Esposizione ai campi elettromagnetici
Campi elettromagnetici I campi elettromagnetici si propagano sotto forma di onde elettromagnetiche, frequenza numero di oscillazioni che l'onda elettromagnetica compie in un secondo. L'unità di misura della frequenza è l'hertz (1 Hz equivale a una oscillazione al secondo). I campi elettromagnetici e le radiazioni ottiche fanno parte delle radiazioni non ionizzanti (Non Ionising Radiation, NIR): radiazioni elettromagnetiche che hanno un energia non sufficiente a rompere i legami ionici o i legami tra molecole; coprono un intervallo di frequenza molto esteso, che parte dai campi statici per arrivare fino alla radiazione ultravioletta. Il modello matematico che descrive i fenomeni elettromagnetici è il sistema di equazioni introdotto da J.C. Maxwell. Molto semplicemente a frequenze più basse i due campi che descrivono il fenomeno elettromagnetico, campo elettrico E (misurato in Volt/m) e campo magnetico H (misurato in Ampère/m), sono legati dalle equazioni di Maxwell nel modo più generale, mentre a frequenze più elevate i legami tra questi due campi, nella zona di radiazione, sono semplici e la conoscenza dell uno consente la diretta determinazione dell altro. Dal punto di vista quantitativo è in tal caso sufficiente conoscere la densità di radiazione (Watt/mq).
Campi elettromagnetici ad alta frequenza e a bassa frequenza Sulla base della frequenza viene effettuata una distinzione tra: impatto elettromagnetico generato da campi a bassa frequenza (0 Hz 10 khz), nel quale rientrano i campi generati dagli elettrodotti che emettono campi elettromagnetici a 50 Hz; dominante l effetto di H impatto elettromagnetico generato da campi ad alta frequenza (10 khz 300 GHz) nel quale rientrano i campi generati dagli impianti radiotv e di telefonia mobile e in generale apparati per telecomunicazioni. dominante l effetto di E Questa distinzione è necessaria in quanto le caratteristiche dei campi in prossimità delle sorgenti variano al variare della frequenza di emissione, così come variano i meccanismi di interazione di tali campi con i tessuti biologici e quindi le possibili conseguenze correlabili all'esposizione umana (effetti sulla salute).
Lunghezza d onda d Frequenza 10 6 10 3 10 0 10 4 10 7 m Hz RADIAZIONI 10 7 3 x 10 15 IONIZZANTI λ 0 3 x 10 14 3 x 10 11 3 x 10 8 3 x 10 4 3 x 10 1 RADIAZIONI NON IONIZZANTI FREQUENZE OTTICHE FREQUENZE NON OTTICHE Radiazione infrarossa Radiofrequenze Basse frequenze CAMPI STATICI UV Vis Microonde Diagnostica a raggi X Radioisotopi Sterilizzazione Laser Lampade Sorgenti termiche Telecomandi Impianti radar Radarterapia Telefonia cellulare Forni a microonde Ponti radio Emissioni radiotelevisive Marconiterapia Radioamatori Saldatura e incollaggio Riscaldamento a induzione Metal detector Videoterminali Magnetoterapia Elettrodomestici Linee elettriche Linee telefoniche RMN Elettrolisi
Effetti biologici ed effetti sanitari I campi elettromagnetici interagiscono con la materia, costituita da particelle dotate di carica elettrica, ed in particolare interagiscono con la materia costituente i sistemi biologici quali cellule od organismi complessi come piante ed animali, e tra gli animali l uomo. Modifiche dei sistemi biologici (effetti biologici) che a volte, se di entità tale da non essere facilmente compensate dall organismo, possono condurre ad una condizione di danno per la salute (effetti sanitari). Gli effetti sanitari possono essere conseguenza di esposizioni a livelli di campo che possiamo ai fini pratici considerare alti, poiché non si tratta di esposizioni facilmente riscontrabili negli ambienti di vita, né nella maggior parte degli ambienti di lavoro. Le esposizioni necessarie per l instaurarsi di tale tipo di effetti sono generalmente di breve durata e in questo senso si parla di effetti a breve termine, o acuti. Per gli effetti sanitari esiste ed è stata stabilita una soglia di insorgenza e la gravità dell effetto può variare in funzione dell intensità dell esposizione.
