Effetti dei campi elettromagnetici sull'uomo
I campi elettrici e magnetici variabili nel tempo interagiscono con la materia, costituita da particelle dotate di carica elettrica, e in particolare interagiscono con la materia costituente i sistemi biologici quali cellule od organismi complessi come piante e animali. Per quantificare correttamente l’energia assorbita da un materiale, più in particolare dal tessuto umano, si ricorre a grandezze dosimetriche. Queste esprimono densità di corrente, densità di potenza ed energia assorbiti per unita di superficie o di massa.
Vengono quindi definite:
- DENSITÀ DI CORRENTE ‘J’: è definita come la corrente che passa attraverso una sezione unitaria perpendicolare alla sua direzione in un volume conduttore quale il corpo umano o una sua parte. È espressa in A/m2.
- DENSITÀ DI POTENZA ‘S’: si impiega nel caso di frequenze molto alte per le quali la profondità di penetrazione nel corpo è modesta; si tratta della potenza radiante incidente perpendicolarmente a una superficie, divisa per l’area della superficie stessa; e espressa in W/m2.
- ASSORBIMENTO SPECIFICO DI ENERGIA ‘SA’: si definisce come l’energia assorbita per unita di massa di tessuto biologico e si esprime in Joule/kg.
- TASSO DI ASSORBIMENTO SPECIFICO DI ENERGIA ‘SAR’: Si tratta del valore mediato su tutto il corpo o su alcune parti di esso, del tasso di assorbimento di energia per unita di massa del tessuto corporeo. Sono utilizzati sia il SAR mediato su tutto il corpo, sia valori locali per valutare e limitare la deposizione eccessiva di energia in parti piccole del corpo conseguenti a particolari condizione di esposizione. Viene misurato in W/kg.
Densità di corrente J [mA/m2] |
Effetti |
|---|---|
| J > 1000 | Extrasistole e fibrillazione: rischi ben determinati |
| 100 < J <1000 | Stimolazione tessuti: possibili rischi |
| 10 < J < 100 | Possibili effetti sul sistema nervoso |
| 1 < J < 10 | Effetti biologici minori |
Le grandezze appena citate sono utilizzate come riferimento per quantificare gli effetti sul corpo umano e definiscono i limiti di esposizione. Queste però non possono essere misurate direttamente sull’individuo esposto per valutare l’intensità della radiazione, per cui si ricorre a grandezze fisiche direttamente misurabili come campo magnetico e induzione. I limiti di azione infatti, sono definiti in termini di modulo dell’induzione magnetica e del campo magnetico, ricavati attraverso modelli matematici di simulazione del comportamento del corpo umano.
Alle basse frequenze il corpo riesce ad attenuare il campo elettrico all’aumentare della frequenza, in quanto aumenta la costante dielettrica del tessuto rispetto all’aria; questo viene quindi efficacemente schermato. Viceversa il campo magnetico ovvero l’induzione magnetica resta pressoché costante in quanto i tessuti non possiedono proprietà magnetiche e quindi la loro permeabilità magnetica risulta uguale a quella dell’aria; di conseguenza l’organismo non attenua il campo magnetico. Si comprende quindi come il campo magnetico sia l’agente inquinante prevalente ai fini degli effetti biologici che si manifestano alle basse frequenze. Gli effetti diretti, a breve termine o acuti, dovuti ai campi elettromagnetici sono ben rappresentati dalla densità di corrente (A/m2).
Un’altra categoria di effetti sanitari è quella degli effetti a lungo termine che possono essere conseguenza di esposizioni prolungate (anche anni) a livelli di campo anche molto inferiori a quelli connessi agli effetti a breve termine.
Tutti gli effetti conosciuti dovuti a campi elettrici e magnetici variabili nel tempo sono dovuti all’induzione di campi e correnti all’interno dell’organismo esposto.
I campi elettrici esercitano delle forze su qualsiasi particella caricata elettricamente come possono essere gli ioni nei liquidi. Di conseguenza tutte le particelle che vengono investite da un campo elettrico si muovono fino a raggiungere una disposizione superficiale di equilibrio elettrostatico tale per cui all’interno del corpo umano il campo è nullo.
Nel caso in cui il campo elettrico sia variabile nel tempo le cariche modificano la loro posizione in funzione del segno del campo cercando continuamente di raggiungere l’equilibrio, creando di conseguenza un moto alternato di cariche sulla superficie (corrente elettrica indotta dal campo elettrico variabile) che aumenta di intensità all’aumentare della frequenza con cui varia il campo inducente.
