"I RISCHI ELETTRICI E MECCANICI NELL'INFN"
Firenze, 13-14 maggio 2003
CAMPI ELETTROMAGNETICI
Riccardo Musenich
INFN-Genova
Riccardo Musenich: “Campi elettrici e magnetici”
E
[V/m, kV/m]
Firenze, 13-14 maggio 2003
B
[T, mT, mT]
Riccardo Musenich: “Campi elettrici e magnetici”
Firenze, 13-14 maggio 2003
A parte per il caso statico, non si può separare il campo
elettrico da quello magnetico. Un campo elettrico variabile
nel tempo genera, in direzione perpendicolare a se stesso,
un campo magnetico pure variabile che, a sua volta,
influisce sul campo elettrico stesso. Questi campi
concatenati determinano nello spazio la propagazione di un
campo elettromagnetico.
Le perturbazioni dei campi elettromagnetici si propagano
alla velocità della luce tramite le onde elettromagnetiche.
Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dalla
frequenza n o, in modo equivalente, dalla lunghezza d’onda
l:
n=c/l
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0
1000
B.F.
n
RADIOFREQUENZA MICROONDE
100
50 Hz
CAMPI STATICI
l
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1012
1017
INFRAROSSO
10 mm
UV
X
1 nm
LUCE VISIBILE
400-760 nm
Hz
g
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CAMPI MAGNETICI STATICI
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2
TOMOGRAFIA A
RISONANZA MAGNETICA
0.15
0.01
INTERNO DI
UN TRENO
CAMPO MAGNETICO
TERRESTRE
0.0002
0.00005
SMAGNETIZZAZIONE DI
MEMORIE MAGNETICHE
DISTORSIONI NEI
MONITOR A COLORI
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Magneti
Magneti
NMR:
Magneti
Magneti
per rivelatori:
per fusione nucleare:
da laboratorio:
“ibridi”:
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1 - 3.5 T
oltre 10 T
fino a 18 T
6 - 20 T
fino a 35 T
La regione interna di questi magneti, dove il campo è
elevato, è in genere non accessibile.
Il campo magnetico a cui gli operatori sono esposti è il
campo presente all’esterno, nella zona circostante il
magnete (campo disperso).
L’intensità del campo disperso dipende dal campo
massimo, dalle dimensioni del magnete, dalla distanza e
dalla presenza di eventuali schermature.
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Per un solenoide
in assenza di schermatura il campo magnetico disperso,
sull’asse del magnete, è proporzionale all’area
dell’apertura ed è inversamente proporzionale al cubo
della distanza dal centro: BA/d3
In teoria è possibile schermare i campi magnetici
e quindi ridurre il campo disperso con opportune
strutture in ferro. In pratica la schermatura risulta
spesso irrealizzabile per via delle dimensioni
richieste, per il peso o per la forza di attrazione
reciproca tra il ferro ed il magnete.
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EFFETTI DEI CAMPI MAGNETICI STATICI
EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
EFFETTI INDIRETTI
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
ORIENTAZIONE DI MOLECOLE
INDUZIONE DI CORRENTI ELETTRICHE
INTERAZIONE
CON essere
CORRENTI
BIOLOGICHE
Possono
questi effetti
nocivi
per la salute?
INFLUENZA SULLE REAZIONI CHIMICHE
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
Orientazione di molecole
In teoria, tutte le molecole magneticamente anisotrope esposte ad un
campo magnetico subiscono una forza che può determinarne la
rotazione e quindi l’orientazione con il campo.
È stato verificato che il DNA in soluzione all’1% si orienta in un campo
di 13 T.
Si è anche osservato che il segmento esterno dei bastoncelli retinici e
le emazie falciformi deossigenate si orientano in campi magnetici
inferiori a 1 T.
Per questo motivo si ritiene che i campi magnetici elevati possano
costituire un pericolo per le persone affette da anemia falciforme
(possibile formazione di trombi ematici).
A parte ciò, non sembra che vi siano rischi associati all’orientazione
delle molecole.
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
Induzione di correnti elettriche
Una variazione dell’intensità di campo così come il movimento del
corpo in campo magnetico genera correnti elettriche nel corpo
stesso: IdB/dt
Le correnti indotte producono effetti biologici solo per valori >10
mA/m2 corrispondente ad una variazione del campo magnetico
superiore a 0.5 T/s.
Tra 10 e 100 mA/m2 si può avere sensazione di nausea o vertigine ed
effetti sul sistema visivo (magnetofosfeni) ma non si hanno danni
biologici.
Variazioni di intensità del campo inferiori a 6 T/s
non presentano rischi per la salute
Tra 100 mA /m2 e 1 A /m2 si possono avere rischi per la salute e per
valori superiori a 1 A/m2 i rischi sono accertati (extrasistole e
fibrillazioni ventricolari).
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
Interazione con correnti elettriche biologiche
Negli organismi viventi sono sempre presenti correnti
elettriche dovute al movimento di ioni (per esempio, gli
impulsi nervosi) che interagiscono con il campo magnetico
(effetto magnetoidrodinamico).
Dalle ricerche finora condotte risulta che non vi sono rischi
correlati a questo effetto.
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
Influenza sulle reazioni chimiche
È noto che molte reazioni chimiche sono influenzate da campi
magnetici anche dell’ordine del mT.