Effetti a bassa frequenza I campi magnetici a bassa frequenza (fino a 10 MHz) provocano la circolazione di correnti indotte all interno del corpo. L intensità di queste correnti dipende dall intensità del campo magnetico esterno. Se sufficientemente elevate, queste correnti possono provocare effetti sul sistema nervoso (stimolazione di nervi e muscoli, induzione di lampi luminosi nel campo visivo, noti come magnetofosfeni), sul sistema cardiovascolare (aritmie, fibrillazione, asistolia) o influenzare altri processi biologici.
Effetti biologici dei campi elettromagnetici a radiofrequenza Le sorgenti che emettono radiazioni a radiofrequenza (RF da 100 KHz a 300 MHz) sono radiazioni non ionizzanti (NIR Non Ionizing Radiation), come gran parte dell ultravioletto, del visibile e dell infrarosso. Meccanismo più importante per l assorbimento di energia a radiofrequenza: polarizzazione per orientamento sui dipoli permanenti già esistenti che, sottoposti all azione del campo elettrico, tendono ad allinearsi con il campo stesso. Il rilascio di energia all interno del corpo è quantificabile attraverso la valutazione del tasso di assorbimento specifico SAR (Specific Absortion Rate), che è il rapporto tra la potenza assorbita e la massa di tessuto irradiato.
SAR: Specific Absorption Rate (I) SAR: grandezza dosimetrica ed indica la misura o la stima dell energia a RF e/o a microonde nell unità di tempo e quindi della potenza depositata in un soggetto irradiato. SAR: legato al valore efficace dell intensità del campo elettrico interno E i del punto di interesse tramite la:! W 2 i SAR = $ " Ei " = "! ΔW i è la potenza elettromagnetica assorbita in un volume elementare ΔV i, σ è la conducibilità del mezzo considerato, 1 # ρ è la densità della materia in [Kg/m 3 ] dell elemento di volume ΔV i. # V i
SAR: Specific Absorption Rate (II) SAR locale o specifico: tasso di energia trasferita ad un elemento infinitesimale di volume del corpo, in un punto di esso, diviso per la massa dell elemento di volume. distribuzione locale della potenza elettromagnetica presenza di eventuali concentrazioni di energia (hot spots) che possono essere fonti di rischio se hanno luogo in organi particolarmente sensibili e/o scarsamente vascolarizzati. SAR medio (SAR m ): potenza assorbita nell unità di tempo nell intero volume V. Se V corrisponde all intero organismo il SAR m fornisce un idea della quantità di calore immessa nel corpo dalla sollecitazione alla quale è sottoposto il sistema termoregolatore.
SAR: Specific Absorption Rate (III) Il calore dissipato dall organismo umano (metabolismo basale) è dell ordine di 1 o 2 W/Kg e sale a circa 4 W/Kg per un uomo che cammina a passo veloce. Valori del SAR m sull intero corpo inferiori a 1 W/Kg non generano un carico eccessivo per il sistema di termoregolazione. Il SAR non dipende solo dalle dimensioni del corpo ma anche dall orientamento di questo rispetto al campo elettrico, al campo magnetico e alla direzione di propagazione. Intervallo di frequenze in cui l assorbimento è massimo (frequenza di risonanza). La frequenza aumenta al diminuire delle dimensioni dell oggetto irradiato e, a parità di densità di potenza incidente, aumenta il valore di picco di assorbimento. Importanza del SAR di picco
I valori dei limiti di esposizione sono basati sul SAR spaziale medio parametro significativo per la correlazione fra gli effetti biologici e l esposizione alle RF. Effetto biologico: variazioni morfologiche o funzionali a carico di strutture di livello superiore a quello molecolare Gli effetti sull organismo dovuti all assorbimento di energia elettromagnetica si possono distinguere in due categorie: effetti termici effetti non termici Effetti biologici dovuti all irradiazione a radiofrequenza sono stati riscontrati per aumenti della temperatura locale (effetto termico) o del corpo pari o superiore ad 1 C, che si ha in corrispondenza di valori di SAR superiori a 1 2 W/Kg.