In presenza di campo magnetico variabile nel tempo, invece, si attiva un meccanismo diverso in quanto questo campo genera nello spazio circostante un campo elettrico variabile nel tempo. Se il campo elettrico variabile viene prodotto direttamente all’interno del corpo umano, genera una corrente elettrica secondo la legge di Ohm: J =σE .
Mentre il campo elettrico come fonte principale genera correnti superficiali al corpo, il campo magnetico provoca la circolazione di correnti all’interno del corpo stesso interessando parti molto più delicate.
Il campo elettrico generato da un campo magnetico variabile ha una distribuzione spaziale che si può visualizzare tramite linee di forza chiuse su sé stesse e concatenate con le linee di forza del campo magnetico (vedi Fig. 1).
L’induzione di campi e correnti elettriche all’interno del corpo umano dà quindi luogo a due effetti biologici, entrambi potenziali cause di effetti sanitari, quelli connessi alla stimolazione elettrica dei tessuti muscolari e nervosi, e gli effetti termici connessi al riscaldamento per effetto Joule.
Quando gli effetti di questi due fenomeni si presentano subito dopo l’esposizione ai campi, si può parlare di effetti a breve termine, mentre quando si presentano dopo un certo numero di anni per un esposizione prolungata a valori di campo inferiori si parla di effetti a lungo termine.
Campo elettrico
Campo magnetico
Fig. 1 – Correnti indotte nel corpo umano dall’esposizione a un campo E (verticale) o a un campo H (verticale o orizzontale).
Effetti dei campi elettromagnetici sulle apparecchiature elettroniche
I livelli di immunità ai campi magnetici stabiliti nelle norme della serie BS EN 61000 specificano i livelli di immunità elettromagnetica negli ambienti in cui sono necessari vari tipi di apparecchiature per funzionare.
Emissione di campo magnetico
I limiti specificati per vari ambienti e attrezzature sono i seguenti:
Classe 1 – 1A/m (1,26μT)
- Livello ambientale in cui possono essere utilizzati dispositivi sensibili. Monitor CRT dei computer e microscopi elettronici sono esempi.
Classe 2 – 3A/m (3,78μT)
Ambiente ben protetto
- Aree non soggette all’ influenza di sbarre collettrici e trasformatori di tensione esempio cabine elettriche di trasformazione.
- Aree protette di abitazioni, laboratori, uffici e ospedali lontano da conduttori di terra dei sistemi di protezione e gli impianti industriali possono essere rappresentativi di tale ambiente.
Classe 3 – 10A/m (12,6μT)
Ambiente protetto
- Apparecchi elettrici e cavi elettrici che possono provocare perdite di flusso o campi magnetici all’ interno dell’ambiente, compresa la vicinanza dei conduttori di terra dei sistemi di protezione.
- Circuiti di media tensione (MV) e sbarre di distribuzione ad alta tensione (HV) distanti (poche centinaia di metri) da apparecchiature interessate.
Classe 4 – 30A/m (37,8μT)
Ambiente industriale tipico
- Linee elettriche di derivazione corte come sbarre collettrici, ecc.
- Apparecchiature elettriche ad alta potenza che possono provocare perdite di flusso.
- Messa a terra dei conduttori del sistema di protezione.
- Circuiti di media tensione e sbarre collettrici ad alta tensione situate a decine di metri da apparecchiature interessate.
Le centrali elettriche di trasformazione e le sale di controllo delle sottostazioni ad alta tensione possono essere rappresentative di questo ambiente.
Classe 5 – 100A/m (126μT)
Ambiente industriale gravoso
- Conduttori, sbarre collettrici di linee di media e alta tensione che trasportano decine di kA.
- Conduttori di messa a terra del sistema di protezione.
- Prossimità di M. V. e H. V. sbarre.
- Prossimità delle apparecchiature elettriche di alta potenza.
Le aree dei quadri di comando degli impianti industriali pesanti, della media tensione, delle centrali ad alta tensione e delle centrali elettriche possono essere rappresentante di questo ambiente.
Classe X
Ambiente speciale
- Valori di emissione minori o maggiori delle sorgenti di interferenza dai circuiti, cavi conduttori, circuiti elettronici, cavi dell’apparecchiatura e la tipologia dell’ impianto, possono richiedere l’ impiego di un livello ambientale superiore o inferiore a quello sopra descritto.
Va fatto notare che le linee di apparecchiature di livello superiore possono penetrare in un ambiente di minore gravità.