II
misurazioni effettuate con strumentazione portatile possono essere falsate dalla aleatorietà
dei segnali o anche da una diminuzione momentanea della potenza trasmessa. La legge
impone anche una attività di continuo controllo dei campi elettromagnetici. Si vuole,
perciò, pervenire ad un sistema di monitoraggio remoto per quello che normalmente è
definito elettrosmog, col duplice vantaggio di avere un riscontro continuo delle radiazioni
emesse e, dati affidabili per statistiche epidemiologiche.
Per realizzare tale sistema si sono approntati modelli di calcolo previsionale del
campo elettromagnetico in ambienti comuni quali aree urbane, suburbane e residenziali, il
cui fine è appunto quello di restituire una preventiva valutazione della situazione reale o
ipotizzata nel caso di future installazioni.
Si è implementato, basandosi su uno di tali modelli, un software in ambiente
Matlab-Simulink la cui affidabilità, testata da un confronto con misure eseguite sul campo,
ne permette un utilizzo all’interno del progetto finale.
Si è potuto disporre quindi di affidabili strumenti matematici e informatici da
utilizzare nei moduli di cui consta il programma di realizzazione e gestione di tale rete di
sensori.
Organizzazione della tesi
Nel lavoro presentato sarà quindi affrontato il problema appena enunciato, non
prima di aver esaminato le questioni e le problematiche ad esso associate.
Nel primo capitolo sono forniti alcuni concetti generali sulle sorgenti di campi
elettromagnetici e sulle interazioni che questi hanno con gli organismi viventi, valutando i
rischi reali conosciuti e quelli temuti di cui ancora si sa poco o nulla.
III
Nel secondo capitolo si darà una panoramica della attuale legislazione e
normativa presente in Italia e, a livello internazionale, analizzando anche casi specifici
relativi a comuni della provincia di Salerno.
Il terzo capitolo vuole fornire una documentazione dettagliata delle sorgenti
artificiali, essendo necessario disporre dei dati e delle caratteristiche, come si vedrà nei
capitoli seguenti, sia per poter realizzare un modello di simulazione non affetto da fattori di
errore già in impostazione, sia per effettuare una corretta misurazione individuando la
strumentazione più idonea.
Nel quarto capitolo saranno esaminati alcuni modelli di calcolo previsionale dei
valori di campo elettromagnetico, partendo da nozioni di base ed approfondendole con
soluzioni di recente impiego sviluppate in particolare in Giappone, Stati uniti, ed Europa.
Tali modelli risultano di importanza fondamentale per un corretto approccio al problema
della previsione, al fine di evitare inutili e dispersive misurazioni. Sarà infine presentato un
software, realizzato per questo lavoro di tesi, in grado, forniti alcuni parametri di ingresso,
di restituire l’andamento del campo elettromagnetico, su un’area ed una quota rispetto al
suolo scelte dall’utente.
Nel quinto capitolo si presenteranno al lettore la strumentazione da utilizzare e la
procedura da seguire, per un corretta misurazione dei valori di campo elettromagnetico,
suggerendo anche miglioramenti e adeguamenti per il prossimo futuro.
Nel sesto capitolo sono riportati i risultati di una campagna di misura effettuata,
nel rispetto delle procedure viste e/o imposte dalla legge. La comparazione tra i dati
ottenuti e quelli previsti, restituisce un errore minimo, imputabile alle cause discusse nei
capitoli quattro e cinque. Tale minima discrepanza rappresenta un successo da un punto di
vista ingegneristico, validando la scelta del programma di simulazione approntato.
IV
Nel settimo ed ultimo capitolo si procederà alla presentazione e alla progettazione,
nella sua architettura, di un sistema di monitoraggio continuo dei campi elettromagnetici,
descrivendone anche i criteri per la gestione dello stesso e, la disposizione logica dei
sensori in base ai criteri di previsione e misurazione discussi nei capitoli quattro e cinque.