Criteri protezionistici e normativi (1/4) Diverse organizzazioni internazionali hanno emanato normative per la protezione della popolazione e dei lavoratori dai CEM: NRPB (National Radiological Protection Board) CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) ICNIRP (International Commission on NonIonizing Radiation Protection) IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Le normative citate hanno molti aspetti in comune: sono basate sulla stessa letteratura scientifica considerando solo effetti chiaramente documentati prevedono ampi margini di sicurezza rispetto ai livelli di soglia per effetti potenzialmente nocivi.
Criteri protezionistici e normativi (2/4) La protezione dagli effetti termici, per i quali vi è danno certo, si attua con la definizione di: Limiti primari o limiti di base legati agli effetti sanitari acuti ed espressi per mezzo di grandezze dosimetriche, interne al corpo umano. Limiti derivati o livelli di riferimento caratterizzati dalle grandezze radiometriche, esterne al corpo umano, corrispondenti all'ambiente in cui avviene l'esposizione. Vengono dedotti cautelativamente ipotizzando le più sfavorevoli condizioni di esposizione. I limiti derivati sono fissati rispetto a quelli primari in modo che, se i valori di campo misurati in un ambiente non superano i primi, sicuramente non verranno superati i secondi.
Criteri protezionistici e normativi (3/4) Il Consiglio dell Unione Europea ha emanato una raccomandazione sulla base di diverse considerazioni: tutti i cittadini dell UE hanno diritto allo stesso livello di protezione l esistenza di normative diverse crea confusione e sfiducia le normative dovrebbero essere basate sui migliori dati scientifici le normative dovrebbero prevedere limiti di base e livelli di riferimento le normative dovrebbero essere conformi alle raccomandazioni dell ICNIRP In Italia le normative non contemplano le grandezze dosimetriche, ma solo quelle radiometriche
Criteri protezionistici e normativi (4/4) La legge italiana fissa tre distinti livelli per le grandezze radiometriche: limiti di esposizione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di immissione, che non devono essere superati in alcuna condizione di esposizione (20 V/m per il valore efficace del campo elettrico); livelli di attenzione: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di immissione che non devono essere superati negli ambienti abitativi, scolastici e nei luoghi adibiti a permanenze prolungate. Essi costituiscono misure di cautela ai fini della protezione da possibili effetti a lungo termine (6 V/m per il valore efficace del campo elettrico); obiettivi di qualità: valori del campo elettrico, magnetico o elettromagnetico considerati come valori di emissione degli impianti e delle apparecchiature, da conseguire nel breve, medio e lungo periodo, anche attraverso l uso di tecnologie e metodi di risanamento disponibili, al fine di realizzare gli obiettivi di cautela previsti, anche con riferimento alla protezione da possibili effetti a lungo termine. Obiettivi di qualità sono: i criteri localizzativi, gli standard urbanistici, le prescrizioni e le incentivazioni per l utilizzo delle migliori tecnologie disponibili, etc.
Normativa internazionale limiti derivati (protezione della popolazione) Livelli ICNIRP 1998 aggiornamento per i campi statici 2009 e per le frequenze da 1 a 100 khz nel 2010 Intervallo di frequenza Intensità del campo elettrico (V/m) Intensità del campo magnetico (A/m) Induzione magnetica (µt) Densità di potenza dell'onda piana equivalente (W/m 2 ) 0 1 1 8 8 25 25 800 0.8 3 3 150 0.15 1 1 10 10 400 0.4 2 2 300 Hz Hz Hz Hz khz khz MHz MHz MHz GHz GHz 10000 10000 250/f 250/f 87 87 87/f 1/2 28 1.375f 1/2 61 3.2 x 10 4 3.2 x 10 4 /f 2 4000/f 4/f 5 5 0,73/f 0,73/f 0,073 0.0037f 1/2 0.16 4 x 10 4 4 x 10 4 /f 2 5000/f 5/f 6,25 6,25 0.92/f 0.92/f 0.092 0.0046f 1/2 0.2 2 f/200 10
Normativa internazionale limiti derivati (protezione della popolazione) Normativa Europea Raccomandazione 1999/519/CE Intervallo di frequenza Intensità di campo E (V/m) Intensità di campo H (A/m) Campo B (µt) Densità di potenza dell onda piana equivalente S eq 0 1 Hz 1 8 Hz 8 25 Hz 0.025 0.8 khz 0.8 3 khz 3 150 khz 0.15 1 MHz 1 10 MHz 10 400 MHz 400 2000 MHz 2 300 GHz 10000 10000 250/f 250/f 87 87 87/f 1/2 28 1.375f 1/2 61 3.2 10 4 3.2 10 4 /f 2 4000/f 4/f 5 5 0.73/f 0.73/f 0.073 0.0037f 1/2 0.16 4 10 4 4 10 4 /f 2 5000/f 5/f 6.25 6.25 0.92/f 0.92/f 0.092 0.0046f 1/2 0.20 2 f/200 10 I limiti sono derivati dai livelli proposti dall ICNIRP. Gli stati membri hanno facoltà di imporre limiti più restrittivi (raccomandazione è un atto non vincolante a disposizione di varie istituzioni. Le raccomandazioni sono normalmente dirette agli Stati membri e contengono l'invito a conformarsi ad un certo comportamento).
