Elettromagnetismo


Analisi dell'impatto ambientale e sanitario sull’uso di apparecchiature che emettono campi elettromagnetici: gli studi delle comunità scientifiche.


Conosciamo l'ABC della Telefonia Radiomobile

Un tempo eravamo abituati a un solo tipo di telefono: quello di casa. Il collegamento di questo apparecchio alla rete di telecomunicazioni è tutt'oggi realizzato mediante una coppia di fili nota con il nome di doppino telefonico.

La tecnologia è stata in grado, negli ultimi anni, di sostituire il cavo con un collegamento radio permettendo a tutti noi di usufruire di tanti nuovi servizi di comunicazione in piena libertà di movimento.

L'infrastruttura della rete radiomobile è dunque costituita da quattro elementi: una serie di calcolatori in grado di capire dove trovare l'utente e come gestirne la mobilità , una serie di centrali che fisicamente connettono le linee, le stazioni radio base ed il terminale radiomobile (anche noto come telefonino).

Dalle Stazioni Radio Base (SRB) viene irradiato e ricevuto il segnale radio da e verso il telefonino tramite il quale siamo in grado di comunicare in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo.

Il collegamento radio, come tutti i collegamenti, è realizzato da due terminazioni e da un mezzo che le connette: le due terminazioni sono la stazione radiobase (SRB) e il telefonino, mentre il collegamento fisico è fornito dall'onda elettromagnetica (EM). Per mantenere il collegamento è necessario che l'onda elettromagnetica sia di intensità sufficiente ad essere captata dall'apparato ricevente; quando l'intensità è inferiore la qualità della conversazione diventa scadente ed il collegamento non è più garantito.

Cosa sono le onde elettromagnetiche? Quali sono le loro proprietà?

Un'onda elettromagnetica è una forma di propagazione dell'energia nello spazio a noi familiare: basti pensare che la vita sulla terra avviene grazie all'energia trasportata dalla radiazione luminosa proveniente dal sole. Le onde elettromagnetiche sono costituite da due grandezze elettriche (il campo elettrico e il campo magnetico) che variano periodicamente nel tempo.

Le loro proprietà dipendono fortemente da una grandezza caratteristica: la frequenza, che rappresenta il numero di oscillazioni effettuate dall'onda in un secondo.

L'insieme di tutte le frequenze possibili è denominato spettro elettromagnetico.


Lo spettro elettromagnetico è suddiviso in due macro regioni: le radiazioni ionizzanti (dette IR, ovvero Ionizing Radiations) e le radiazioni non ionizzanti (dette NIR, Non Ionizing Radiations). Le radiazioni ionizzanti, che hanno frequenza superiore a quella della radiazione ultravioletta, trasportano energia sufficiente ad estrarre un elettrone dall'orbita più esterna dell'atomo.
Viceversa le radiazioni non ionizzanti, che appartengono alle bande di frequenza più basse (luce compresa), trasportano un quantitativo di energia non sufficiente a produrre la rottura dei legami chimici e quindi non inducono la ionizzazione.
La telefonia radiomobile, e più in generale le radiocomunicazioni, interessano lo spettro di frequenze comprese nell'intervallo 100 kHz - 300 GHz, e appartengono, quindi, al gruppo di radiazioni non ionizzanti (NIR).

La frequenza non è l'unico elemento caratterizzante le onde elettromagnetiche, infatti onde della stessa frequenza possono differire per intensità . L'intensità dell'onda è determinata dall'ampiezza del campo elettrico e di quello magnetico (misurati rispettivamente in Volt/metro e Ampere/metro). Invece di indicare separatamente le ampiezze dei due campi si può utilizzare un'unica grandezza che è la densità di potenza (misurata in Watt/metro quadrato). È importante sottolineare che la densità di potenza diminuisce molto rapidamente allontanandosi dalla sorgente che la emette.
La propagazione dell'onda EM si attenua infatti in condizioni di laboratorio con il quadrato della distanza (ad esempio se ad 1 metro di distanza dall'antenna le densità di potenza di un'onda EM è pari ad 1 W/m2, già a 2 metri essa diventa solo di 0,25 W/m2).

