CAMPI ELETTROMAGNETICI Riccardo Musenich INFN-Genova "I RISCHI ELETTRICI E MECCANICI NELL'INFN" Firenze, 13-14 maggio 2003

CAMPI ELETTROMAGNETICICAMPI ELETTROMAGNETICI

Riccardo MusenichRiccardo Musenich

INFN-GenovaINFN-Genova

"I RISCHI ELETTRICI E MECCANICI NELL'INFN" Firenze, 13-14 maggio 2003

Riccardo Musenich: “Campi elettrici e magnetici” Firenze, 13-14 maggio 2003

E [V/m, kV/m]

B [T, mT, T]

A parte per il caso statico, non si può separare il A parte per il caso statico, non si può separare il campo elettrico da quello magnetico. Un campo campo elettrico da quello magnetico. Un campo elettrico variabile nel tempo genera, in direzione elettrico variabile nel tempo genera, in direzione perpendicolare a se stesso, un campo magnetico perpendicolare a se stesso, un campo magnetico pure variabile che, a sua volta, influisce sul campo pure variabile che, a sua volta, influisce sul campo elettrico stesso. Questi campi concatenati elettrico stesso. Questi campi concatenati determinano nello spazio la propagazione di undeterminano nello spazio la propagazione di un campo elettromagneticocampo elettromagnetico.. Le perturbazioni dei campi elettromagnetici si Le perturbazioni dei campi elettromagnetici si propagano alla velocità della luce tramite lepropagano alla velocità della luce tramite le onde onde elettromagneticheelettromagnetiche..Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dalla frequenzadalla frequenza o, in modo equivalente, dalla o, in modo equivalente, dalla lunghezza d’ondalunghezza d’onda ::

=c/=c/


0 1000 100 1000 101212 10 101717 Hz Hz

100 10 100 10 m 1 nmm 1 nm

B.F. RADIOFREQUENZA MICROONDE INFRAROSSO UV X

LUCE VISIBILELUCE VISIBILE400-760 nm400-760 nmCAMPI STATICICAMPI STATICI

50 Hz50 Hz


CAMPI MAGNETICI STATICICAMPI MAGNETICI STATICI


2

0.15

0.01

0.0002

0.00005CAMPO MAGNETICOCAMPO MAGNETICOTERRESTRETERRESTRE

SMAGNETIZZAZIONE DI SMAGNETIZZAZIONE DI MEMORIE MAGNETICHEMEMORIE MAGNETICHE

INTERNO DIINTERNO DIUN TRENOUN TRENO

DISTORSIONI NEIDISTORSIONI NEIMONITOR A COLORIMONITOR A COLORI

TOMOGRAFIA ATOMOGRAFIA ARISONANZA MAGNETICARISONANZA MAGNETICA


Magneti per rivelatori:Magneti per rivelatori: 1 - 3.5 T1 - 3.5 TMagneti per fusione nucleare:Magneti per fusione nucleare: oltre oltre 10 T10 TNMR:NMR: fino a 18 T fino a 18 T Magneti da laboratorio:Magneti da laboratorio: 6 - 20 6 - 20 TTMagneti “ibridi”:Magneti “ibridi”: fino a 35 Tfino a 35 T

La regione interna di questi magneti, dove il La regione interna di questi magneti, dove il campo è campo è elevato, è in genere elevato, è in genere non accessibilenon accessibile. . Il campo magnetico a cui gli operatori sono Il campo magnetico a cui gli operatori sono esposti è il esposti è il campo presente all’esterno, nella zona campo presente all’esterno, nella zona circostante il circostante il magnete (magnete (campo dispersocampo disperso).).L’intensità del campo disperso dipende dal L’intensità del campo disperso dipende dal campocampomassimo, dalle dimensioni del magnete, dalla massimo, dalle dimensioni del magnete, dalla distanza e distanza e dalla presenza di eventuali schermature.dalla presenza di eventuali schermature.


