L'energia elettromagnetica a radiofrequenza (RF) e le radiazioni a microonde sono utilizzate in una varietà di applicazioni nell'industria, nel commercio, nella medicina e nella ricerca, così come in casa. Nella gamma di frequenza da 3 a 3 x 108 kHz (ovvero 300 GHz) riconosciamo prontamente applicazioni come trasmissioni radiofoniche e televisive, comunicazioni (telefoni a lunga distanza, telefoni cellulari, comunicazioni radio), radar, riscaldatori dielettrici, riscaldatori a induzione, alimentatori commutati e monitor di computer.
La radiazione RF ad alta potenza è una fonte di energia termica che comporta tutte le implicazioni note del riscaldamento per i sistemi biologici, comprese ustioni, cambiamenti temporanei e permanenti nella riproduzione, cataratta e morte. Per l'ampia gamma di radiofrequenze, la percezione cutanea del calore e del dolore termico non è affidabile per il rilevamento, poiché i recettori termici si trovano nella pelle e non percepiscono prontamente il riscaldamento profondo del corpo causato da questi campi. I limiti di esposizione sono necessari per proteggere da questi effetti nocivi per la salute dell'esposizione ai campi a radiofrequenza.
Esposizione occupazionale
Riscaldamento a induzione
Applicando un intenso campo magnetico alternato un materiale conduttore può essere riscaldato per induzione correnti parassite. Tale riscaldamento viene utilizzato per la forgiatura, la ricottura, la brasatura e la saldatura. Le frequenze operative vanno da 50/60 a diversi milioni di Hz. Poiché le dimensioni delle bobine che producono i campi magnetici sono spesso piccole, il rischio di esposizione di tutto il corpo ad alto livello è piccolo; tuttavia, l'esposizione alle mani può essere elevata.
Riscaldamento dielettrico
L'energia a radiofrequenza da 3 a 50 MHz (principalmente alle frequenze di 13.56, 27.12 e 40.68 MHz) viene utilizzata nell'industria per una varietà di processi di riscaldamento. Le applicazioni includono la sigillatura e la goffratura della plastica, l'asciugatura della colla, la lavorazione di tessuti e tessuti, la lavorazione del legno e la produzione di prodotti diversi come teloni, piscine, rivestimenti per letti ad acqua, scarpe, cartelle per assegni di viaggio e così via.
Le misure riportate in letteratura (Hansson Mild 1980; IEEE COMAR 1990a, 1990b, 1991) mostrano che in molti casi, elettrici e magnetici campi di dispersione sono molto alti vicino a questi dispositivi RF. Spesso le operatrici sono donne in età fertile (cioè dai 18 ai 40 anni). I campi di dispersione sono spesso estesi in alcune situazioni lavorative, con conseguente esposizione di tutto il corpo degli operatori. Per molti dispositivi, i livelli di esposizione ai campi elettrici e magnetici superano tutte le linee guida di sicurezza RF esistenti.
Poiché questi dispositivi possono dare luogo ad un assorbimento molto elevato di energia RF, è interessante controllare i campi di dispersione che emanano da essi. Pertanto, il monitoraggio RF periodico diventa essenziale per determinare se esiste un problema di esposizione.
Sistemi di comunicazione
I lavoratori nei settori della comunicazione e del radar sono esposti solo a intensità di campo di basso livello nella maggior parte delle situazioni. Tuttavia, l'esposizione dei lavoratori che devono salire sulle torri FM/TV può essere intensa e sono necessarie precauzioni di sicurezza. L'esposizione può anche essere notevole vicino agli armadietti del trasmettitore che hanno gli interblocchi disattivati e le porte aperte.
Esposizione medica
Una delle prime applicazioni dell'energia RF è stata la diatermia a onde corte. Di solito vengono utilizzati elettrodi non schermati per questo, che possono portare a campi di dispersione elevati.
Recentemente i campi RF sono stati usati insieme ai campi magnetici statici in risonanza magnetica (MRI). Poiché l'energia RF utilizzata è bassa e il campo è quasi completamente contenuto all'interno della cabina del paziente, l'esposizione degli operatori è trascurabile.
