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Radiazioni non ionizzanti (view original)

1. Introduzione

Con il termine radiazione vengono intesi quei fenomeni caratterizzati dal trasporto di energia nello spazio.
La caratteristica comune a quasi tutte le tipologie di radiazione è la cessione di energia alla materia.
Esempi di radiazioni sono la luce e il calore.
Le radiazioni non ionizzanti sono quelle radiazioni che non producono ionizzazione nel mezzo attraversato.

Per comprendere il contenuto della pagina è necessario un richiamo ad alcuni concetti generali di fisica.

2. Struttura dell’atomo

La materia è costituita da atomi.
Ogni atomo è composto da un nucleo che contiene la massa reale dell’oggetto, costituita da protoni (carica positiva) e neutroni (carica nulla) che collettivamente sono definiti come nucleoni.
Il nucleo è circondato da elettroni (carica negativa), i quali sono le particelle a cui è dovuto il fenomeno dell’elettricità.

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3. Alcuni stati dell’atomo

Un atomo è “neutro” quando la carica positiva del nucleo coincide con la carica negativa degli elettroni orbitanti, da ciò ne consegue che la carica totale è 0 (le due cariche sono in quantità uguali, quindi si annullano).

Un atomo quando elettricamente carico viene detto "ione". Ciò è dovuto alla perdita o al guadagno di uno o più elettroni rispetto all'atomo neutro e il processo viene chiamato ionizzazione.

Un atomo è “eccitato” quando passa ad una configurazione di maggiore energia.
Durante l'eccitazione il sistema cattura dell' energia dall'ambiente. Gli stati eccitati durano molto poco generalmente: il sistema dovrà necessariamente decadere in uno stato energetico inferiore, o in modo spontaneo o perchè sollecitato da fattori esterni. Durante questo processo viene rilasciata la stessa quantità di energia accumulata durante l'eccitazione. L'energia liberata può essere restituita all'ambiente in vari modi, per esempio sotto forma di radiazione elettromagnetica, calore, vibrazione, moto, ecc..

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4. Distinzione tra radiazioni Ionizzanti e Non Ionizzanti

Ogni volta che pensiamo che dell’energia della radiazione investe la materia, il nostro corpo, dobbiamo sapere che essenzialmente investe un atomo.
Ciò avverrà milioni di volte, in quanto la materia è un aggregato di atomi, ma il processo elementare sarà sempre quello che avviene su un atomo.
Tuttavia, l’interazione tra radiazione e materia non è sempre la stessa.
Possiamo distinguere due casi, rispettivamente quello delle radiazioni “ionizzanti” e quello delle “non ionizzanti”.

4.1 Radiazioni Ionizzanti

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La radiazione, colpendo un atomo neutro, riesce a percepire le cariche, in particolare gli elettroni, sui quali esercita la sua forza.
La radiazione espelle completamente l’elettrone dall’atomo, che non è più neutro.
L’atomo non è più neutro perché, privato di una carica elettrica negativa, la totalità della carica è diversa da 0 (la carica del nucleo positivo è maggiore rispetto alla carica degli elettroni orbitanti).
Un atomo che non è neutro, quindi carico elettricamente, viene definito come “ione”.
In questo caso lo ione è positivo perché ha perso una carica negativa e la carica positiva è predominante.

“Qualunque radiazione che possiede tanta di quella energia da superare quella con cui l’elettrone è legata all’atomo, che quindi è capace di far diventare l'atomo uno ione, è definita come radiazione ionizzante.”

Nella terminologia scientifica, le radiazioni ionizzanti sono indicate con la sigla IR (Ionizing Radiations).

4.2 Radiazioni Non Ionizzanti

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La radiazione, colpendo un atomo neutro, riesce a percepire le cariche, in particolare gli elettroni, sui quali esercita la sua forza.
Questa volta la radiazione non è capace di espellere l’elettrone dall’atomo. Ne consegue soltanto un aumento di energia nell’atomo che diventa eccitato.

“Qualunque radiazione che non possiede tanta di quella energia da superare quella con cui l’elettrone è legata all’atomo, che quindi non è capace di far diventare l'atomo uno ione, è definita come radiazione non ionizzante.”

Nella terminologia scientifica, le radiazioni ionizzanti sono indicate con la sigla NIR (Non Ionizing Radiations).