 

L'onda elettromagnetica:la frequenza viene espressa in Hertz (Hz) e suoi multipli (kHz= mille Hz, MHz= milione di Hz, GHz= un miliardo di Hz). Frequenze diverse, nella luce, sono percepite dal nostro occhio come colori diversi: dal rosso (frequenze più basse) fino al violetto (frequenze più alte). Tanto maggiore è la frequenza e tanto minore è la lunghezza d'onda, ove per lunghezza d'onda si intende la distanza fra due creste dell'onda (indicate come wave length). In natura e nella vita quotidiana sono presenti emissioni elettromagnetiche sulle frequenze più disparate: il campo magnetico terrestre a frequenza nulla, le calamite, i campi a frequenze estremamente basse (extremely low frequencies-ELF) utilizzati da apparecchiature quali elettrodi ed elettrodomestici, funzionanti appunto a 50/60 Hz, le emissioni elettromagnetiche conseguenti alla caduta dei fulmini, la luce del sole che, come già detto, è anch'essa una radiazione elettromagnetica, fino alle radiazioni a frequenze più alte utilizzate, ad esempio, nelle apparecchiature a raggi X. Radiazioni ionizzanti: frequenze superiori al milione di GHz (milioni di miliardi di Hertz)

 

Radiazioni non ionizzanti:frequenze al di sotto del milione di GHz.

 

Ionizzazione:il fenomeno di ionizzazione viene definito in fisica come la scissione delle molecole/atomi di un data materia in coppie di particelle, di cui una è l'elettrone e l'altra è uno ione positivo. Questa modificazione della struttura molecolare può danneggiare i tessuti biologici.

 

Come funzionano i sistemi radiomobili cellulari. Dal GSM all'UMTS

A differenza dei sistemi radiotelevisivi, dove la stessa informazione e' trasmessa a tutti e quindi un'unica frequenza può servire senza problemi una moltitudine di utenti, nei sistemi radiomobili ogni utente trasmette e riceve informazioni diverse dagli altri utenti e per instaurare una comunicazione necessita quindi di specifiche risorse. A seconda della tecnologia, tali risorse possono essere frequenze da utilizzare per brevi intervalli di tempo oppure "codici", speciali sequenze che servono a distinguere diverse comunicazioni utilizzanti simultaneamente una stessa frequenza. I sistemi radiomobili diffusi in Italia sono di due tipi: il sistema GSM e il sistema UMTS. Entrambe le tecnologie sono di tipo digitale.
Nel sistema GSM la stessa frequenza è condivisa da più clienti contemporaneamente; diversi utilizzatori occupano, per breve tempo (time slot), la stesa risorsa radio con modalità di accesso definita TDMA (Time Division Multiple Access). Negli standard GSM il valore medio d potenza in uscita è solitamente inferiore a 0,25 Watt; le chiamate che occupano la stessa frequenza sono otto e la potenza massima in uscita dal telefonino è pari a circa 2 Watt.

L'informazione digitalizzata viene compressa in piccoli periodi e inviata in diversi istanti temporali sotto forma di impulsi.

 

Per lo standard GSM le frequenze sono assegnate dagli enti regolatori internazionali e, un sottoinsieme di queste, è stato assegnato a TIM
Poiché questo numero di frequenze è molto limitato in relazione al numero di clienti TIM, risulterà di conseguenza limitato anche il numero di comunicazioni instaurabili contemporaneamente.
Al fine di incrementare tale capacità , il sistema di comunicazione radiomobile consente di utilizzare più volte le frequenze a disposizione, a condizione che le aree geografiche in cui le connessioni vengono effettuate, tramite frequenze uguali o prossime, siano a distanza opportuna, in relazione sia alla conformazione del territorio, sia alla tipologia delle strutture di rete impiegate.
Ciascuna zona in cui viene utilizzato un gruppo di frequenze viene detta cella (da cui il nome di sistemi cellulari). Celle contigue hanno frequenze diverse, mentre celle sufficientemente lontane da non disturbarsi possono riutilizzare le stesse frequenze.

Rappresentazione di un gruppo di 9 celle che utilizza tutte le frequenze a disposizione. Ciascuna cella è stata rappresentata in un colore diverso ad indicare il fatto che utilizza un insieme di frequenze diverse.

 

Se però le frequenze vengono riassegnate a celle troppo vicine fra loro, esse interferiranno degradando la qualità della comunicazione.
Nel sistema di telefonia radiomobile cellulare ciascuna stazione radio base (SRB) serve un gruppo di celle e può permettere a un numero limitato utenti, in funzione del numero di utenti (oggi circa 100)frequenze a disposizione della SRB stessa, di parlare contemporaneamente.
Pertanto, in una determinata zona, le stazioni devono essere distribuite in numero tanto più elevato quanto maggiore è l'utenza da servire.
La scelta dei luoghi ove installare le stazioni radio base deve essere effettuata quindi in modo da garantire:

la copertura radioelettrica di una determinata area geografica;

i minimi livelli di interferenza reciproca tra la nuova stazione e quelle preesistenti;

la possibilità di usufruire contemporaneamente del servizio per una determinata percentuale di utenti di quella zona;

l'esposizione della popolazione a livello di campo elettromagnetico conformi alle normative.