1
1.1 Generalità
Negli ultimi decenni, l’esposizione ai campi elettromagnetici, è aumentata con continuità
ed in misura considerevole. L’inquinamento da onde elettromagnetiche ha, pertanto,
assunto particolare importanza nell’ambito di quei problemi connessi alla salute
dell’uomo, di cui si cerca di studiare gli effetti e di prevenire i danni. Nel campo delle
radiofrequenze, l'ambiente nel quale ci siamo evoluti è profondamente mutato. In Italia
oggi ci sono più di 30 milioni di telefoni portatili e 60.000 antenne, frutto di 4 gestori di
telefonia mobile, 700 reti televisive e 2400 stazioni radiofoniche. Ciò comporta valori di
campo elettromagnetico da un milione a un miliardo di volte più elevati rispetto al fondo
naturale, se si considera che la Terra emette ad una densità di potenza di circa 0,00007
mW/cm² con un ampio intervallo di frequenze. Il Parlamento europeo, nella seduta del 10
marzo 1999, ha evidenziato come non possano essere ignorati gli effetti che diversi studi
hanno attribuito all'esposizione della popolazione all'elettrosmog, sottolineando la
necessità che le regolamentazioni rispettino due principi guida:
Capitolo
1
Cenni sulle sorgenti di
inquinamento elettromagnetico e
relativi effetti
2
1) il principio di precauzione (minimizzazione del rischio);
2) il principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable, l’esposizione deve essere
mantenuta al livello ragionevolmente più basso possibile).
In relazione ai risultati complessivamente ottenuti dalla ricerca, alcuni comitati scientifici
indipendenti (ICNIRP, CENELEC in Europa, ANSI negli Stati Uniti) hanno formulato
linee guida e criteri di sicurezza da rispettare, per limitare l'esposizione, della popolazione
e dei lavoratori, ai campi elettromagnetici.
Problema non secondario è poi quello riguardante le possibili interferenze tra varie
apparecchiature elettriche o elettroniche, che inficia il loro corretto funzionamento, donde
la necessità di usare i vari apparati in questione in modo oculato. In base a ciò appare utile
richiamare alcune nozioni di base relative alle radiazioni elettromagnetiche ed alle loro
sorgenti.[1,3,6]
1.2 Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti
Si da una prima differenziazione per le onde elettromagnetiche. La radiazione, colpendo un
oggetto fisico, cede una parte o tutta la sua energia. Quando l'energia ceduta
nell'interazione con la materia è sufficiente a strappare almeno un elettrone dagli atomi o a
dissociare molecole in parti cariche elettricamente, la radiazione si dice ionizzante. Il
minimo potenziale di ionizzazione che deve possedere una radiazione elettromagnetica per
estrarre un elettrone dall'orbita più esterna di una molecola di acqua, o dagli atomi di
idrogeno, ossigeno, azoto e carbonio (i costituenti fondamentali degli organismi viventi),
deve essere maggiore di 12 eV. In base a questa constatazione si classificano, con
riferimento ai sistemi biologici, come radiazioni non ionizzanti (non ionizing radiation o
NIR) le onde elettromagnetiche che possiedono un'energia inferiore a 12 eV. Viceversa, si
classificano come radiazioni ionizzanti (ionizing radiation o IR), quelle che possiedono
3
un'energia fotonica maggiore di 12 eV. Fra le radiazioni ionizzanti, le più energetiche sono
i raggi y, emessi dai nuclei atomici delle sostanze radioattive naturali e artificiali
(radioisotopi) e, nelle reazioni nucleari, i raggi X.
Le radiazioni ionizzanti in genere causano la morte della cellula o una mutazione genetica.
Per quanto riguarda invece l'interazione delle NIR con la materia vivente essa si inquadra
utilmente nei suoi aspetti bioelettrici: microcorrenti dovute alle cariche ioniche libere,
azioni sui livelli rotazionali e vibrazionali delle molecole dipolari, influenza sui metabolici
cellulari ecc.[1,2,9] .
1.3 Classificazione delle radiazioni elettromagnetiche
Le onde elettromagnetiche vengono classificate secondo la frequenza o la lunghezza
d'onda, significando che la preferenza per un criterio o per l'altro è un fatto di mera
consuetudine.
A frequenze molto basse (lunghezze d'onda molto alte) il campo elettrico ed il campo
magnetico si comportano, in pratica, come agenti fisici indipendenti tra loro e l'energia dei
campi resta localizzata attorno alla sorgente; per frequenze superiori il campo
elettromagnetico si manifesta come onde che trasportano energia (radiazione
elettromagnetica). Il modo in cui questi diversi tipi di radiazioni e di campi interagiscono
con le persone è assai diverso, per cui si devono valutare con grande attenzione i possibili
rischi che ne derivano.