Per un solenoidePer un solenoide

in assenza di schermatura il campo magnetico in assenza di schermatura il campo magnetico disperso, sull’asse del magnete, è proporzionale disperso, sull’asse del magnete, è proporzionale all’area dell’apertura ed è inversamente all’area dell’apertura ed è inversamente proporzionale al cubo della distanza dal centro: proporzionale al cubo della distanza dal centro: BBA/dA/d33

In teoria è possibile schermare i campi magneticiIn teoria è possibile schermare i campi magneticie quindi ridurre il campo disperso con opportunee quindi ridurre il campo disperso con opportunestrutture in ferro. In pratica la schermatura strutture in ferro. In pratica la schermatura risultarisultaspesso irrealizzabile per via delle dimensioni spesso irrealizzabile per via delle dimensioni richieste, per il peso o per la forza di attrazionerichieste, per il peso o per la forza di attrazionereciproca tra il ferro ed il magnete.reciproca tra il ferro ed il magnete.


EFFETTI DEI CAMPI MAGNETICI STATICIEFFETTI DEI CAMPI MAGNETICI STATICI

EFFETTI BIOLOGICI DIRETTIEFFETTI BIOLOGICI DIRETTI

EFFETTI INDIRETTIEFFETTI INDIRETTI



ORIENTAZIONE DI MOLECOLEORIENTAZIONE DI MOLECOLE

INFLUENZA SULLE REAZIONI CHIMICHEINFLUENZA SULLE REAZIONI CHIMICHE

INTERAZIONE CON CORRENTI BIOLOGICHEINTERAZIONE CON CORRENTI BIOLOGICHE

INDUZIONE DI CORRENTI ELETTRICHEINDUZIONE DI CORRENTI ELETTRICHE

Possono questi effetti essere nocivi per la salute?Possono questi effetti essere nocivi per la salute?



Orientazione di molecoleOrientazione di molecole

In teoria, tutte le molecole magneticamente anisotrope esposte In teoria, tutte le molecole magneticamente anisotrope esposte ad un campo magnetico subiscono una forza che può ad un campo magnetico subiscono una forza che può determinarne la rotazione e quindi l’orientazione con il campo. determinarne la rotazione e quindi l’orientazione con il campo. È stato verificato che il DNA in soluzione all’1% si orienta in un È stato verificato che il DNA in soluzione all’1% si orienta in un campo di 13 T. campo di 13 T. Si è anche osservato che il segmento esterno dei bastoncelli Si è anche osservato che il segmento esterno dei bastoncelli retinici e le emazie falciformi deossigenate si orientano in campi retinici e le emazie falciformi deossigenate si orientano in campi magnetici inferiori a 1 T. magnetici inferiori a 1 T. Per questo motivo si ritiene che i campi magnetici elevati Per questo motivo si ritiene che i campi magnetici elevati possano costituire un pericolo per le persone affette da anemia possano costituire un pericolo per le persone affette da anemia falciforme (possibile formazione di trombi ematici). falciforme (possibile formazione di trombi ematici). A parte ciò, non sembra che vi siano rischi associati A parte ciò, non sembra che vi siano rischi associati all’orientazione delle molecole.all’orientazione delle molecole.



Induzione di correnti elettricheInduzione di correnti elettriche

Una variazione dell’intensità di campo così come il movimento delUna variazione dell’intensità di campo così come il movimento del corpo corpo inin campo magnetico genera correnti elettriche nel corpo stesso: Icampo magnetico genera correnti elettriche nel corpo stesso: IdB/dtdB/dtLe correnti indotte producono effetti biologici solo per valori >10 mA/mLe correnti indotte producono effetti biologici solo per valori >10 mA/m22

corrispondente ad una variazione del campo magnetico superiore a 0.5 corrispondente ad una variazione del campo magnetico superiore a 0.5 T/s. T/s. Tra 10 e 100 mA/mTra 10 e 100 mA/m22 si può avere sensazione di nausea o vertigine ed si può avere sensazione di nausea o vertigine ed effettieffetti sul sistema visivo (magnetofosfeni) ma non si hanno danni sul sistema visivo (magnetofosfeni) ma non si hanno danni biologici.biologici.