La rete GSM, che, pur permettendo la trasmissione di dati a commutazione di circuito, era stata concepita principalmente per fornire comunicazioni vocali, è stata nei primi anni del 2000 migliorata a livello tecnologico dall'introduzione di GPRS (General Packet Radio Service) e, a ruota, EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution).

Il GPRS costituisce la soluzione che permette la trasmissione di dati a commutazione di pacchetto sulla rete GSM. Ricordiamo che nel caso di trasmissione a circuito le risorse vengono assegnate dall'inizio alla fine della chiamata, a prescindere dal fatto che vi sia o meno un effettivo scambio di informazione tra i due punti collegati. Nella commutazione di pacchetto invece, le risorse vengono impegnate soltanto per il tempo in cui c'è scambio di informazioni dopodichè vengono rilasciate. È quindi evidente il miglioramento di sfruttamento delle risorse spettrali rappresentato da tale passaggio. Con l'avvento del GPRS sono poi stati introdotti per la prima volta dei meccanismi automatici di adattamento alla qualità del collegamento: per ogni time slot utilizzato dal GPRS si possono avere bit rate variabili in funzione della qualità più o meno buona del collegamento (che, tipicamente si rispecchia in distanza piu' o meno grande tra RSB e terminale mobile). Il bit rate sperimentato dall'utente dipende da quanti time slot sono disponibili e da quanti utenti condividono la risorsa. L'adozione della tecnologia EDGE, caratterizzata da una tecnica trasmissiva più efficiente di quella GSM, ha poi permesso di incrementare sostanzialmente i bit rate fruibili.

Nel corso dei primi anni del 2000 è stato avviato il servizio commerciale della rete UMTS. Il sistema UMTS, diversamente dal GSM, utilizza una tecnica di accesso differente denominata Accesso Multiplo a Divisione di Codice (in inglese, CDMA - Code Division Multiple Access). Tale tecnica permette a più utenti di utilizzare simultaneamente la stessa frequenza perchè le diverse comunicazioni vengono distinte tramite dei "codici" che fungono da "targa identificativa" per ogni chiamata. Tali codici altro non sono che opportune sequenze con speciali proprietà matematiche che, utilizzate per elaborare il segnale lato trasmissione e lato ricezione, permettono la coesistenza di più comunicazioni contemporanee su un'unica frequenza. Il concetto viene usualmente spiegato rifacendosi all'analogia del cocktail party. In uno stesso salone (che nell'analogia proposta rappresenta la frequenza) molte coppie di persone possono dialogare simultaneamente in lingue (codici) diversi e comprendersi perfettamente. Questo a patto che nessuna coppia urli o che vi sia talmente tanta gente che parla da generare un rumore di fondo tale da non rendere piu' intellegibili le singole conversazioni. L'evoluzione ultima di UMTS, messa in campo nel corso degli ultimi anni, è costituita dal cosiddetto HSPA (High Speed Packet Acces). Ricorrendo a schemi trasmissivi adattativi molto avanzati ed efficienti, questa tecnologia permette all'utenza di stabilire connessioni a commutazione di pacchetto che possono, nel caso di condizioni favorevoli e disponibilità totale delle risorsa, raggiungere picchi di molti Mbit/s in particolare nella tratta SRB - terminale mobile.

 

Le antenne. Massima qualità del collegamento, minima potenza necessaria
Le antenne delle stazioni radio base sono progettate per permettere al sistema di funzionare con la minima potenza necessaria e per tenere sotto controllo le interferenze. Possono ad esempio essere paragonate al faro di un'automobile: la lampadina che vi è dentro è di bassa potenza e da sola sarebbe in grado di illuminare solo per qualche metro; inserita nel faro, che funziona da riflettore, riesce invece con la stessa potenza a illuminare per un centinaio di metri e principalmente nella direzione di interesse.

Analogamente al faro, l'antenna irradia il segnale solo davanti a sé ed è direzionata in modo molto preciso. Infatti, se si effettuano delle misure di campo elettromagnetico dietro e al di sotto dell'antenna stessa, si rilevano valori molto bassi.