Le onde radio e le microonde sono caratterizzate dall'uso di una particolare nomenclatura
come si può evincere dalla tabella riportata in seguito.
Le LF, MF ed HF vanno sotto il nome di radiofrequenze, mentre le VHF ed UHF sono
anche note come onde ultracorte. Le SHF ed EHF sono usate nelle trasmissioni satellitari e
nella realizzazione dei radar.[2,4]
4
Tabella 1.1: Nomenclatura onde radio e microonde
Denominazione Sigla Frequenza Lunghezza d'onda
Frequenze estremamente basse (Extremely low frequency) ELF 0 – 3 kHz 105 – 100 km
Frequenze molto basse (very low frequency) VLF 3- 30 kHz 100 – 10 km
Basse frequenze, onde lunghe (low frequency) LF 30– 300 kHz 10 – 1 km
Frequenze medie, onde medie (medium frequency) MF 300kHz–3MHz 1 km – 100 m
Alte frequenze, onde corte (high frequency) HF 3 – 30 MHz 100 – 10 m
Frequenze molto alte, onde metriche (very high frequency) VHF 30 – 300 MHz 10 –1 m
Onde decimetriche (ultra high frequency) UHF 300MHz–3GHz 1 m – 10 cm
Onde centimetriche (super high frequency) SHF 3 - 30 GHz 10 – 1 cm
Onde millimetriche (extremely high frequency) EHF 30 – 300 GHz 1 cm – 1 mm
1.4 Energia elettromagnetica associata al campo elettrico
La propagazione del campo elettromagnetico implica il trasporto dell’energia
elettromagnetica associata nella direzione di avanzamento dei fronti d'onda.
La potenza per unità di superficie trasportata dall'onda, densità di potenza S, è data da :
HES ×=
e la sua unità di misura è il watt/metro
2
(W/m
2
).
E ed H sono legate da Z
0
(impedenza dell’aria) dalla relazione:
0
2
2
0
Z
E
HZS == .
L'intensità di un campo elettromagnetico può essere specificata indifferentemente fornendo
il valore di S in W/m
2
, oppure il valore efficace del campo elettrico E in V/m o il valore
efficace del campo magnetico H in A/m. A distanza dalla sorgente i campi elettromagnetici
si distribuiscono su superfici sempre più ampie. La conservazione dell'energia implica che,
al crescere della distanza r, la densità di potenza S deve decrescere come 1/r
2
, mentre E ed
H decrescono come 1/r. Questa diminuzione dell'intensità dei campi con la distanza viene
chiamata comunemente “attenuazione di spazio libero”.[10]
5
1.5 Le sorgenti
le sorgenti di campi elettromagnetici, nella moderna società, sono numerose e di diversa
tipologia. si possono classificare in relazione all’applicazione, alla frequenza e alla
potenza. Si riprendono qui brevemente alcune sorgenti, rimandando per una descrizione
particolareggiata al terzo capitolo .
1.5.1 Apparati per comunicazioni radio e televisive
Tali apparati sono progettati per irradiare nello spazio onde elettromagnetiche che
trasferiscono, tramite opportune codificazioni (modulazione d'ampiezza AM, di frequenza
FM, ecc.), l'informazione ai vari sistemi riceventi. Si possono suddividere in elementi che
collegano due punti nello spazio (collegamenti direttivi : ponti radio, comunicazioni
spaziali) e in sistemi che diffondono l'energia su vaste aree (ripetitori radio, TV).
Per gli apparati a diffusione, lo spettro di frequenza va da circa 0.5 MHz (modulazione
d'ampiezza) fino a circa 1 GHz (televisione privata e pubblica). Elementi siffatti sono
facilmente individuabili nell'ambiente. Poiché la ricezione nella zona coperta da impianti di
questo tipo è possibile fin dove l'onda elettromagnetico arriva con un'intensità di campo
elettrico di qualche mV/m, in genere i livelli significativi per la salute umana sono limitati
alle zone circostanti gli impianti (50-100 m). Nel caso di trasmettitori AM (onde medie) i
campi significativi sono presenti nella zona d'induzione.
