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Relazione ing. Francesco Boella

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Academic year: 2021

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Testo completo

(1)

dr ing. Francesco Boella

INAIL – Settore Ricerca, Certificazione e Verifica

Unità Operativa Territoriale di Venezia-Mestre

(2)

Di cosa parleremo …



Cenni di fisica dei campi elettromagnetici



Introduzione alla propagazione delle onde

elettromagnetiche



Aspetti di interazione con la materia



Le grandezze esposimetriche



Aspetti pratici delle misure



Cenni di radioprotezione

(3)
(4)

Le grandezze fondamentali



Campo elettrico



Campo magnetico



Induzione Magnetica

(5)

Le equazioni fondamentali

nel vuoto 8.854

·

10

-12

F/m

(6)
(7)

Ovvero …



Ampère-Maxwell

(8)

Soluzione delle equazioni di Maxwell



sorgente elettrica ideale puntiforme

P

θ

Φ

z

y

x

r

(9)

Campo vicino e campo lontano

(10)

Campo vicino e campo lontano



campo vicino (reattivo): r<<

λ

istante per istante

-Q

+Q

dl

dl

(11)

Campo elettrico (dipolo)

vicino

reattivo

lontano

radiativo

lontano

radiativo

(12)
(13)

Bassa frequenza



ambito domestico e ufficio



cablaggio elettrico degli edifici



elettrodomestici e altri apparecchi elettrici



schermi televisivi, videoterminali



ambiente esterno



impianti di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica



sistemi di alimentazione delle reti ferroviarie ed assimilabili



ambito industriale



riscaldamento a bassa frequenza per induzione magnetica

(14)

Alta frequenza



ambito industriale e medico



riscaldamento a radiofrequenza per perdite dielettriche

saldatura di materiali plastici

incollaggio del legno



riscaldamento a microonde

disinfestazione di prodotti alimentari

disinfestazione di manufatti artistici

cottura di alimenti

essiccazione di materiali ceramici

radarterapia



altre applicazioni (non termiche)

sistemi di radiolocalizzazione

sistemi diagnostica



ambiente esterno



siti di diffusione radiofonica e televisiva



apparati per supporto e controllo del traffico aereo



impianti per la telefonia cellulare

(15)
(16)

La propagazione ondulatoria

Propagazione nello

spazio di campi

elettrici e magnetici,

variabili nel tempo,

generati da cariche o

correnti oscillanti

(17)

Altre grandezze fondamentali



densità di potenza: S

[W/m

2

]

(potenza che fluisce nell’unità di superficie

posta perpendicolarmente alla direzione di

propagazione dell’onda)



lunghezza d’onda:

λ

[m]



frequenza:

f

[1/s] [Hz]

λ

= c/f

(18)

Ancora sul campo lontano



volume nel quale il campo generato, nel suo propagarsi

assume le caratteristiche di onda piana uniforme, per la

quale i vettori campo elettrico e campo magnetico sono

ortogonali tra loro e con la direzione di propagazione

E/H= 377

e

S= E·H



il limite inferiore della regione di campo lontano è definito

come il massimo tra le due grandezze:

λ

e 2·D

2

/

λ

con D=massima distanza misurabile tra due punti della sorgente

per gli impianti di telefonia cellulare, indicativamente tale limite varia

tra 10 e 25 m in funzione del servizio fornito (GSM, DCS, UMTS) e

quindi delle antenne e delle frequenze utilizzate

(19)

Stima dell’intensità di campo elettrico

generato da antenne trasmittenti

d

P

E

ver

orr

dBi

Att

Att

G

ca

10

/

)

(

10

30

×

×

+

+

=

P

ca

= potenza al connettore d’antenna

G

dBi

= guadagno rispetto all’antenna isotropa

Att

orr

, Att

ver

= attenuazione rispettivamente rispetto

all’orizzontale e verticale

d = distanza

(20)
(21)
(22)
(23)

Campi in mezzi disomogenei

E

1

,D

1

θ

1

θ

2

k

2

E

2

,D

2

k

1

k

i

=

ε

i

/

ε

0

(24)

H

1

,B

1

θ

1

θ

2

µ

2

H

2

, B

2

µ

1

Campi in mezzi disomogenei

µ

2

>>µ

1

µ

2

µ

1

(25)

Interazione tra campi e organismi



l’interazione tra campi elettromagnetici ed organismi

biologici dipende:



dalle caratteristiche dielettriche dei tessuti interessati



dalla frequenza del campo.



i tessuti biologici si comportano, a seconda della

frequenza e del tipo, come dielettrici o come

conduttori in funzione di:



conducibilità elettrica

σ



costante dielettrica assoluta

ε

.

conduttore

buon

1

2

>>

ε

π

σ

f

(26)

Meccanismi di accoppiamento in

bassa frequenza



campo elettrico e campo magnetico

possono considerarsi indipendenti



per frequenze fino ad almeno alcune

centinaia di kHz, si considera la

densità di

corrente indotta nei tessuti

a partire dalle

caratteristiche del campo e dalle modalità

di esposizione.