Lo stesso principio è valido anche quando l'antenna è impegnata in ricezione per captare il segnale dei telefonini. Si può pensare ad un telescopio, più è grande più riesce a distinguere oggetti anche se questi emettono una luce fioca. Le antenne delle stazioni radio base permettono dunque di dirigere il segnale dove è necessario e riescono a sentire segnali anche molto deboli permettendo al sistema di funzionare con le minime potenze necessarie allo svolgimento del servizio.
Si comprende dunque come il terminale radiomobile abbia bisogno di pochissima energia per instaurare la comunicazione con la stazione radio base.
Non solo le stazioni radio base ma anche tutti i telefonini sono provvisti di antenne; esse generalmente emettono in tutte le direzioni e possono essere fisse od estraibili.
Queste due soluzioni tecniche, in termini di prestazioni e di emissioni elettromagnetiche, non presentano sostanziali differenze.
Per minimizzare ulteriormente la potenza in uscita e quindi ridurre il problema dell'interferenza e migliorare la qualità del servizio, i sistemi radiomobili sono stati progettati con altre particolari funzionalità: l'attivazione intelligente dei trasmettitori, il controllo di potenza e la trasmissione discontinua.
Quando un cliente accende il proprio telefonino, questo emette dei segnali per stabilire un contatto con la più vicina stazione radio base e informa la rete della sua presenza. Normalmente, il terminale che non ha attiva una chiamata, non trasmette tranne che brevissimi segnali a intervalli regolari per confermare alla rete la sua presenza.
Nel momento in cui l'utilizzatore del telefonino riceve una chiamata o decide di effettuarla, viene realizzata una connessione a due vie fra il telefono e la stazione radio base, e la chiamata viene allocata in un canale radio libero al quale , nel caso GSM, corrisponde una determinata frequenza (o uno specifico codice nel caso UMTS).

Attivazione intelligente:l'attivazione intelligente dei trasmettitori permette di disattivare un canale radio quando non viene utilizzato, in modo da attivarlo e trasmettere potenza solo quando si vuole parlare. Il controllo di potenza consiste nel regolare la potenza emessa (dal terminale e dalla stazione radio base) al fine di garantire una buona qualità della connessione con il minimo livello di emissione (ad esempio in funzione della distanza tra telefonino e stazione radio base). La trasmissione discontinua è una prestazione in grado di riconoscere le pause di silenzio durante il discorso e quindi evitare la trasmissione durante quelle pause.

Telefonini e salute
In questi ultimi anni le comunità scientifiche internazionali hanno dedicato un'attenzione sempre maggiore all'analisi dell'impatto ambientale e sanitario relativo all'uso di apparecchiature che emettono campi elettromagnetici (EM).
Prima di addentrarci nello studio dell'interazione fra campi elettromagnetici e sistemi biologici (interazione bioelettromagnetica), occorre definire due concetti chiave (le definizioni sono fornite dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO):

  • Effetto biologico: una qualsiasi risposta misurabile di tipo fisico ad uno stimolo o ad un qualsiasi cambiamento
    ambientale (in questo caso all'esposizione a campi elettromagnetici).
  • Effetto rischioso (health hazard) per la salute umana: qualsiasi effetto biologico che induca modificazioni
    eccedenti i limiti tollerati dai meccanismi di compensazione del corpo umano.

Lo studio dei possibili effetti dei campi elettromagnetici sui sistemi biologici ha coinvolto, nell'arco degli ultimi 50 anni, numerosi scienziati ed enti di ricerca a livello mondiale. Le indagini sono state opportunamente differenziate in base alla frequenza o al campo di frequenze relativo alla sorgente della radiazione elettromagnetica. Infatti a frequenze diverse corrispondono differenti meccanismi biofisici di interazione con la materia biologica. Le ricerca si è interessata sia ai campi elettromagnetici in bassa frequenza (per esempio quelli generati da linee d'alta tensione, elettrodomestici, etc.), sia ai campi elettromagnetici a radiofrequenza (RF) e microonde (per esempio quelli generati da sistemi radar, stazioni radio base per sistemi di comunicazione mobili, terminali mobili, etc.).

La classificazione più comunemente usata nello studio dell'interazione bioelettromagnetica suddivide gli effetti dell'esposizione a campi EM di sistemi biologici in effetti termici e non termici. Nel corpo umano l'energia trasportata dalle onde elettromagnetiche alle frequenze comunemente adottate dalla telefonia mobile, si trasforma in calore; pertanto in tal caso si parla di effetto termico.

L'ente che ha emanato le linee guida per limitare l'esposizione umana ai campi elettromagnetici, ha seguito un approccio (si veda a tal proposito la sezione Normativa) che fissa i limiti di esposizione (a radiofrequenza) sulla base di condizioni di esposizione che assicurino un effetto termico di entità non sufficiente ad indurre possibili effetti rischiosi per la salute umana.

I telefoni cellulari utilizzano livelli di potenza tali da indurre un riscaldamento trascurabile rispetto alle normali variazioni di temperatura cui è soggetto il corpo umano (ad esempio nel caso di pratica di uno sport o anche di semplice esposizione al sole). Tale riscaldamento non deve essere inoltre confuso con il riscaldamento del terminale stesso, che è invece prevalentemente determinato dai circuiti interni del telefonino, come avviene in ogni apparato elettronico.