Leggi e normative nazionali Legge 22 febbraio 2001, n. 36 Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici Decreti Attuativi 8 luglio 2003 (ELF e RF) Decreto attuativo relativo alla legge quadro Decreto Legislativo 1 agosto 2003, n. 259 Decreto legislativo recante il codice delle comunicazioni elettroniche
La legge quadro, 36/2001 Il quadro di riferimento italiano in materia di esposizione ai campi elettromagnetici è regolato dalla legge n.36 del 22 febbraio 2001 Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, completata dai Decreti Attuativi, DPCM 8 luglio 2003. Le disposizioni contenute nella Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici (n.36 del 2001) sono indirizzate alla tutela della popolazione dalla esposizione a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, generati da qualsivoglia tipo di impianto che operi nell intervallo di frequenza 0 Hz 300 GHz e che emetta in ambiente esterno o in ambiente interno; restano escluse le applicazioni mediche a pazienti esposti intenzionalmente per motivi diagnostici o terapeutici. La legge non si limita alla tutela della salute, ma individua anche misure per la salvaguardia dell ambiente e del paesaggio. La legge fissa i compiti delle Regioni, delle Province e dei Comuni. I Comuni sono titolari delle funzioni autorizzative e rivestono un ruolo fondamentale per gli aspetti di pianificazione territoriale e inserimento urbanistico.
Compiti delle Regioni in attuazione della L.36/2001 esercizio delle funzioni relative alla individuazione siti di trasmissione e all autorizzazione all installazione degli impianti fissi per la telefonia mobile, impianti radioelettrici e impianti fissi per radiodiffusione; definizione delle modalità per il rilascio delle autorizzazioni alla installazione degli impianti di competenza regionale; realizzazione del catasto regionale in stretto coordinamento con quello nazionale; concorso alla individuazione di strumenti e di azioni per il raggiungimento degli obiettivi di qualità; concorso all approfondimento delle conoscenze scientifiche relative agli effetti sulla salute derivanti dall esposizione ai campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici; definizione di criteri localizzativi, standard urbanistici, prescrizioni e incentivazioni per l utilizzo delle migliori tecnologie disponibili quali obiettivi di qualità Le Regioni stabiliscono anche le competenze delle Province e dei Comuni tramite l emanazione di leggi regionali di recepimento delle norme nazionali
Il decreto attuativo:dpcm dell 8 luglio 2003 Come previsto dalla Legge Quadro all art.4 comma 2, lettera a), sono stati emanati due distinti Decreti Attuativi (DPCM 8 luglio 2003), che fissano i limiti di esposizione, i valori di attenzione, gli obiettivi di qualità rispettivamente per i campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a diverse frequenze. Limiti di esposizione: nel caso di esposizione a impianti che generano campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici con frequenza compresa tra 100 khz e 300 GHz, non devono essere superati i limiti di esposizione (0.1 < f < 3 MHz 60 V/m; 3 < f < 3000 MHz 20 V/m; 3 < f < 300 GHz 40 V/m) Valori di attenzione: All interno di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore giornaliere e loro pertinenze esterne (esclusi lastrici solari) si assume il valore di attenzione pari a 6 V/m (0.1 MHz < f < 300 GHz) Obiettivi di qualità: Il decreto fissa come obiettivo di qualità il limite di 6 V/m, estendendone l applicazione a tutte le aree intensamente frequentate, che devono essere indicate dai Comuni. Aggiornamento delle conoscenze Il decreto prevede la possibile revisione dei livelli sopra menzionati in conseguenza dell evolversi delle conoscenze scientifiche nei tre anni successivi alla sua entrata in vigore Procedura di riduzione a conformità