1.5.2 Ponti radio
Essi vengono utilizzati per collegare due punti distanti in vista, senza ostacoli interposti. In
genere funzionano a frequenze comprese tra 500 MHz e 10 GHz in bande assegnate molto
strette, con potenze dell'ordine dei Watt o al massimo delle decine di Watt e con angoli
di irraggiamento molto stretti. L'apparato irradiante è costituito, generalmente, da uno
6
specchio di forma parabolica illuminato da una sorgente posta nel suo fuoco. I ponti radio
non danno problemi per la sicurezza della popolazione, mentre possono essere fattore di
rischio per i manutentori.
1.5.3 Apparati per la telefonia mobile
I sistemi di radiotelefonia prevedono la comunicazione fra apparecchi mobili (telefoni
portatili) e trasmettitori base fissi (stazioni radiobase) che forniscono la copertura di aree
specifiche dette celle. A metà degli anni '80 fu introdotta una prima generazione di sistemi
radiotelefonici analogici (TACS) che usavano frequenze inferiori a 1 GHz. Oggi i sistemi
analogici (TACS) convivono con quelli digitali che sono basati sullo standard europeo noto
come GSM (Groupe Speciale Mobile). Ogni canale da 25 kHz del sistema analogico
gestisce una chiamata, mentre i sistemi digitali usano lo schema di Accesso Multiplo a
Divisione di Tempo (TDMA) per controllare fino ad otto chiamate per ogni canale da 200
kHz. I pacchetti d'informazione sono trasmessi verso e da ogni stazione mobile in
opportune finestre temporali.
I telefoni portatili sono piccole ricetrasmittenti compatte che vengono normalmente tenute
in prossimità della testa. La loro struttura radiante e ricevente è normalmente un’antenna
montata su un involucro metallico. La testa dell'utente è nel campo vicino della sorgente,
in quanto la distanza dell'antenna dalla testa è di pochi cm, cioè dello stesso ordine di
grandezza della lunghezza d'onda della radiazione emessa. Gli effetti diminuiscono
estendendo l'antenna del telefonino durante l'uso e si minimizzano usando gli auricolari
che permettono di allontanare il telefonino dalla testa.
Le antenne delle stazioni radiobase sono costituite da matrici o array di dipoli e sono
installate su edifici o su torri alti almeno 15 m.
7
Molte sono le metodologie implementate per minimizzare la potenza irradiata dai sistemi
per telefonia cellulare GSM. Si fa sì che la stazione radiobase emetta la potenza minima
necessaria in funzione delle conversazioni in corso assicurando la minimizzazione
dell'esposizione dei soggetti che si trovassero in prossimità delle stazioni. L'aumento delle
stazioni non deve, allora, assumere una valenza negativa: in questo modo, infatti, si
riducono le dimensioni delle celle, si accorcia il percorso radio e si diminuisce la potenza
di emissione. La potenza emessa quindi non è costante, ma varia nel tempo in funzione del
numero di canali occupati, potendo essa allora essere regolata in funzione della distanza
tra la stazione radiobase e quella mobile connessa. Può essere implementata una procedura
di trasmissione discontinua nota come DTX, che consente di annullare la trasmissione
durante le pause della conversazione in corso, scaturendone ovviamente una diminuzione
del livello di potenza emessa. Si sottolinea che i telefoni cellulari operano alla frequenza
minima di circa 900 MHz, ossia nelle microonde; le radiazioni di tale lunghezza d'onda
vengono efficacemente assorbite dai tessuti biologici, soprattutto da quelli ad alto
contenuto di acqua. La tabella di seguito riporta le bande di frequenza di emissione e di
funzionamento di alcune sorgenti.