La radiazione elettromagnetica che, alle frequenze utilizzate dalla telefonia mobile, è definita come non ionizzante (non possiede energia sufficiente a rompere i legami chimici biologici), non produce alcuna azione chimica, e il riscaldamento indotto è, secondo la maggior parte degli studi a disposizione, di gran lunga al di sotto dei valori che potrebbero creare un effetto rischioso per la salute umana, tanto che, basandosi su recenti review della letteratura scientifica, l'Organizzazione Mondiale della Sanità conclude che "l'evidenza scientifica attuale non conferma l'esistenza di un qualsiasi effetto potenzialmente pericoloso per la salute, derivante da esposizione a bassi livelli di campo elettromagnetico."

Recentemente l'agenzia IARC (International Agency for Research on Cancer) ha pubblicato un rapporto con una sezione interamente dedicata alla radiazione elettromagnetica (disponibile nella pagina dell'Organizzazione Mondiale della Sanità relativa all' EMF Project, al link: http://www.who.int/peh-emf/publications/reports/WCR2008_212.pdf). Nel sommario di tale sezione, viene indicato fra l'altro che "i dati disponibili al momento non mostrano alcun eccesso di rischio di cancro al cervello o altre forme di neoplasia associate all'uso del telefono cellulare".

A questo proposito risulta importante considerare l'autorevole opinione del Dr. Repacholi, uno dei massimi esperti in materia a livello mondiale, nonchè coordinatore del progetto EMF dell'Organizzazione Mondiale della SanitTà per 11 anni. Secondo il Dr. Repacholi (intervista a NewScientist, 2 Dic. 2009) nonostante l'uscita del report finale del progetto Interphone, il dibattito sull'ipotesi di cancerogenicità dei telefoni cellulari non avrà fine e questo sarà proprio dovuto alle limitazioni intrinseche di tale studio epidemiologico.

Nel 2009 è stato pubblicato anche il rapporto SCHENIR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) in cui si legge che, in base ai risultati provenienti dalle tre linee di ricerca (epidemiologia, esperimenti in vivo, esperimenti in vitro) è improbabile che l'esposizione a campi elettromagnetici a radiofrequenza dia luogo ad un aumento dei tumori nell'uomo. D'altra parte, poichè la durata dell'esposizione a RF da cellulari in larghi strati di popolazione è oggi più breve del periodo d'induzione di alcuni tumori, sono necessari altri studi per valutare se esposizioni di durata maggiore (ben oltre i 10 anni) possano implicare un rischio cancerogeno.

Riguardo le stazioni radio base e le varie tecnologie di comunicazione Wireless (tra cui le WLAN), l'OMS ha pubblicato un promemoria nel 2006 (n. 304). In cui si legge che "ad oggi, l'unico effetto sanitario acuto dei campi a radiofrequenza identificato nelle rassegne critiche della letteratura scientifica è quello legato ad aumenti della temperatura (> 1°C) susseguenti a esposizioni a campi molto intensi, che possono incontrarsi soltanto in alcuni ambienti industriali, ad esempio in presenza di riscaldatori a radiofrequenza. I livelli di esposizione della popolazione imputabili a stazioni radio base e reti wireless sono talmente bassi che gli aumenti di temperatura sono insignificanti e senza conseguenze per la salute umana". E ancora, "negli ultimi 15 anni, sono stati pubblicati vari studi che esaminavano una possibile relazione tra trasmettitori a radiofrequenza e cancro. Questi non hanno fornito nessuna evidenza che l'esposizione ai campi generati dai trasmettitori aumenti il rischio di cancro." (Base stations and wireless networks - WHO International EMF Project Fact Sheet N°304, May 2006)

Infine l'altra fonte di un recente dibattito riguarda l'esposizione alla radiazione elettromagnetica a radiofrequenza da parte dei bambini. Una risposta scientifica in tal senso arriva da un dettagliato rapporto pubblicato in Germania dal centro di ricerche Jülich, dall'Istituto di Neuroscienze e Medicina e da "Ethics in the Neurosciences, redatto sulla base di un rewiew della letteratura scientifica disponibile al momento.

Per quanto riguarda in primo luogo la dosimetria, gli esperti segnalano che, per bambini di età inferiore agli otto anni, non emergono conferme a sostegno dell'ipotesi che, a parità di esposizione, il SAR (si veda la definizione nel paragrafo seguente) a livello di testa nel bambino sia più elevato che nell'adulto. Nel caso di esposizione a corpo intero di bambini aventi una età inferiore a otto anni, esiste la possibilità che per specifiche bande di frequenza (100 MHz e 1.8 GHz) i livelli di riferimento riportati nelle Linee Guida ICNIRP non siano sufficienti a garantire il non superamento delle restrizioni di base (vedere a tal proposito la sezione normativa). Tuttavia nella vita reale i livelli di esposizione sono largamente inferiori ai valori limite indicati da ICNIRP.