Confronto limiti di esposizione Valore efficace del campo elettrico (V/m) 100000 10000 1000 100 10 1 Limiti di esposzione ICNIRP per la popolazione (V/m) Limiti di esposizione ICNIRP per i lavoratori (V/m) Limiti di esposizione Italia per la popolazione (V/m) Vaori di attenzione Italia per la popolazione (V/m) 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06 1.E+08 1.E+10 1.E+12 Frequenza (Hz)
Impianti di telecomunicazioni e impatto sanitario Numero sempre maggiore di installazioni radio per sistemi di telecomunicazioni situazione di diffidenza da parte dell opinione pubblica riguardo ai presunti effetti nocivi delle onde elettromagnetiche. Fino ad ora gli studi effettuati sia in vivo che in vitro riguardanti gli effetti delle onde elettromagnetiche a bassa potenza sui tessuti umani non hanno evidenziato nessun reale rischio. È quindi di cruciale importanza sia per il mondo scientifico sia per l'industria un analisi dettagliata dell'effettivo livello di inquinamento elettromagnetico emesso dalle diverse installazioni.
Impianti fissi di radiocomunicazione (I) Impianti televisivi e radio diffusivi Collegamenti radio puntopunto
Impianti fissi di radiocomunicazione (II) Stazioni radiobase cellulari Stazioni radiobase sistemi cordless
Classificazione in base alla potenza trasmessa e al tipo di antenna installata (I) Installazioni outdoor impianti diffusivi audio e video potenze elevate (ordine dei Kwatt e MegaWatt) posizionati al di fuori dei centri abitati e su alture collegamenti radio puntopunto antenne molto direttive con guadagni molto elevati potenza in trasmissione bassa (alcuni Watt) posizionati sui tetti delle abitazioni o su tralicci, in visibilità SRB per sistemi cellulari potenze non elevate per rendere massima la strategia cellulare (da qualche centinaio di mwatt a qualche decina di Watt) coperture macrocellulari coperture samll cells coperture microcellulari
Classificazione in base alla potenza trasmessa e al tipo di antenna installata (II) Installazioni indoor sistemi cordless e wlan potenze estremamente basse per coprire aree piccole (decina di mwatt) antenne omnidirezionali posizionate in zone accessibili alla popolazione
Strumenti per la valutazione dei livelli di campo Misure (a larga banda oppure selettive) errori dovuti al tipo di strumento Modelli di previsione del campo elettromagnetico errori dovuti ai modelli di previsione e alla rappresentazione dell ambiente L uso di modelli di previsione accurati consente di ridurre il numero di misure, soprattutto in fase preventiva
Il volume di rispetto (1/2) Deve essere possibile individuare il volume di rispetto Il volume di rispetto è una opportuna geometria solida che racchiude tutti i punti dello spazio nei quali la soglia stabilita per il livello di campo (es. E lim = 6 V/m) viene superata. Esistono diverse rappresentazioni geometriche del volume di rispetto: Parallelepipedo Cilindro Coppia di cilindri Rappresentazione del volume di rispetto come parallelepipedo
Il volume di rispetto (2/2) Rappresentazione del volume di rispetto come coppia di cilindri La rappresentazione mediante una coppia di cilindri è più accurata La rappresentazione mediante mediante un parallelepipedo è più immediata, ma in alcuni casi fornisce una stima eccessivamente conservativa
Analisi dei livelli di campo 35 30 25 20 15 10 Piano orizzontale Piano vericale Y 3 V/m 6 V/m 6 d 3 d 2 20 V/m 5 d 0 1 15 10 5 0 5 10 15 20 X d4 14 12 4 TX 2 Z 10 3 V/m 8 6 V/m TX 20 V/m 0 2 20 15 10 5 0 5 10 15 20 X Il volume di rispetto, come definito, sovrastima l area effettiva in cui i limiti vengono superati