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Articolo pubblicato il 17-10-2004
di Claudio Furetta
Dipartimento di Fisica
Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza", Roma (I)
Numero 9 - Anno I
17 Ottobre 2004
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 Radiazioni non Ionizzanti
Interazione delle onde radio e delle microonde con il tessuto biologico
Introduzione
Il termine di radiazioni non ionizzanti (NIR, Non Ionizing Radiations) si riferisce a quelle forme di radiazione elettromagnetica, onde radio, microonde, infrarosso, visibile ed ultravioletto, che interagendo con gli atomi della materia non ne producono la ionizzazione. Tali radiazioni possiedono un'energia minore di 10 eV, che rappresenta in effetti la minima energia necessaria per la ionizazione di un atomo. Si puo' anche parlare di lunghezza d'onda della radiazione, che va da circa 125 nm a svariati km.
In questo breve saggio ci riferiremo essenzialmente alle onde radio ed alle microonde, le cui frequenze e le relative lunghezze d'onda sono date nella seguente Tabella 1.
Per comprendere i danni prodotti sull'organismo umano da una radiazione non ionizzante e' necessario ricordare che ad ogni radiazione e' associata una ben determinata energia. Tenendo conto che una radiazione elettromagnetica e' formata da un campo magnetico e da un campo elettrico oscillanti e fra loro perpendicolari e, a loro volta, perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda, l'energia trasportata dall'onda e' espressa da una grandezza fisica chiamata vettore di Poynting e rappresenta l'energia che attraversa, nell'unita' di tempo, una superfice normale alla direzione di propagazione dell'onda incidente.L'unita' di misura e' il W/m2 .
Quando una radiazione elettromagnetica urta un ostacolo, una parte dell'onda incidente viene riflessa ed una parte trasmessa all'interno del materiale. In questo ultimo caso, nel materiale sono presenti campi magnetici ed elettrici, oscillanti con una frequenza tipica della radiazione stessa, che interagiscono con gli atomi e le molecole della materia attraversata cedendo una parte della loro energia.
I meccanismi con cui l'energia viene ceduta dipendono dalla frequenza dell'onda incidente e dalle caratteristiche dei materiali attraversati. Anche gli effetti di tale cessione d'energia sono diversi a seconda del materiale attraversato, in particolare se il materiale e' un isolante o un conduttore.
Vediamo il caso di un materiale non perfettamente isolante. In un tale materiale le cariche elettriche sono legate alle molecole a cui appartengono e non possono muoversi se non entro certi limiti. Se viene applicato un campo elettrico esterno oscillante, le cariche tendono a seguire il campo, entrando a loro volta in oscillazione. In tal modo si genera un movimento con un conseguente aumento di energia meccanica che si trasforma in energia termica. Al tempo stesso diminuisce l'energia dell'onda incidente. In generale, all'aumentare della frequenza dell'onda incidente aumenta la cessione di energia e l'onda viene assorbita sempre piu' in superficie. Per fare un esempio, un'onda di 100 MHz puo' penetrare il tessuto umano molle sino ad una profondita' di poco piu' di 10 cm, mentre per una frequenza di 10000 MHz il potere di penetrazione e' poco piu' di un centimetro. La seguente tabella 2 fornisce i valori della profondita' di penetrazione, in cm, il alcuni tessuti biologici, in funzione della frequenza in MHz.
Nel caso di un materiale conduttore la situazione e' totalmente diversa poiche' gli elettroni di conduzione sono liberi di muoversi e quindi nel corpo stesso si generano delle correnti indotte quando e' posto in un campo elettromagnetico. L'effetto di queste correnti e' la produzione di calore per effetto Joule.
Applicazioni mediche e tecniche
Tra le varie applicazioni mediche si possono citare principalmente la marconiterapia e la radarterapia, techniche che sfruttano il fenomeno del riscaldamento del tessuto da curare. In particolare e' adatto per determinate ipotermie e per stati infiammatori. Esiste anche un bisturi elettrico che, sempre sfruttando l'effetto termico, distrugge localmente i tessuti a cui viene applicato.
Per il settore tecnico basta citare gli apparecchi per la comunicazione, gli essiccatori ed i comuni forni a microonde.
Rischi
I rischi specifici legati all'emissione di onde radio e di microonde sono legati all'interazione dei campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici con il mezzo costituente il corpo umano. L'interazione dei campi elettromagnetici con il mezzo biologico e' molto complessa per i seguenti motivi:
- Inomogeneita' dei tessuti biologici
- Variabilita' temporale delle caratteristiche elettriche dei tessuti a causa del loro riscaldamento
- Presenza dei vestiti e del sudore che modificano la propagazione dei campi
- Presenza dei vasi sanguigni che provvedono ad eliminare il calore prodotto.
Per frequenze inferiori a 15 MHz, corrispondenti a una lunghezza d'onda di 20 m, e pertantosuperiore alle dimensioni del corpo umano, l'energia elettromagnetica si trasforma in calore per effetto Joule prodotto dalle correnti indotte nei tessuti. E' quindi chiaro che piu' la frequenza dell'onda incidente e' bassa e quindi piu' elevata e' la profondita' di penetrazione, maggiormente vebgono interessati organi profondi del corpo umano.
Un anomalo innalzamento del livello termico del corpo puo' sollecitare i meccanismi di termoregolazione in modo tale da provocare anche la morte per lesioni causate da ipotermi.
L'occhio e' un organo molto sensibile alla radiazione elettromagnetica per il calore prodotto durante l'assorbimento. Infatti, poiche' l'occhio e' scarsamente irrorato dalle vene, iol calore assorbito stenta a dissiparsi con consegente aumento della temperatura locale; cio' puo' provocare cataratte o distaccop della retina.
Piccole variazioni termiche all'interno dell'organismo posso anche determinare situazioni anomale nel sistema cardiocircolatorio, come l'aumento del flusso sanguigno, una vasodilatazione, l'aumento della pressione nei capillari.
All'aumentare della frequenza gli effetti sono piu' che altro superficiali, come gia' detto in precedenza.
Esisitono anche degli effetti atermici che sembrano essere associati alla durata dell'esposizione: si manifestano come cefalee, astenie, crampi muscolari, inappetenze, sonnolenza e affaticamento generale.
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Autore: di Claudio Furetta
Dipartimento di Fisica
Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza", Roma (I)
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