5. Campo Elettrico & Campo Magnetico

5.1 Campo Magnetico

Il campo magnetico è un campo vettoriale: associa, cioè, ad ogni punto nello spazio un vettore, eventualmente variabile nel tempo, il cui effetto fisico si esplica in termini della forza di Lorentz subita da una carica elettrica in movimento oppure nel momento torcente che agisce su un dipolo magnetico. Le sorgenti del campo magnetico sono le correnti elettriche oppure i dipoli magnetici.Storicamente gli effetti magnetici vengono scoperti grazie a magneti naturali che, allo stesso tempo, generano un campo magnetico e ne subiscono gli effetti per via delle correnti elettriche su scala atomica.La scoperta della produzione di campi magnetici da parte di conduttori percorsi da corrente elettrica si deve a Hans Christian Ørsted nel 1820.La direzione del vettore campo è la direzione indicata dalla posizione d'equilibrio dell'ago di una bussola immersa nel campo. Il verso del vettore campo si determina con la regola della mano destra.Il campo magnetico, solitamente indicato con il vettore B, storicamente era la densità di flusso magnetico o induzione magnetica, e H =(B/μ) era il campo magnetico: questa terminologia è oggi utilizzata per distinguere tra il campo magnetico nel vuoto (B) e quello in un materiale (H, con μ diversa dall'unità). L'unità di misura dell'induzione magnetica B nel SI è il tesla (T), mentre per H si usa l'ampere per metro (A/m)[1]; nel sistema cgs per B si usa il gauss (G), per H l'oersted (Oe).Lo strumento per la misura del campo magnetico è il magnetometro.

5.2 Campo Elettrico

E' così chiamata ogni regione dello spazio ove si esercitano forze elettriche su cariche elettriche. Il campo elettrico è determinato in ogni punto dalla grandezza vettoriale E , quindi è definito in ogni punto da una intensità, una direzione ed un verso. L'intensità, la direzione ed il verso sono pari a quelli della forza elettrica che agisce su un'unità di carica positiva posta in quel punto. Se ne ha una rappresentazione visibile mediante le linee di forza e le superfici equipotenziali. Le linee di forza sono linee orientate secondo il verso di E le cui tangenti coincidono in ogni punto del campo con la direzione del vettore E . Con potenziale di un punto del campo elettrico si intende il valore di energia potenziale che l'unità di carica positiva possiede in quel punto. Si sceglie a piacere un punto come punto zero dell'energia potenziale. I punti di eguale potenziale sono posti su superfici equipotenziali, tali superfici sono perpendicolari alle linee di forza. Una carica elettrica positiva può essere mossa su di una superficie equipotenziale senza perdita ne guadagno di energia, mentre per essere mossa da una superficie a minor potenziale verso una a maggior potenziale richiede un lavoro che, infine, si ritrova sotto forma di maggior energia potenziale posseduta dalla carica. Qualunque carica positiva collocata in un punto del campo elettrico tende a muoversi nel verso della linea di forza passante per quel punto, così facendo vede diminuire il proprio potenziale.Si definisce differenza di potenziale tra due punti M, N del campo elettrico la differenza tra il potenziale nel primo punto ed il potenziale nel secondo punto : VMN = VM - VN .
Nota Bene.: quello di campo è un concetto fondamentale per la descrizione di stati ed effetti nello spazio, risalente a Faraday. I campi di forza (campi vettoriali), quali quelli di forza elettrica, di forza magnetica, di forza gravitazionale, sono definiti dalla intensità, dalla direzione e dal verso di una forza per ogni punto dello spazio. I campi scalari indicano invece la distribuzione nello spazio di valori numerici, ad esempio di temperatura o densità.Se in un punto dello spazio caratterizzato da una intensità di campo elettrico pari ad E vi è una carica pari a Q, si avrà agente sulla carica una forza elettrica pari a F = E•Q , da cui si ricava che l'unità di misura del campo elettrico è il [N / C] . La direzione di questa forza è la stessa del campo, il verso è quello del campo se la carica è positiva, altrimenti è ad esso opposto.
Il potenziale elettrico, essendo un'energia per unità di carica, si misura in [J/C]. Così è pure per la differenza di potenziale. Se in un punto di un campo elettrico ove il potenziale vale V è presente una carica Q , tale carica possederà una energia potenziale elettrica pari a W = Q•V [Joule]. Il [J/C] è chiamato volt [V].