Effetti biologici
Il tasso di assorbimento specifico (SAR, misurato in watt per chilogrammo) è ampiamente utilizzato come quantità dosimetrica e i limiti di esposizione possono essere derivati dai SAR. Il SAR di un corpo biologico dipende da parametri di esposizione quali la frequenza della radiazione, l'intensità, la polarizzazione, la configurazione della sorgente di radiazione e del corpo, le superfici di riflessione e le dimensioni, la forma e le proprietà elettriche del corpo. Inoltre, la distribuzione spaziale SAR all'interno del corpo è altamente non uniforme. La deposizione di energia non uniforme si traduce in un riscaldamento profondo non uniforme del corpo e può produrre gradienti di temperatura interna. A frequenze superiori a 10 GHz, l'energia si deposita vicino alla superficie del corpo. Il SAR massimo si verifica a circa 70 MHz per il soggetto standard ea circa 30 MHz quando la persona è in contatto con il suolo RF. In condizioni estreme di temperatura e umidità, si prevede che SAR per tutto il corpo da 1 a 4 W/kg a 70 MHz provochino un aumento della temperatura interna di circa 2 ºC in esseri umani sani in un'ora.
Il riscaldamento RF è un meccanismo di interazione ampiamente studiato. Sono stati osservati effetti termici a meno di 1 W/kg, ma generalmente non sono state determinate soglie di temperatura per questi effetti. Il profilo tempo-temperatura deve essere considerato nella valutazione degli effetti biologici.
Gli effetti biologici si verificano anche quando il riscaldamento RF non è né un meccanismo adeguato né possibile. Questi effetti spesso coinvolgono campi RF modulati e lunghezze d'onda millimetriche. Sono state proposte varie ipotesi ma non hanno ancora fornito informazioni utili per ricavare i limiti di esposizione umana. È necessario comprendere i meccanismi fondamentali dell'interazione, poiché non è pratico esplorare ogni campo RF per le sue caratteristiche interazioni biofisiche e biologiche.
Studi sull'uomo e sugli animali indicano che i campi RF possono causare effetti biologici dannosi a causa dell'eccessivo riscaldamento dei tessuti interni. I sensori di calore del corpo si trovano nella pelle e non rilevano prontamente il riscaldamento in profondità all'interno del corpo. I lavoratori possono quindi assorbire quantità significative di energia RF senza essere immediatamente consapevoli della presenza di campi di dispersione. Ci sono state segnalazioni secondo cui il personale esposto a campi RF da apparecchiature radar, riscaldatori e sigillanti RF e torri radio-televisive ha sperimentato una sensazione di riscaldamento qualche tempo dopo essere stato esposto.
Ci sono poche prove che le radiazioni RF possano provocare il cancro negli esseri umani. Tuttavia, uno studio ha suggerito che potrebbe agire come promotore del cancro negli animali (Szmigielski et al. 1988). Gli studi epidemiologici sul personale esposto a campi RF sono pochi e generalmente di portata limitata (Silverman 1990; NCRP 1986; WHO 1981). Diverse indagini sui lavoratori professionalmente esposti sono state condotte nell'ex Unione Sovietica e nei paesi dell'Europa orientale (Roberts e Michaelson 1985). Tuttavia, questi studi non sono conclusivi per quanto riguarda gli effetti sulla salute.
La valutazione umana e gli studi epidemiologici sugli operatori di sigillanti RF in Europa (Kolmodin-Hedman et al. 1988; Bini et al. 1986) riportano che possono sorgere i seguenti problemi specifici:
- Ustioni RF o ustioni da contatto con superfici termicamente calde
- intorpidimento (cioè parestesia) nelle mani e nelle dita; sensibilità tattile disturbata o alterata
- irritazione oculare (probabilmente dovuta a fumi di materiale contenente vinile)
- notevole riscaldamento e disagio delle gambe degli operatori (probabilmente a causa del flusso di corrente attraverso le gambe verso terra).