 

Misura dell'energia elettromagnetica assorbita dall'uomo a seguito dell'irraggiamento da campi elettromagnetici

 

Dosimetria e parametri di misura

La dosimetria è la disciplina che si occupa di quantificare l'energia assorbita da un sistema biologico in seguito all'irraggiamento da campi elettromagnetici. Data la complessità dei fenomeni in gioco, non è semplice correlare direttamente la dose di energia EM impartita con l'eventuale effetto indotto (termico e non termico). Per questo viene considerato un parametro appositamente definito: il SAR (Specific Absorption Rate), che rappresenta la potenza assorbita per unità di massa ed è espresso in Watt/kg. Nel caso di terminali radiomobili, l'utente si trova in prossimità della sorgente (antenna), in questo caso l'assorbimento di energia è localizzato (testa o parti del corpo). Questo particolare tipo di interazione tra sorgente e soggetto rende particolarmente complesso lo studio del fenomeno elettromagnetico.

Le tecniche di misura

Per calcolare i valori di SAR occorre conoscere la distribuzione, punto per punto, del campo elettromagnetico all'interno del sistema osservato. Nel caso di esseri viventi la misura diretta dei valori del campo EM è un'operazione praticamente impossibile da effettuare, per cui è necessario ricorrere a tecniche di misura indiretta e a simulazioni al calcolatore per la stima delle grandezze di interesse. La valutazione della distribuzione del SAR nei soggetti esposti, in diverse condizioni di irraggiamento, viene effettuata per via sperimentale e/o per via teorica; i due diversi approcci vengono spesso utilizzati congiuntamente per condurre analisi in parallelo.

I metodi di misura sperimentali

La dosimetria sperimentale consiste nell'analisi in laboratorio della distribuzione di SAR in cavie animali (in vivo) o in fantocci che simulano animali, parti del corpo o l'intero corpo umano (in vitro). I fantocci vengono realizzati con tessuti artificiali aventi le stesse caratteristiche elettriche dei tessuti reali e possono essere antropomorfi e non antropomorfi, omogenei, se l'involucro viene riempito con un unico tessuto sintetico, o non omogenei, se vengono realizzati con diversi strati.
Le misure dell'energia elettromagnetica assorbita (SAR) all'interno del tessuto biologico o del fantoccio che lo rappresenta, viene effettuata mediante l'uso di opportuni sensori.

Le misure del SAR relativo all'uso di terminali mobili rientra anche esso nell'ambito della dosimetria sperimentale; in questo caso gli Standard tecnici di misura Internazionali (per esempio lo Standard IEC 62209-1), descrivono in maniera dettagliata la strumentazione, la procedura di misura e come determinare l'incertezza associata alla misura stessa. In questo contesto normalmente vengono impiegati fantocci antropomorfi omogenei. Telecom Italia, consapevole della fondamentale importanza di testare i terminali mobili brandizzati TIM e di eseguire prove di conformità in accordo con lo Standard IEC 62209-1 e con lo Standard IEEE 1528-2003, si avvale delle avanzate infrastrutture di un proprio laboratorio interno, il laboratorio SAR, che a partire dagli anni esegue le misure di conformità ai limiti di base sul SAR, relativamente al caso di telefoni cellulari accostati all'orecchio dell'utilizzatore.

Sebbene questa tipologia di prove oggi venga svolta direttamente dai costruttori, Telecom Italia continua a voler effettuare internamente questa attività di testing, grazie a proprie strumentazioni di laboratorio e a competenze di eccellenza di un gruppo di ricercatori

I laboratori di Telecom Italia non conducono nè commissionano esperimenti sugli animali

I metodi di misura teorici

 

I metodi teorici consistono nella realizzazione, mediante complessi sistemi computazionali, di modelli che simulano il problema elettromagnetico riproducendone al calcolatore la propagazione del campo EM in condizioni quanto più possibili simili alla realtà. Fra le tecniche teoriche utilizzate per lo studio del bioelettromagnetismo, negli ultimi anni si è largamente diffuso il metodo numerico delle "Differenze Finite nel Dominio del Tempo", meglio conosciuto con l'acronimo FDTD. Lo studio dell'irraggiamento della testa durante l'uso dei telefonini viene simulato al calcolatore suddividendo il volume sotto esame in celle di forma cubica, ognuna delle quali viene riempita con diversi materiali (osso, muscolo, grasso, cervello), assegnando opportuni valori delle caratteristiche elettriche di permettività e conducibilità.