(27)

Campo elettrico



i tessuti si comportano come buoni

conduttori nei confronti dell'aria che

circonda

l'organismo

esposto:

il

campo

elettrico

non

penetra

significativamente nei tessuti



è possibile considerare l'organismo

esposto come un oggetto omogeneo

perfettamente conduttore

(28)

Campo magnetico



i tessuti biologici non interagiscono

direttamente col campo magnetico

questo induce però delle correnti in

essi, che possono a loro volta

generare

un

campo

magnetico

secondario in grado di perturbare il

campo impresso (anche se in modo

trascurabile per f<100kHz)

(29)
(30)

Meccanismi di accoppiamento in

alta frequenza



Il fattore determinante per l'assorbimento

dell'energia dell'onda elettromagnetica a

cui si è esposti da parte dell'organismo, è

dovuto alla quantità di acqua posseduta

dai tessuti, in quanto questa, per le sue

proprietà

dielettriche, può trasformare

l'energia elettromagnetica in calore. La

formazione di calore comporta la messa in

atto da parte dell'organismo di meccanismi

di termoregolazione che possono aiutare a

disperdere il calore.

(31)

Materiale biologico



una parte della radiazione in arrivo viene

riflessa ed una parte penetra nel

materiale

biologico,

depositandovi

potenza

e

quindi

attenuandosi

esponenzialmente, con una lunghezza di

decadimento tipica (detta profondità di

(32)

Superficie metallica



forte assorbimento, bassa trasmissione



elevata schermatura



elevata riflettività

in prima approssimazione per un buon conduttore

lunghezza di decadimento tipica è data da:

profondità di penetrazione

µσ

π

ωµσ

δ

f

1

2

=

=

(33)

Trasmissione e riflessione

onda piana incidente ortogonalmente

(34)

Esempio: la pelle (umida)

(35)

Confronto (stesso tessuto)



Pelle umida: T=0,25

δ

=0,019 m

(36)
(37)
(38)

Effetti acuti ed effetti cronici

Livello

Parametro fisico

Effetto

Termici

Organismo

Densità di potenza

assorbita

Aumento generale della

temperatura

Organi

Aumento localizzato

della temperatura

Non

Termici

Colture cellulari

Forze sulle cariche

(ioni, elettroni) e sui

dipoli (indotti o

permanenti)

Risonanza

macromolecolare

Cellule (nucleo e

membrana)

Danni alla membrana

Molecole

Danni al DNA

Riattivazione di cellule

dormienti

(39)

Limiti di base e livelli di riferimento



Limiti di base

grandezze dosimetriche basate su effetti sanitari accertati

(es. il riscaldamento dei tessuti)



bassa frequenza: densità di corrente indotta



radiofrequenza/microonde: SAR - Specific Absorption Rate

(derivata temporale dell’energia

assorbita per unità di massa)



Livelli di riferimento

grandezze di esposizione

(direttamente misurabili)



intensità di campo elettrico



intensità di campo magnetico



intensità di induzione magnetica

(40)
(41)
(42)
(43)
(44)
(45)

Misure dosimetriche



è possibile misurare i campi elettrico e

magnetico che incidono sul sistema biologico

in aria, ma non si possono misurare le

potenze assorbite nell’uomo



le distribuzioni di campo indotte (E, SAR,

correnti) nell’uomo sono valutabili solo

attraverso simulazioni numeriche eseguite

mediante codici di calcolo



esistono due categorie di strumenti di misura

della corrente nel corpo:



strumenti di misura della corrente nel corpo

verso terra



strumenti di misura della corrente di

(46)
(47)

Misure di esposizione



valutazione delle grandezze elettromagnetiche a

cui l’organismo è esposto



intensità del campo elettrico E



intensità del campo magnetico H



densità di potenza S

scelta in funzione di



caratteristiche della sorgente

frequenza, potenza irradiata, ciclo attivo, caratt. emettitore,

presenza di altre sorgenti, posizionamento



punto di misura

(48)