Gli studi finora condotti in vivo hanno però portato a
risultati non significativi o contraddittori.
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
I numerosi studi finora condotti non hanno mai messo in
evidenza alcuna correlazione diretta tra campi magnetici statici
e insorgenza o crescita di tumori né effetti sul sistema
immunitario,
sulla crescita
cellulare
o sul termine
bilancio ormonale.
Esistono
rischi
a lungo
associati aiEccezioni:
campi magnetici?
nella letteratura medica sono riportati effetti di inibizione della
crescita sia di
linfociti umani esposti a campi maggiori di 4 T [T. Norimura et al, Sangyo
Ika Diagaku Zasshi 15, 103-112, 1993] e sia di cellule tumorali esposte a
campi di 7 T
[R.R. Raylman et al, Bioelectromag 17, 358-363, 1996], ed effetti sia di
inibizione che di stimolazione della sintesi del DNA in fibroplasti
esposti a campi di 0.6 T per
1-10 giorni [F. McDonald, Bioelectromag 14, 187-196, 1993].
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EFFETTI BIOLOGICI DIRETTI
In base agli studi effettuati ed attenendosi
al principio di precauzione sono stati
definiti valori limite per l’esposizione a
campi magnetici.
Inoltre l’esposizione a campi intensi è
sconsigliata alle donne in gravidanza, alle
persone affette da anemia falciforme ed ai
bambini di età inferiore a 14 anni.
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EFFETTI INDIRETTI
Il campo magnetico può interagire con apparecchiature
di vario tipo, talvolta provocandone il disfunzionamento:
attuatori, motori elettrici, soffiatori magnetici . . .
pacemaker, defibrillatori impiantati, pompe per insulina …
Interazione con materiali ferromagnetici
interni che esterni al corpo:
di oggetti sia
protesi, clips, schegge . . .
utensili, sgabelli, bombole di gas, estintori . . .
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- LA ZONA IN CUI IL CAMPO È ELEVATO DEVE
ESSERE DELIMITATA, SEGNALATA E, SE
NECESSARIO,
DEVONO
ESSERE
POSTE
BARRIERE FISICHE;
- SOLO LE PERSONE CHE NON RIENTRANO NELLE CATEGORIE “A
RISCHIO” POSSONO ACCEDERE AL SITO DEL MAGNETE;
- TUTTE LE PERSONE OPERANTI IN PROSSIMITÀ DI UN MAGNETE
DEVONO ESSERE INFORMATE DEI POSSIBILI RISCHI;
- OGNI OGGETTO DI MATERIALE FERROMAGNETICO DOVRÀ
ESSERE TENUTO A DEBITA DISTANZA DAL MAGNETE;
- NESSUN OGGETTO DI MATERIALE FERROMAGNETICO DEVE
ESSERE SPOSTATO IN PROSSIMITÀ DEL MAGNETE;
- GLI ELETTROMAGNETI DEVONO ESSERE FORNITI DI UN
PULSANTE DI SPEGNIMENTO EVIDENTE E FACILMENTE
ACCESSIBILE.
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NORMA CEI-ENV 50166-1 (MAGGIO 1995)
PER I CAMPI MAGNETICI STATICI E
ALTERNATI CON FREQUENZA FINO A 1 HZ
NORMATIVA
PARTE ESPOSTA (LAVORATORI)
CORPO (MEDIA PESATA GIORNALIERA)
INTENSITÀ DI CAMPO
0.2 T
CORPO (VALORE MASSIMO)
2T
ARTI
5T
ESPOSIZIONE CONTINUA
(POPOLAZIONE)
0.04 T
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DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991
e successive modifiche (DM 3 agosto 1993)
INSTALLAZIONE ED USO DI APPARATI PER
RISONANZA MAGNETICA MEDICALE
B>0.5
mT
LIMITI PER
L’ESPOSIZIONE
ZONE
AD ACCESSO
CONTROLLATO
DEL
PERSONALE
E DEI
PAZIENTI
PROCEDURA PER ACCERTARE EVENTUALI
CONTROINDICAZIONI ALL’ESPOSIZIONE
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DECRETO MINISTERIALE 2 AGOSTO 1991
Limite per i pazienti:
tronco e testa
2.5 T (fino a 4 T a giudizio del medico)
arti
4T
dB/dT
20 T/s (o maggiori per brevi periodi)
Limite per gli operatori:
Corpo
0.2 T (1 ora al giorno)
2T
(15 minuti al giorno)
Arti
2T
4T
(1 ora al giorno)
(15 minuti al giorno)
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CAMPI ELETTROMAGNETICI
bassa frequenza (f < 10 KHz)
alta frequenza (10 KHz < f < 300 GHz)
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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.
Riccardo Musenich: “Campi elettrici e magnetici”
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Limite massimo per i campi a 50 Hz:
100 mT
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 mT
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Campi ad alta frequenza
In questo caso l’effetto del campo sui tessuti è
noto ed è legato al riscaldamento.
SAR* [W/Kg] = E2•s/r
Per valori tipici di densità e di conducibilità, 30
V/m corrispondono a un SAR di 1 W/Kg.
*SAR=Specific Adsorption Rate
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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.