Normativa relativa all'esposizione ai campi prodotti da terminali mobili e stazioni radio base

 

In relazione ai risultati complessivamente ottenuti dalla ricerca, il comitato scientifico ICNIRP ha formulato Linee guida e conseguenti limiti di esposizione della popolazione e dei lavoratori a campi elettromagnetici.
Queste Linee guida e limiti di esposizione sono stati elaborati dall'ICNIRP attraverso un'approfondita revisione (la cosiddetta "peer-review") di numerose pubblicazioni di riconosciuto livello scientifico che rappresentano lo stato dell'arte della conoscenza scientifica mondiale.I limiti di esposizione si basano su effetti legati alle esposizioni acute a breve termine piuttosto che a quelle a lungo termine, perché l'informazione scientifica disponibile in merito agli effetti a lungo termine di esposizioni a bassi livelli di campo elettromagnetico è considerata insufficiente per stabilire dei limiti quantitativi.
A seguito dell'analisi di tali pubblicazioni, che rappresentano lo stato dell'arte della conoscenza scientifica mondiale, sono stati indicati i limiti di esposizione a campi elettromagnetici. Per quanto riguarda i sistemi di radiocomunicazione, i livelli di massimo assorbimento di energia stabiliti dalle normative vigenti vengono espressi attraverso la grandezza SAR.

Per quanto riguarda le frequenze dei sistemi di radiocomunicazione (10 MHz-10 GHz), i livelli di esposizione sono valutati attraverso il massimo assorbimento di energia che è espresso attraverso la grandezza SAR (Specific Absorbtion Rate). Il SAR è una grandezza dosimetrica che corrisponde alla quantità di energia elettromagnetica assorbita (in genere dissipata sotto forma di calore) nell'unità di tempo e nell'unità di massa ed è solitamente espressa in W/kg. Tale valore è mediato su un determinato intervallo di tempo e su una determinata massa di tessuto (generalmente 10 grammi). Come giÀ detto, i valori di SAR sono stabiliti in funzione del fatto che la deposizione di energia nel tessuto non deve, in nessun caso, indurre un riscaldamento maggiore di 1 °C in alcuna parte del corpo. Il valore di SAR corrispondente a questa condizione "limite" è pari a un valore di 4 W/kg medio sull'intero corpo

Per tener conto delle incertezze dei dati scientifici, nello stabilire i valori limite per l'esposizione umana questo livello "limite" di soglia viene ridotto di un fattore di sicurezza. Per esempio, l'ICNIRP introduce un fattore di sicurezza 10 per ricavare i limiti di esposizione per i lavoratori (o soggetti esposti consapevolmente) ed un fattore di circa 50 per quelli del pubblico generico.

I soggetti esposti consapevolmente sono gli addetti all'installazione ed alla manutenzione delle antenne ed in generale tutti i lavoratori che operano in ambienti dove è nota la presenza di particolari campi elettromagnetici, gli esposti non consapevolmente rappresentano l'intera popolazione.
La tabella sottostante, illustra i valori impostati previsti dall'ICNIRP e nel campo di frequenze 10 MHz -10 GHz.

Soggetti esposti consapevolmente:
 
Media sull'intero corpo 0,4 W/kg (SAR)
Valore di SAR localizzato 10 W/kg (SAR)
Media temporale 6 min.
Massa su cui mediare 10 g.
Forma del volume cubico


Soggetti non esposti consapevolmente
 
Media sull'intero corpo 0,08 W/kg (SAR)
Valore di picco SAR localizzato 2 W/kg (SAR)
Media temporale 6 min.
Massa su cui mediare 10 g.
Forma del volume cubico

Le Linee guida e i limiti ICNIRP sopra indicati sono stati ripresi dalla Legislazione vigente in molti Paesi sia in Europa sia in ambito mondiale. In Europa, a titolo di esempio, il Consiglio dell'Unione Europea ha emanato la Raccomandazione del Consiglio del 12 luglio 1999 (1999/519/CE) relativa alla limitazione dell'esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici da 0 Hz a 300 GHz e la Direttiva 2004/40/CE sulle prescrizioni minime di sicurezza e di salute relative all'esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fisici (campi elettromagnetici).

 

Quali sono i limiti di SAR relativamente all'esposizione ai campi elettromagnetici generati da telefoni cellulari?

 

Le Norme internazionali regolamentano anche le procedure da seguire per valutare la conformità dei terminali (MTE, Mobile Terminal Equipment) ai limiti di SAR prefissati. In particolare, i test sulla distribuzione di SAR indotta nella testa umana dall'irraggiamento dei telefonini vengono effettuati seguendo delle Norme internazionali che accomunano gli studi dei più autorevoli laboratori del mondo; ciò rende possibile e valido il confronto fra i risultati ottenuti dai diversi centri di ricerca. Ad esempio il posizionamento del telefono rispetto alla testa viene effettuato seguendo le norme internazionali elaborate da un apposito gruppo di lavoro dell'ente di Standardizzazione IEC.