Campo Vicino e Campo Lontano



campo vicino



configurazione dei campi dipende dalla struttura

geometrica ed elettrica della sorgente



i campi non sono in fase



i moduli non sono proporzionali

di conseguenza:



campo elettrico e magnetico misurati separatamente



densità di potenza non ha significato



campo lontano



i campi sono in fase



i moduli sono proporzionali

di conseguenza:



misura di campo elettrico o magnetico: Z=E/H=377 [

]

(49)

Modalità di misura



Misure a banda larga



intensità complessiva su un intervallo di frequenze



prima valutazione (di sorveglianza)



Misure a banda stretta



relative a specifica frequenza



approfondimento (di precisione)

(50)

Strumenti misuratori a banda larga



sonde isotrope



indipendenza da disposizione delle sorgenti



valore efficace



indipendenza da polarizzazione e da direzione

di propagazione

sonda costituita da tre schiere ortogonali di

rivelatori sensibili al’intensità del campo

(51)

Caratteristiche fondamentali



sensore deve rispondere ad un parametro senza

spurie rispetto ad altri



sensore di dimensioni tali da non perturbare la misura



incertezza nota



risposta in frequenza nota



tutti i collegamenti non devono perturbare il campo né

accoppiarsi a esso



comportamento conosciuto rispetto ai parametri

ambientali

(52)

Accorgimenti



evitare prossimità con strutture e oggetti metallici



evitare prossimità operatore



posizionare strumentazione in modo stabile

(53)

Strumenti misuratori a banda stretta



banda passante ridotta attorno alla frequenza

di interesse



analizzatore d’onda: voltmetro accordato



analizzatore di spettro: scansione delle frequenze

fornisce ampiezza(f)



utilizzati con antenne calibrate in funzione

(54)
(55)

Campo magnetico in bassa frequenza

h=180 cm

Probe: EHP50

Acquisition Mode: 1 s

Start Date: 03.03.08

Start Time: 11.36.09

Total Duration: 240 s

Average: 22.83 µT

(56)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

0

60

120

180

240

Tempo [sec]

In

d

u

z

io

n

e

M

a

g

n

e

ti

c

a

[

u

T

]

h=150 cm

Campo magnetico in bassa frequenza

Probe: EHP50

Acquisition Mode: 1 s

Start Date: 03.03.08

Start Time: 12.13.37

Total Duration: 240 s

Average: 0.94 µT

(57)

0

1

2

3

4

5

6

0

60

120

180

240

300

360

Tempo [sec]

In

te

n

s

it

à

d

i

C

a

m

p

o

E

le

tt

ri

c

o

[

V

/m

]

Campo elettrico in alta frequenza

h=190 cm

Probe: EP 330

Acquisition Mode: 1 s

Start Date: 03.03.08

Start Time: 15.06.12

Total Duration:

Average: 0.71 V/m

(58)

Valutazione dei campi: SRB

% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 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N

E

W

S

TIM - Cso del Popolo

ð

ð

Radio Carpini SRB Altri Gestori

ð

0 100 200 300 400 Meters

(59)
(60)

Valutazione dei campi. elettrodotto

l=

0

,0

0

l=

1

7

,7

1

l=

3

5

,4

3

l=

5

3

,1

4

l=

7

0

,8

6

l=

8

8

,5

7

l=

1

0

6

,2

9

l=

1

2

4

,0

0

l=

1

4

1

,7

1

l=

1

5

9

,4

3

l=

1

7

7

,1

4

l=

1

9

4

,8

6

l=

2

1

2

,5

7

l=

2

3

0

,2

9

l=

2

4

8

,0

0

l=

2

6

5

,7

1

l=

2

8

3

,4

3

l=

3

0

1

,1

4

h=0,00

h=13,29

h=26,57

h=39,86

h=53,14

h=66,43

h=79,71

h=93,00

h=106,29

h=119,57

h=132,86

h=146,14

h=159,43

h=172,71

h=186,00

h=199,29

h=212,57

h=225,86

h=239,14

h=252,43

h=265,71

h=279,00

h=292,29

h=305,57

Distribuzione del valore efficacie del campo magnetico in microtesla alla quota di 418 m s.l.m.