Variazioni di intensità del campo inferiori a 6 T/s Variazioni di intensità del campo inferiori a 6 T/s non presentano rischi per la salutenon presentano rischi per la salute

Tra 100 mA /mTra 100 mA /m22 e 1 A /m e 1 A /m22 si possono avere rischi per la salute e per si possono avere rischi per la salute e per valorivalori superiori a 1 A/msuperiori a 1 A/m22 i rischi sono accertati (extrasistole e fibrillazioni i rischi sono accertati (extrasistole e fibrillazioni ventricolari).ventricolari).



Interazione con correnti elettriche Interazione con correnti elettriche biologiche biologiche

Negli organismi viventi sono sempre presenti correnti Negli organismi viventi sono sempre presenti correnti elettricheelettriche dovute al movimento di ioni (per esempio, gli dovute al movimento di ioni (per esempio, gli impulsi nervosi) cheimpulsi nervosi) che interagiscono con il campo interagiscono con il campo magnetico (effetto magnetoidrodinamico).magnetico (effetto magnetoidrodinamico).Dalle ricerche finora condotte risulta che non vi sono Dalle ricerche finora condotte risulta che non vi sono rischi correlati a questo effetto.rischi correlati a questo effetto.



Influenza sulle reazioni chimicheInfluenza sulle reazioni chimiche

ÈÈ noto che molte reazioni chimiche sono influenzate da noto che molte reazioni chimiche sono influenzate da campi campi

magnetici anche dell’ordine del mT. magnetici anche dell’ordine del mT.

Gli studi finora condotti in vivo hanno però portato a Gli studi finora condotti in vivo hanno però portato a risultati non significativi o contraddittori.risultati non significativi o contraddittori.


I numerosi studi finora condotti non hanno mai messo I numerosi studi finora condotti non hanno mai messo in evidenza alcuna correlazione diretta tra campi in evidenza alcuna correlazione diretta tra campi magnetici statici e insorgenza o crescita di tumori né magnetici statici e insorgenza o crescita di tumori né effetti sul sistema immunitario, sulla crescita cellulare effetti sul sistema immunitario, sulla crescita cellulare o sul bilancio ormonale. o sul bilancio ormonale.


Esistono rischi a lungo termine Esistono rischi a lungo termine

associati ai campi magnetici?associati ai campi magnetici?Eccezioni:Eccezioni:nella letteratura medica sono riportati effetti di inibizione nella letteratura medica sono riportati effetti di inibizione della crescita sia di linfociti umani esposti a campi della crescita sia di linfociti umani esposti a campi maggiori di 4 T maggiori di 4 T [T. Norimura et al, [T. Norimura et al, Sangyo Ika Diagaku ZasshiSangyo Ika Diagaku Zasshi 15, 103- 15, 103-

112, 1993]112, 1993] e sia di cellule tumorali esposte a campi di 7 T e sia di cellule tumorali esposte a campi di 7 T [R.R. Raylman et al, [R.R. Raylman et al, BioelectromagBioelectromag 17, 358-363, 1996] 17, 358-363, 1996], ed effetti sia , ed effetti sia di inibizione che di stimolazione della sintesi del DNA in di inibizione che di stimolazione della sintesi del DNA in fibroplasti esposti a campi di 0.6 T per 1-10 giorni fibroplasti esposti a campi di 0.6 T per 1-10 giorni [F. [F.

McDonald, McDonald, BioelectromagBioelectromag 14, 187-196, 1993]. 14, 187-196, 1993].



In base agli studi effettuati ed In base agli studi effettuati ed attenendosi al attenendosi al principio di precauzioneprincipio di precauzione sono stati definiti valori limite per sono stati definiti valori limite per l’esposizione a campi magnetici.l’esposizione a campi magnetici.

Inoltre l’esposizione a campi intensi è Inoltre l’esposizione a campi intensi è sconsigliata alle donne in gravidanza, sconsigliata alle donne in gravidanza, alle persone affette da anemia alle persone affette da anemia falciforme ed ai bambini di età falciforme ed ai bambini di età inferiore a 14 anni.inferiore a 14 anni.