2bzjw5.jpgConsideriamo ora un campo elettrico stazionario (cioè non variabile nel tempo) ed uniforme (cioè non variabile al variare del punto considerato). Prendiamo due punti M, N sulla stessa linea di forza, distanti tra di loro d , ed immaginiamo una carica positiva Q che passi dal punto M al punto N . Tale carica perderà energia potenziale e compirà un lavoro se VM > VN perché sarà la forza elettrica a determinarne lo spostamento, viceversa acquisterà energia potenziale e su di essa bisognerà compiere un lavoro se VM < VN perché si dovrà vincere la forza elettrica con una forza esterna. In ogni caso, per il principio di conservazione dell'energia, dovrà essere il lavoro uguale alla variazione di energia potenziale :
F•d = Q•VM - Q•VN = Q•VMN  E•Q•d = Q•VMN 
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La situazione appena descritta è quella che si verifica nel dielettrico (isolante) posto tra le armature piane e parallele di un condensatore. Nel caso di campi elettrici non uniformi, quanto detto rimane ancora valido solo che si dovranno considerare punti M ed N a distanza tra di loro talmente piccola da potersi ritenere in tale tratto uniforme il campo. Per i campi elettrici si può inoltre dire che il lavoro connesso al movimento di una carica tra due punti M ed N (situati anche su diverse linee di forza) non dipende dal percorso seguito dalla carica per passare da M ad N , ma dipende solo dalla posizione dei punti M ed N ( i campi che godono di tale proprietà sono detti campi conservativi e tale è anche il campo gravitazionale).

6. Campo Elettromagnetico

Quando la frequenza diventa abbastanza alta (>10 MHz) non è più possibile mantenere indipendenti il campo elettrico (E) ed il campo magnetico (H) ed a questa nuova entità si dà il nome di campo elettromagnetico.

Il campo elettromagnetico lascia la sorgente e si allontana nello spazio alla velocità della luce.

Le onde elettromagnetiche furono per la prima volta formalizzate da Maxwell, il quale scrisse le famose quattro equazioni.

Il termine NIR viene utilizzato per indicare i campi elettrici e magnetici nell’intervallo di frequenza da 0 a 300 gigahertz (GHz).

I campi elettromagnetici presentano caratteristiche diverse a seconda della frequenza:
quelli a bassa frequenza - da 0 a 100 kilohertz (kHz) - (come quelli emessi dalle linee elettriche) vanno trattati separatamente da quelli ad alta frequenza - , da 100 kHz a 300 -(quali quelli impiegati nella trasmissione via radio) in quanto caratterizzati sia da diverse modalità di interazione biologica che da differente metodologia di valutazione.
Si distinguono quindi due categorie principali:
- RF e MW = radiofrequenze e microonde
- ELF = frequenze estremamente basse

7. Sorgenti

Dall’ alba dei tempi, la terra ha sempre avuto una quantità naturale di radiazioni non ionizzanti elettromagnetiche. Queste, dovute alle emissioni solari, dell’atmosfera e della terra stessa, sono aumentate proporzionalmente al progresso tecnologico dell’uomo.
Il crescente consumo di elettricità e il maggiore utilizzo di apparecchiature elettriche e di telecomunicazioni mobili comportano un aumento dei campi elettromagnetici.

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8. Effetti sull'uomo

9. Normativa vigente Italiana

Il Capo IV del Titolo VIII contenuto nel Decreto Legislativo 81 del 9 aprile 2008 è la sezione dedicata alla protezione dei lavoratori esposti a CEM. In esso (ed in particolare nell'Allegato XXXVI) si fa riferimento alle restrizioni di base utilizzate dall'ICNIRP (Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non Ionizzanti) per i vari range di frequenza. In particolare, per quanto riguarda i valori limite di esposizione (legati agli effetti biologici), si tiene conto soprattutto:

  • in bassa frequenza (0 - 10MHz) della densità di corrente (Jeff) indotta nella testa e nel tronco, espressa in [mA/m2];
  • in alta frequenza (10MHz - 10GHz) del SAR (Specific Absorption Rate) mediato sul corpo intero, sul capo e sugli arti, espresso in [W/kg].

Per quanto riguarda i valori di azione (legati ai parametri fisici misurabili) le principali grandezze in gioco sono:

  • l'intensità di campo elettrico E [V/m], per il range di frequenze 1Hz - 300GHz;
  • l'intensità di campo magnetico H [A/m] e l'induzione magnetica B [uT], per tutte le frequenze;
  • la corrente di contatto Ic [mA], per il range di frequenze 0 - 110MHz;
  • la densità di potenza di onda piana Seq [W/m2], per il range di frequenze 110MHz - 300GHz.