8-9

7-8

6-7

5-6

4-5

3-4

2-3

1-2

0-1

Corrente in linea

424 A

Valori di campo

magnetico in

µ

T

(61)
(62)
(63)

Esempi di mitigazione (BF)

Configurazione

Interramento

(e schermatura)

(64)



Microcelle



Cavi

Fessurati

(65)

Schermature



riflessione



attenuazione (dissipazione di energia)

dipendono da



campo da schermare (elettrico o magnetico)



frequenza



distanza (campo reattivo o radiativo)



presenza e dimensioni delle aperture

(66)

Masse e messa a terra e filtraggio



in generale: masse collegate tra loro, alla

schermatura e alla messa a terra



collegamenti brevi e di elevata sezione

trasversale (intesa come perimetro)

(terra di sicurezza

terra per radiofrequenza)



Per evitare fughe di correnti a RF:



trasformatori di isolamento/neutralizzazione

(67)

Suggerimenti di comportamento



Osservare le procedure di lavoro suggerite dal Servizio di Prevenzione e Protezione dai rischi.



Utilizzare i dispositivi di sicurezza adottati e conservarli in buono stato.



Utilizzare materiali schermanti ed assorbenti attorno alla sorgente per ridurre alla fonte le possibili

emissioni.



Computer: stare ad almeno 60 cm dal video e, in presenza di più computer, stare ad almeno I

metro dal retro dello schermo del computer del vicino.



Durante I'attività lavorativa mantenersi alla maggiore distanza possibile dal dispositivo emittente,

soprattutto con il corpo, facendo uso, ad esempio, di attrezzi più lunghi o di lenti di ingrandimento.



Verificare periodicamente lo stato di funzionamento dei dispositivi di allarme a soglia e delle

batterie degli stessi.



Verificare che le connessioni elettriche e di trasmissione dei segnali collegate alle

apparecchiature emittenti siano in buone condizioni d'uso; non trascurare le perdite

elettromagnetiche provenienti dalle cattive connessioni di guide d'onda o dalla mancanza di

involucri schermanti o dai cattivi collegamenti a terra delle stesse.



Non sostare o transitare per nessun motivo davanti ad una antenna a parabola di un radar a

meno di conoscerne la distanza di sicurezza



Non sostare senza motivo nei pressi di un dispositivo elettrico con caratteristiche di potenziali

emettitori.



Non transitare frequentemente e/o senza motivo attraverso ambienti in cui sia segnalata

presenza di emissioni di campi elettromagnetici, quando si possano scegliere percorsi alternativi



Nell’organizzazione del lavoro si scelgano postazioni di lavoro a lunga permanenza

(68)

Risonanza Magnetica Nucleare



Campo magnetico statico (e uniforme)

Consente l’interazione tra nuclei di idrogeno e onde radio

magnete permanente “low field” : 0,2÷0,4 T

magnete superconduttore: 0,5÷2, 3, 4, 7 T



Campo magnetico a gradiente

Seleziona lo “strato” da analizzare



Campo elettromagnetico a radiofrequenza

Eccitazione e rilassamento dello strato selezionato e

formazione dell’immagine

(69)



Campo magnetico statico



Rischio per il paziente prima durante e dopo l’esame dentro

e nelle vicinanze dell’apparecchiatura



Rischio per l’operatore dovuto al movimento nel campo

statico



Campo magnetico variabile nel tempo



Campo elettromagnetico a radiofrequenza

Rischio solo per il paziente

Rischio per l’operatore in situazioni particolari



Pazienti pedriatici o che necessitano assistenza



RM interventistica



Manutenzioni e prove/collaudi



Ricerca

(70)

Rischi per i lavoratori

Principio di giustificazione

necessità operative

Principio di ottimizzazione

minimizzazione

tempo di esposizione

Agli

operatori

deve

essere

data

esplicita

indicazione

del

massimo

carico

di

lavoro

sostenibile per non superare i limiti di esposizione

in relazione a:



Caratteristiche tecniche dell’apparecchiatura



Distribuzione del campo magnetico

(71)

Rischi per i pazienti

Principio di giustificazione

rapporto

rischio/beneficio

Principio di ottimizzazione

minimizzazione

livelli di esposizione

Rischi per la popolazione

Accompagnatori

Altri pazienti (e relativi accompagnatori)

Altro personale

(72)

Presidio di Risonanza Magnetica



Zona ad accesso controllato



confinamento



segnaletica (rischio e restrizioni)



Zona di rispetto

campo magnetico disperso compreso tra 0,1 e 0,5 mT



Completamente di proprietà del Datore di Lavoro



Non previste postazioni di lavoro fisse



Dotazioni in funzione di compatibilità elettromagnetica e

di possibile magnetizzazione (ferromagnetici)



Zona controllata

campo magnetico disperso

0,5 mT



Completamente contenuta nella zona ad eccesso

controllato (normalmente sala magnete altrimenti

interdizione)

(73)
(74)
(75)

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