EFFETTI INDIRETTIEFFETTI INDIRETTI

Il campo magnetico può interagire con Il campo magnetico può interagire con apparecchiature di vario tipo, talvolta apparecchiature di vario tipo, talvolta provocandone il disfunzionamento:provocandone il disfunzionamento:

Interazione con materiali ferromagnetici Interazione con materiali ferromagnetici di di oggetti sia interni che esterni al corpo:oggetti sia interni che esterni al corpo:

pacemaker, defibrillatori impiantati, pompe per pacemaker, defibrillatori impiantati, pompe per insulina …insulina …

protesi, clips, schegge . . .protesi, clips, schegge . . .

utensili, sgabelli, bombole di gas, estintori . . .utensili, sgabelli, bombole di gas, estintori . . .


attuatori, motori elettrici, soffiatori magnetici . attuatori, motori elettrici, soffiatori magnetici . . .. .

- LA ZONA I N CUI I L CAMPO È ELEVATO DEVE ESSERE DELI MI TATA, SEGNALATA E, SE NECESSARI O, DEVONO ESSERE POSTE BARRI ERE FI SI CHE;

- SOLO LE PERSONE CHE NON RI ENTRANO NELLE CATEGORI E “A RI SCHI O” POSSONO ACCEDERE AL SI TO DEL MAGNETE;

- TUTTE LE PERSONE OPERANTI I N PROSSI MI TÀ DI UN MAGNETE DEVONO ESSERE I NFORMATE DEI POSSI BI LI RI SCHI ;

- OGNI OGGETTO DI MATERI ALE FERROMAGNETI CO DOVRÀ ESSERE TENUTO A DEBI TA DI STANZA DAL MAGNETE;

- NESSUN OGGETTO DI MATERI ALE FERROMAGNETI CO DEVE ESSERE SPOSTATO I N PROSSI MI TÀ DEL MAGNETE;

- GLI ELETTROMAGNETI DEVONO ESSERE FORNI TI DI UN PULSANTE DI SPEGNI MENTO EVI DENTE E FACI LMENTE ACCESSI BI LE.


NORMATIVANORMATIVANORMATIVANORMATIVA

NORMA CEI-ENV 50166-1 (MAGGIO 1995)NORMA CEI-ENV 50166-1 (MAGGIO 1995)NORMA CEI-ENV 50166-1 (MAGGIO 1995)NORMA CEI-ENV 50166-1 (MAGGIO 1995)

PER I CAMPI MAGNETICI STATICI EPER I CAMPI MAGNETICI STATICI EALTERNATI CON FREQUENZA FINO A 1 HZALTERNATI CON FREQUENZA FINO A 1 HZ

PER I CAMPI MAGNETICI STATICI EPER I CAMPI MAGNETICI STATICI EALTERNATI CON FREQUENZA FINO A 1 HZALTERNATI CON FREQUENZA FINO A 1 HZ

PARTE ESPOSTA (LAVORATORI ) I NTENSI TÀ DI CAMPO

CORPO (MEDI A PESATA GI ORNALI ERA) 0.2 T

CORPO (VALORE MASSI MO) 2 T

ARTI 5 T

PARTE ESPOSTA (LAVORATORI ) I NTENSI TÀ DI CAMPO

CORPO (MEDI A PESATA GI ORNALI ERA) 0.2 T

CORPO (VALORE MASSI MO) 2 T

ARTI 5 T

ESPOSI ZI ONE CONTI NUA

(POPOLAZI ONE) 0.04 T

ESPOSI ZI ONE CONTI NUA (POPOLAZI ONE)

0.04 T


DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991e successive modifiche (DM 3 agosto 1993)e successive modifiche (DM 3 agosto 1993)

INSTALLAZIONE ED USO DI APPARATI PERINSTALLAZIONE ED USO DI APPARATI PERRISONANZA MAGNETICA MEDICALERISONANZA MAGNETICA MEDICALE

DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991e successive modifiche (DM 3 agosto 1993)e successive modifiche (DM 3 agosto 1993)

INSTALLAZIONE ED USO DI APPARATI PERINSTALLAZIONE ED USO DI APPARATI PERRISONANZA MAGNETICA MEDICALERISONANZA MAGNETICA MEDICALE