9.1 Cosa dice la normativa

La Legge Quadro 36/01 sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, è il primo testo di legge organico che disciplina in materia di campi elettromagnetici.

La legge riguarda tutti gli impianti, i sistemi e le apparecchiature per usi civili e militari che possono produrre l’esposizione della popolazione e dei lavoratori ai campi elettromagnetici compresi tra 0 Hz (Hertz) e 300 GHz (GigaHertz).

Il provvedimento indica più livelli di riferimento per l’esposizione:

  • limiti di esposizione che non devono essere superati in alcuna condizione di esposizione per la tutela della salute dagli effetti acuti;
  • valori di attenzione che non devono essere superati negli ambienti adibiti a permanenze prolungate per la protezione da possibili effetti a lungo termine;
  • obiettivi di qualità da conseguire nel breve, medio e lungo periodo per la minimizzazione delle esposizioni, con riferimento a possibili effetti a lungo termine.

La Legge Quadro assegna le seguenti competenze:

lo Stato determina i limiti di esposizione, i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità, la promozione delle attività di ricerca e di sperimentazione tecnico-scientifica nonché di ricerca epidemiologica e lo sviluppo di un catasto nazionale delle sorgenti;
le Regioni determinano le modalità per il rilascio delle autorizzazioni all’installazione degli impianti, la realizzazione del catasto regionale delle sorgenti, l’individuazione di strumenti e azioni per il raggiungimento di obiettivi di qualità;
le ARPA regionali svolgono attività di vigilanza e controllo a supporto tecnico delle relative funzioni assegnate agli enti locali;
i Comuni e le Province svolgono le rispettive funzioni di controllo e vigilanza.
Gli altri provvedimenti nazionali e regionali sono distinti per basse e alte frequenze.

9.2 Normativa ELF

Il DM 29/05/2008 “Approvazione della metodologia di calcolo per la determinazione delle fasce di rispetto degli elettrodotti” si applica agli elettrodotti esistenti e in progetto, con linee aeree o interrate, facendo riferimento all’obiettivo di qualità di 3 µT per l’induzione magnetica, così come stabilito dall’art. 6 del DPCM 08.07.03.
La metodologia stabilisce che sono escluse dall’applicazione alcune tipologie di linee tra cui le linee telefoniche, telegrafiche e a bassa tensione.

Il DM 29/05/2008 “Approvazione delle procedure di misura e valutazione dell’induzione magnetica” si applica a tutti gli elettrodotti, definiti nell’art.3 lett.3 della legge n°36 del 22 febbraio 2001, ed ha lo scopo di fornire la procedura per la determinazione e la valutazione del valore di induzione magnetica utile ai fini della verifica del non superamento del valore di attenzione (10 µT) e dell’obiettivo di qualità (3 µT);

Il DPCM 08/07/2003, disciplina, a livello nazionale, in materia di esposizione della popolazione ai campi elettrici e magnetici a bassa frequenza (50 Hz), fissando:

  • i limiti per il campo elettrico (5 kV/m);
  • i limiti per l’induzione magnetica (100 µT);
  • i valori di attenzione (10 µT) e gli obiettivi di qualità (3 µT) per l’induzione magnetica;

Il decreto prevede, inoltre, la determinazione di distanze di rispetto dalle linee elettriche secondo metodologie da individuare.

La LR 27/93 disciplina, a livello regionale, in materia di esposizione della popolazione ai campi elettrici e magnetici, stabilendo le distanze tra elettrodotti esistenti e nuove abitazioni (o edifici caratterizzati da tempi di permanenza prolungati), tali che a 1,5 m dal suolo non siano superati i valori di campo elettrico e magnetico rispettivamente pari a 0,5 kV/m e 0,2 µT.

Queste distanze sono state calcolate in funzione del potenziale e della tipologia della linea dall’ARPAV e recepite con DRGV n. 1526/00.

La DRGV 1432/02, emanata dalla Regione Veneto nel 2002, prevede si possa ottenere la deroga dalla non edificabilità all’interno delle fasce di rispetto, previo apposite misurazioni e relativa dimostrazione del non superamento del limite di induzione magnetica (0,2 µT). Le misure devono essere fatte secondo un protocollo di misura, elaborato da ARPAV, e adottato dalla Regione Veneto con DGRV n. 3617 del 2003.