Tabella 1.2: Bande di frequenza associate a sorgenti comuni
Sorgenti Regione Frequenza Lunghezza d'onda
Frequenza di riga TV
Forni a induzione
VLF 10 - 30 kHz 33 - 10 km
Riscaldatori a induzione LF 30 - 300 kHz 10 - 1 km
Schermi video
Trasmettitori in AM
MF 300kHz-3MHz 1 Km – 100 m
Riscaldatori a radiofrequenza HF 3-30 MHz 100-10 m
Trasmettitore in FM
Televisione
VHF 30 – 300 MHz
10 – 1 m
Radio mobile
Telefoni cellulari
Forni a microonde
UHF 300MHz–3GHz 1 m – 10 cm
Ponti radio SHF 3 – 30 GHz 10 – 1 cm
Radar EHF
infrarosso
30 – 300 GHz
> 300 GHz
1 cm – 1 mm
< 1 mm
8
Tabella 1.3: Attribuzioni delle bande di frequenza
BANDA DELLE FREQUENZE (MHz) ATTRIBUZIONI
37.0-28.0 Forza pubblica(banda bassa -FM)
60.0-70.0 Componenti audio delle emittenti TV (FM)
73.0-74.5 Vigili del fuoco (FM)
76.7-79.2 Forza pubblica (FM)
88.0-108.0 Emittenti radio commerciali
108.0-136.0 Aeronautica civile VHF (AM)
144.0-146.0 Radioamatori VHF (FM)
153.0-155.0 Guardia di finanza VHF (FM)
155.0-156.0 Servizi speciali ministero degli Interni
156.0-162.5 Marina (servizi internazionali) (FM)
156.2-162.5 Marina (servizi nazionali) (FM)
171.0-174.0 Forza pubblica (gamma alta) (FM)
225.0-399.9 Aeronautica militare UHF (AM)
425.0-427.0 Forza pubblica UHF (FM)
430.0-434.0 Servizi civili UHF (FM)
434.0-436.0 Radioamatori UHF (FM)
436.0-470.0 Servizi civili UHF (FM)
452.0-463.0 Forza pubblica (portatili) UHF
50.0-870.0 Emittenti TV
800.0-2000.0 Radiotelefoni portatili
La conoscenza della attribuzione delle bande di frequenza alle diverse emittenti è
necessaria per una maggiore consapevolezza delle probabili sorgenti.[4,5,10]
1.6 Interazione tra radiazioni non ionizzanti e materia vivente
Un organismo vivente, o una qualunque sua parte, come un qualsiasi corpo materiale, in
presenza di campi elettromagnetici, può interagire con essi assorbendone energia. Ciò
avviene mediante le forze esercitate sulle cariche elettriche da parte del campo elettrico e
di quello magnetico.
Per quanto riguarda le caratteristiche elettriche dei tessuti biologici il componente più
significativo è l'acqua che costituisce il 70% del peso corporeo umano. L'acqua circonda e
permea le cellule, in essa sono disciolti ioni salini e grosse molecole organiche. Da
frequenze di 100 MHz in su la dispersione elettrica dei tessuti è essenzialmente
9
determinata dalla dispersione della molecola H
2
O. È allora utile classificare i materiali
biologici in tre gruppi a seconda del loro contenuto d'acqua:
1. materiali ad altissimo contenuto d'acqua (90% o più): sangue, liquido
cerebrospinale ed altri liquidi organici;
2. materiali ad alto contenuto d'acqua ( circa 80%): pelle, muscoli, cervello, organi
interni;
3. ( circa 50%) : grasso, tendini ed ossa.
La profondità di penetrazione della radiazione elettromagnetico dipende dall'attenuazione
manifestata dalla materia attraversata: maggiore è l'assorbimento per unità di spessore,
minore è la profondità di penetrazione, quindi maggiore è il riscaldamento. L'assorbimento
cresce all'aumentare della frequenza (sopra 10 GHz l’assorbimento riguarda
prevalentemente gli strati superficiali della pelle) e del contenuto d'acqua del tessuto. Un
tessuto può comportarsi come conduttore o come isolante in funzione della frequenza del
campo incidente:
• sopra 10 GHz presenta buone proprietà isolanti;
• sotto 1 MHz presenta buone proprietà conduttive;
• a frequenze intermedie le capacità isolanti crescono al crescere della
frequenza.
Per campi a bassissima e a bassa frequenza, inferiori ad 1 MHz, il meccanismo
fondamentale di interazione è l'induzione di cariche e correnti elettriche entro il corpo
umano, mentre l'assorbimento di energia sotto forma di riscaldamento è prevalente per i
campi a frequenza superiore.