Cellulari
L'uso di radiotelefoni personali è in rapido aumento e ciò ha portato ad un aumento del numero di stazioni base. Questi sono spesso situati in aree pubbliche. Tuttavia, l'esposizione al pubblico di queste stazioni è bassa. I sistemi di solito operano su frequenze vicine a 900 MHz o 1.8 GHz utilizzando la tecnologia analogica o digitale. I microtelefoni sono piccoli trasmettitori radio a bassa potenza che vengono tenuti in prossimità della testa quando sono in uso. Parte della potenza irradiata dall'antenna viene assorbita dalla testa. I calcoli numerici e le misurazioni nelle teste fantasma mostrano che i valori SAR possono essere dell'ordine di pochi W/kg (vedi ulteriore dichiarazione ICNIRP, 1996). La preoccupazione pubblica per il pericolo per la salute dei campi elettromagnetici è aumentata e diversi programmi di ricerca sono dedicati a questo problema (McKinley et al., rapporto non pubblicato). Sono in corso diversi studi epidemiologici sull'uso del telefono cellulare e sul cancro al cervello. Finora è stato pubblicato solo uno studio su animali (Repacholi et al. 1997) con topi transgenici esposti 1 ora al giorno per 18 mesi a un segnale simile a quello utilizzato nella comunicazione mobile digitale. Alla fine degli esperimenti 43 su 101 animali esposti presentavano linfomi, rispetto ai 22 su 100 nel gruppo fintamente esposto. L'aumento è stato statisticamente significativo (p > 0.001). Questi risultati non possono essere facilmente interpretati con rilevanza per la salute umana e sono necessarie ulteriori ricerche su questo.
Standard e linee guida
Diverse organizzazioni e governi hanno emesso standard e linee guida per la protezione dall'eccessiva esposizione ai campi RF. Una rassegna degli standard di sicurezza mondiali è stata fornita da Grandolfo e Hansson Mild (1989); la discussione qui riguarda solo le linee guida emanate dall'IRPA (1988) e lo standard IEEE C 95.1 1991.
Il razionale completo per i limiti di esposizione RF è presentato in IRPA (1988). In sintesi, le linee guida IRPA hanno adottato un valore SAR limite di base di 4 W/kg, al di sopra del quale si ritiene che vi sia una probabilità crescente che possano verificarsi conseguenze negative per la salute a seguito dell'assorbimento di energia RF. Non sono stati osservati effetti avversi sulla salute a causa di esposizioni acute al di sotto di questo livello. Incorporando un fattore di sicurezza pari a dieci per tenere conto delle possibili conseguenze dell'esposizione a lungo termine, 0.4 W/kg viene utilizzato come limite di base per derivare i limiti di esposizione per l'esposizione professionale. Un ulteriore fattore di sicurezza di cinque è incorporato per derivare i limiti per il pubblico in generale.
Limiti di esposizione derivati per l'intensità del campo elettrico (E), l'intensità del campo magnetico (H) e la densità di potenza specificata in V/m, A/m e W/m2 rispettivamente, sono mostrati in figura 1. I quadrati di E ed H i campi sono mediati su sei minuti e si raccomanda che l'esposizione istantanea non superi i valori medi nel tempo di più di un fattore 100. Inoltre, la corrente corpo-terra non deve superare i 200 mA.
Figura 1. Limiti di esposizione IRPA (1988) per l'intensità del campo elettrico E, l'intensità del campo magnetico H e la densità di potenza
Lo standard C 95.1, stabilito nel 1991, dall'IEEE fornisce valori limite per l'esposizione professionale (ambiente controllato) di 0.4 W/kg per il SAR medio sull'intero corpo di una persona e 8 W/kg per il picco SAR fornito a qualsiasi grammo di tessuto per 6 minuti o più. I valori corrispondenti per l'esposizione del pubblico in generale (ambiente non controllato) sono 0.08 W/kg per SAR corpo intero e 1.6 W/kg per picco SAR. La corrente corpo-terra non deve superare i 100 mA in un ambiente controllato e i 45 mA in un ambiente non controllato. (Vedere IEEE 1991 per ulteriori dettagli.) I limiti derivati sono mostrati nella figura 2.
Figura 2. Limiti di esposizione IEEE (1991) per intensità del campo elettrico E, intensità del campo magnetico H e densità di potenza
Ulteriori informazioni sui campi a radiofrequenza e sulle microonde si possono trovare, ad esempio, in Elder et al. 1989, Greene 1992 e Polk e Postow 1986.