10. Normativa di Riferimento Nazionale e Comunitaria

Sulla spinta di diverse direttive europee la legislazione italiana ha cercato di definire dei limiti di esposizione ragionevoli rifacendosi al "principio di cautela":quando un'innovazione tecnologica presenta rischi occorre definire criteri di qualità che le imprese ed i tecnici debbono perseguire e realizzare nel tempo per abbassare sempre di più i livelli di rischio.

la normativa relativa al settore dei CEM si divide in due parti:

  • valutazione di impatto ambientale (VIA) e CEM a frequenza ELF
  • CEM a frequenza RF e MW

1.VIA e campi elettromagnetici a bassa frequenza

la direttiva n. 85/337/CEE del 27 giugno 1985 sulla valutazione di impatto ambientale di determinati progetti pubblici e privati proseguiva una politica basata sul "principio di cautela"

le opere pubbliche o private che dovevano esser esottoposti a VIA venivano suddivise in classi nell'allegato I venivano inseriti i progetti con sicure ripercussioni ambientali mentre nell'allegato II, i progetti da sottoporre a VIA solo a discrezione degli Stati Membri

Nella raccomandazione del consiglio europeo del 1999, il consigli invita gli stati membri alla precauzione senza rinunciare ai progressi tecnologici del CEM poichè fondamentale è offrire a tutti i cittadini della Comunità un'elevato livello di protezione secondo un quadro concordato, essa inoltre si riferisce agli effetti certi che possono derivare dall'esposizione ai CEM.

Nel DPCM 23/04/1992 sono riportati i limiti massimi di esposizione ai campi elettrici e magnetici generati alla frequenza industriale nominale (50 Hz) negli ambienti abitativi e nell'ambiente esterno, essi sono da intendersi relativi agli effetti acuti dei CEM a bassa frequenza, in accordo a quanto riportato dal comitato internazionale per le radiazioi non ionizzanti e dell'Associazione internazionale per le protezioni radiologiche (UNIRC/IRPA).

Limiti di esposizione acuta per elettrodotti e cabine di esposizione:

  • ESPOSIZIONE DI POCHE ORE GIORNALIERE E = 10 Kv/m

B = 1 mT = 800 A/m

  • ESPOSIZIONI PROLUNGATE E = 5 Kv/m

B = 0,1 mT = 80 A/m

11. Associazioni ed Enti

Esistono diverse associazioni volte al controllo, allo studio e alla divulgazione presso sedi civili, pubbliche e specializzate di tutte le informazioni riguardo le radiazioni non ionizzanti.

11.1 Associazione Italiana Radioprotezione

L’AIRP (Associazione Italiana di Radioprotezione) è un’associazione attiva nel territorio italiano dal 1958 il cui scopo è divulgare il sapere scientifico e culturale riguardo la protezione contro le radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.
L’AIRP è inoltre affiliata ad un'altra associazione, l’IRPA (International Radiation Protection Association -> trad. Associazione internazionale di Radioprotezione)

L’associazione ha all’attivo circa 450 soci (appartenenti a varie professioni, tra cui fisici delle radiazioni, medici del lavoro, biologi delle radiazioni, geologi, chimici, ecc…) che lavorano appunto per la protezione contro le radiazioni, ovvero con ricerche, studi, insegnamenti, sorveglianza e controlli sul campo.
Per diventare soci bisogna passare una selezione e dimostrare di possedere una buona cultura specifica ed essere impegnati con costanza nelle varie attività sovraelencate.

Oltre a queste attività, l’associazione organizza regolarmente importanti convegni, giornate di studio e tavole rotonde su vari temi.
Venticinque anni dopo la sua fondazione, l’AIRP ha istituito una Scuola Superiore di Radioprotezione chiamata “Carlo Polvani” con corsi avanzati e specialistici.

11.2 International Radiation Protection Association

Collegamenti Esterni

Associazione Italiana Radioprotezione
International Radiation Protection Association

Autori e colori di riconoscimento

  • Matteo
  • Lorenzo
  • Flavio
  • Giulia L.
  • Giulia Ch.
Bibliography
1. Voce "Eccitazione" da Wikipedia
2. Immagini della presentazione del Professor Martino Grandolfo presso ISS Ilaria Alpi 2010
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