L'interazione delle radiazioni non ionizzanti con la materia vivente può comportare
alterazioni della struttura biologica delle cellule e a livello dei vari organi e apparati in
10
modo differente secondo il tipo di radiazione, le modalità delle esposizioni e le
caratteristiche biofisiche delle strutture irradiate.
All'aumentare della frequenza nel meccanismo di conduzione delle correnti viene coinvolta
l'intera cellula, non solo il tessuto extracellulare, come viceversa avviene alle basse
frequenze.
I materiali biologici risultano assimilabili a dielettrici con elevate perdite[7,9].
1.6.1 Effetti biologici e sanitari
I primi studi in materia risalgono agli anni'50 in URSS, a causa di un fenomeno noto come
malattita da radioonde, manifestata dagli operatori radar sotto forma di astenia,
sonnolenza, mancanza di concentrazione, inappetenza, ecc. .
Uno studio del 1996 condotto dai ricercatori della Columbia University ha dimostrato che,
qualora cellule o tessuti umani siano esposti a campi elettromagnetici, vengono prodotte
alcune particolari proteine dette dello "shock termico", preposte alla difesa dell'organismo
a seguito degli aumenti di temperatura. Ebbene, la continua produzione di tali proteine,
sollecitata dal calore prodotto a seguito dell'interazione con i campi elettromagnetici,
perturberebbe il complesso e delicato equilibrio cellulare inducendo alcuni tipi di cancro,
tra cui le leucemie.
Quando un organismo interagisce con un campo elettromagnetico il suo equilibrio viene
perturbato, ma ciò non si traduce automaticamente in un effetto biologico apprezzabile e
ancor meno in un effetto sanitario. Si può parlare di effetto biologico solo in presenza di
variazioni morfologiche o funzionali a carico di strutture a livello superiore, dal punto di
vista organizzativo, a quello molecolare. L'induzione di un effetto biologico non comporta
necessariamente un danno alla salute. Per poter parlare di effetto sanitario occorre che
l'effetto biologico superi i limiti di efficacia dei meccanismi di adattamento dell'organismo,
11
meccanismi le cui caratteristiche variano con l'età, il sesso, lo stato di salute, il tipo e grado
di attività del soggetto, nonché le condizioni ambientali esterne, quali temperatura e
umidità o la contemporanea presenza di altri agenti nocivi.
Gli effetti biologici provocati da radiofrequenze e microonde vengono comunemente
suddivisi in effetti termici o deterministici e in effetti non termici o stocastici. Gli effetti
termici sono imputabili alla trasformazione di energia elettromagnetica in calore. Gli effetti
non termici sono costituiti da alterazioni biologiche in assenza di effetti termici
apprezzabili. A fronte di una ricchissima bibliografia di dati sugli effetti delle radiazioni
elettromagnetiche non ionizzanti bisogna tuttavia riconoscere che la valutazione di essi
risulta spesso difficile. La quantificazione degli effetti biologici è ostacolata da dosimetrie
imprecise e dalle differenze di valutazione che derivano dai rilievi eseguiti su animali di
diversa taglia e dalla difficile estrapolazione all'uomo dei risultati ottenuti in condizioni
sperimentali eterogenee. Numerosi sono i fattori che condizionano gli effetti biologici delle
radiazioni in gioco : frequenza, durata, intensità, contenuto d'acqua dei tessuti, meccanismi
di termoregolazione, grado di vascolarizzazione, sensibilità particolare dei tessuti, hot spot
(equivalenti a punti di alta densità di potenza da riflessioni dell'onda nell'interfaccia tra
tessuti).
Un fattore che influenza notevolmente il meccanismo di assorbimento dell'energia è
costituito dal rapporto tra dimensione del corpo irradiato e lunghezza d'onda della
radiazione stessa.
Il massimo assorbimento di energia si verifica per il cosiddetto "uomo medio", cioè per la
persona del peso di 70 kg ed altezza di circa 1.75 m alla frequenza di 70 MHz. Questo
avviene perché il corpo umano, se non è posto elettricamente a terra (condizione più
frequente) si comporta nei confronti di un'onda elettromagnetico a 70 MHz come
un'antenna a λ /2 e assorbe il massimo dell'energia elettromagnetica. In questa condizione si
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