B>0.5 mT B>0.5 mT

ZONE AD ACCESSO CONTROLLATOZONE AD ACCESSO CONTROLLATO

B>0.5 mT B>0.5 mT

ZONE AD ACCESSO CONTROLLATOZONE AD ACCESSO CONTROLLATO

PROCEDURA PER ACCERTARE EVENTUALIPROCEDURA PER ACCERTARE EVENTUALI

CONTROINDICAZIONI ALL’ESPOSIZIONECONTROINDICAZIONI ALL’ESPOSIZIONE

PROCEDURA PER ACCERTARE EVENTUALIPROCEDURA PER ACCERTARE EVENTUALI

CONTROINDICAZIONI ALL’ESPOSIZIONECONTROINDICAZIONI ALL’ESPOSIZIONE

LIMITI PER L’ESPOSIZIONE LIMITI PER L’ESPOSIZIONE DEL PERSONALE E DEI PAZIENTIDEL PERSONALE E DEI PAZIENTI

LIMITI PER L’ESPOSIZIONE LIMITI PER L’ESPOSIZIONE DEL PERSONALE E DEI PAZIENTIDEL PERSONALE E DEI PAZIENTI


DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 19911991

DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 19911991

Limite per i pazienti:Limite per i pazienti:

tronco e testatronco e testa 2.5 T (fino a 4 T a giudizio del medico) 2.5 T (fino a 4 T a giudizio del medico)

artiarti 4 T4 T

dB/dTdB/dT 20 T/s (o maggiori per brevi periodi)20 T/s (o maggiori per brevi periodi)

Limite per gli operatori:Limite per gli operatori:

CorpoCorpo 0.2 T 0.2 T (1 ora al giorno)(1 ora al giorno)2 T 2 T (15 minuti al giorno)(15 minuti al giorno)

ArtiArti 2T2T (1 ora al giorno)(1 ora al giorno)4T4T (15 minuti al giorno)(15 minuti al giorno)

Limite per i pazienti:Limite per i pazienti:

tronco e testatronco e testa 2.5 T (fino a 4 T a giudizio del medico) 2.5 T (fino a 4 T a giudizio del medico)

artiarti 4 T4 T

dB/dTdB/dT 20 T/s (o maggiori per brevi periodi)20 T/s (o maggiori per brevi periodi)

Limite per gli operatori:Limite per gli operatori:

CorpoCorpo 0.2 T 0.2 T (1 ora al giorno)(1 ora al giorno)2 T 2 T (15 minuti al giorno)(15 minuti al giorno)

ArtiArti 2T2T (1 ora al giorno)(1 ora al giorno)4T4T (15 minuti al giorno)(15 minuti al giorno)




CAMPI ELETTROMAGNETICI

bassa frequenza (f < 10 KHz)bassa frequenza (f < 10 KHz)

alta frequenza (10 KHz < f < 300 GHz)alta frequenza (10 KHz < f < 300 GHz)


Campi a bassa frequenza

Non ci sono evidenze di effetti dei campi elettromagnetici a bassa frequenza (50 Hz) sulla salute umana. C’è il sospetto che l’esposizione per tempi lunghi possa favorire l’insorgere di leucemie infantili (esistono prove sia a favore e sia contro questa ipotesi) per cui, in base al principio di precauzione sono stati posti limiti per legge.


Limite massimo per i campi a 50 Hz:

100 T 5 KV/m (valori efficaci mediati su 24

ore)

Limite in prossimità delle aree di gioco, nelle abitazioni, nelle scuole e nei luoghi a permanenza non inferiore a 4 ore:

0.2 T


Campi ad alta frequenza

In questo caso l’effetto del campo sui tessuti è noto ed è legato al riscaldamento.

SAR* [W/Kg] = E2•/

Per valori tipici di densità e di conducibilità, 30 V/m corrispondono a un SAR di 1 W/Kg.

*SAR=Specific Adsorption Rate


Limiti massimi per i campi ad alta frequenza (decreto 381 del 10 settembre 1998):

0.1 – 3 MHz 60 V/m

3 MHz – 3 GHz 20 V/m

3 – 300 GHz 40 V/m

Per le nuove installazioni e per l’adeguamento di quelle esistenti il limite è 6 V/m a qualsiasi frequenza.

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