250 mw a 900 MHz) ed essa venisse tutta assorbita dall uovo avremmo 500 mw (caso peggiore). In 60 minuti l uovo avrebbe assorbito 1800 Joule. Ipotizzando processo di riscaldamento adiabatico (ipotesi irrealistica su 60 minuti ), peso dell uovo di 60 g, calore specifico di 4000 J/(kg C), avremmo un innalzamento di temperatura di neppure 10 C. In un ambiente a 20 C l uovo sarebbe appena tiepido altro che sodo! Ad ogni buon conto PROVARE PER CREDERE!!!

20 Valutazione delle distribuzioni di SAR a livello di singolo organo / tessuto Distribuzioni puntuali di SAR, ad alta risoluzione, all interno della coclea

21 Valutazione dei livelli di campo sulla membrana cellulare (microdosimetria( microdosimetria) Valori di campo indotti a livello della membrana neuronale

22 Esposizione della popolazione ai campi RF emessi da stazioni radio base A C

23 Condizioni di esposizione: terrazzo, balcone di fronte, strada ANTENNA ANTENNA 2 m 6 m 6 m 8 m ANTENNA 6 m 20 m 30 m 30 m 10 m

24 Terrazzo: E, SAR 6 m ANTENNA 8 m V/m V/m mw/kg f = MHz; P irr = 30 W; G = 14.7 dbi

25 Balcone: E, SAR 6 m ANTENNA 2 m 30 m V/m V/m mw/kg f = MHz; P irr = 30 W; G = 14.7 dbi

26 Strada: E, SAR 6 m 30 m 20 m 10 m mw/cm 2 mw/cm 2 mw/kg f = MHz; P irr = 30 W; G = 14.7 dbi

27 Riepilogo: E, SAR E IMAX (V/m) E IMED (V/m) SAR 1g (W/kg) SAR 10g (W/kg) SAR WB (W/kg) Caso I Terrazzo Caso II Balcone Caso III Strada

28 Esposizione della popolazione a campi RF in scenari complessi GSM900 : G BTS = 18 dbi ; P irr = 30 W ; f = MHz GSM1800 : G BTS = 18 dbi ; P irr = 20 W ; f = MHz WiFi : G AP = 7.5 dbi ; P irr = 100 mw ; f = 2.44 GHz

29 Distribuzioni parziali di SAR dovute ai due sistemi GSM (1/3) SAR mediato su 10 g GSM900 GSM1800

30 Distribuzioni parziali di SAR dovute al sistema WiFi (2/3) SAR mediato su 10 g WiFi

31 Distribuzioni totali di SAR (3/3) SAR mediato su 10 g SAR totale (GSM900 + GSM WiFi)

32 Confronto tra i SAR indotti da un access point WiFi e da un laptop con WiFi Un laptop con scheda WiFi attiva può dar luogo a valori di SAR locali un ordine di grandezza superiori a quelli indotti da un AP SAR 10g 0.35 mw/kg SAR 10g 3 mw/kg

33 Esempio di esposizione lavorativa: manutenzione di un antenna BTS

34 Antenna BTS GSM900: SAR WB Potenza irradiata = 30 W Limite popolazione (0.08 W/kg)

35 Antenna BTS UMTS: SAR WB Potenza irradiata = 30 W Limite popolazione (0.08 W/kg)

36 Esempio di esposizione lavorativa: operatore di una telecamera wireless In spalla Steadicam

37 Posizioni operative considerate per la radio-camera In spalla Appoggiata alle gambe

38 Radio-camera in spalla: distribuzioni di SAR mediate su 10 g Frequenza = 2.6 GHz Potenza irradiata = 100 mw

39 Valori massimi di SAR mediati su 10 g per un operatore di radio-camera Posizione SAR max 10g (2.5 GHz) SAR max 10g (2.6 GHz) SAR max 10g (2.7 GHz) In spalla W/kg W/kg W/kg Appoggiata alle gambe 0.64 W/kg 0.65 W/kg 0.65 W/kg

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