I valori limite per il SAR per esposizione localizzata (come è da considerarsi l'esposizione al campo elettromagnetico irradiato da un telefono cellulare) sono stati definiti prendendo in considerazione l'esposizione dell'occhio; da studi fatti nel passato è stato verificato che si ha generazione di cataratta se l'occhio è esposto ad un campo in grado di generare un SAR medio sull'intera massa (circa 10 grammi) di circa 100 W/kg. La soglia per le Basic Restrictions per l'esposizione localizzata (della testa e del tronco) per il personale esposto per ragioni professionali è di 10.0 W/kg (fattore di riduzione 10) ed è pari a 2.0 W/kg per l'esposizione localizzata della popolazione (fattore di riduzione 50); da notare che è stato utilizzato lo stesso criterio di riduzione del SAR come per l'esposizione a corpo intero.

Il rispetto dei limiti fissati è sufficiente a garantire l'assenza di effetti termici indesiderati.
In Italia la Legislazione relativa all'esposizione ai campi elettromagnetici generati da telefoni cellulari comprende:
- Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici del 21 febbraio 2001 n.36 (Art. 12)
- DPCM 8 luglio 2003 Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz. (GU n. 199 del 28-8-2003)

Di fatto il DPCM rimanda, per quel che riguarda i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici generati da telefoni cellulari, alla Raccomandazione del Consiglio del 12 luglio 1999 (1999/519/CE) che, come detto in precedenza, fa sue le prescrizioni riportate nelle Linee Guida ICNIRP.

Quali sono i limiti di esposizione a campi elettromagnetici prodotti dalle Stazioni Radio Base?

Analogamente a quanto fatto per i terminali telefoni cellulari, sono stati definiti i limiti di esposizione a campi elettromagnetici prodotti dalle stazioni radio base. In questo caso i limiti di riferimento sono relativi al campo elettrico, al campo magnetico ed alla densità di potenza e derivati dai limiti base di SAR con l'importante precisazione che il rispetto dei limiti "derivati" implica il rispetto dei limiti di base del SAR. I valori indicati dalle linee guida dell'ICNIRP per i soggetti non esposti consapevolmente sono i seguenti:

 

 Frequenza 900MHzFrequenza 1800MHzFrequenza 2100MHz
Campo Elettrico [V/m]41,258,361
Campo Magnetico [A/m]0,10,150.16
Densità di potenza [W/m2]4,5910

In Italia la Legislazione relativa all'esposizione ai campi elettromagnetici comprende:
- Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici del 21 febbraio 2001 n.36
- DPCM 8 luglio 2003 Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz. (GU n. 199 del 28-8-2003)

Il DPCM citato, per le frequenze comprese nell'intervallo 3 MHz - 3 GHz, fissa i seguenti limiti di campo elettrico, campo magnetico e densità di potenza.

 

 Frequenza 900MHzFrequenza 1800MHzFrequenza 2100MHz
Campo Elettrico [V/m]202020
Campo Magnetico [A/m]0.050.050.05
Densità di potenza [W/m2]111

Per gli edifici dove la durata di permanenza è non inferiore alle 4 ore i limiti sono più cautelativi:

 Frequenza 900MHzFrequenza 1800MHzFrequenza 2100MHz
Campo Elettrico [V/m]666
Campo Magnetico [A/m]0.0160.0160.016
Densità di potenza [W/m2]0.10.10.1

Come risulta evidente dal confronto delle Tabelle i limiti di esposizione Italiani per gli edifici dove la permanenza supera le 4 ore risultano più severi rispetto a quelli indicati da ICNIRP e dalla Raccomandazione Europea (ad esempio nella banda 900 MHz il limite in densità di potenza è 45 volte più severo).

Il rispetto dei limiti previsti dalla Legislazione Italiana per le stazioni radio base avviene applicando le procedure previste dalle relative Normative Tecniche definendo il cosiddetto "volume di rispetto". Si tratta dello spazio più vicino all'antenna, all'interno del quale i limiti potrebbero essere superati. All'esterno di questo volume i limiti sono sicuramente rispettati. Tale volume può avere forme differenti in base al tipo di antenna utilizzata

Questi volumi vengono calcolati tramite appositi programmi di simulazione che, considerando il tipo di antenna utilizzata, riescono a calcolare la distribuzione del campo intorno all'installazione. Dopo aver acceso l'impianto la Normative Tecnica prevede, per ulteriore cautela, l'esecuzione di misurazioni, in modo da accertare anche sperimentalmente il rispetto dei limiti.
Nel 2009, ICNIRP ha prodotto una dichiarazione che di fatto conferma i limiti stabiliti dalla precedente pubblicazione datata 1998.
È comunque opinione dell'ICNIRP che la letteratura scientifica pubblicata successivamente alle linee guida del 1998 non abbia fornito evidenza di alcun effetto nocivo al di sotto delle restrizioni di base e non richieda un'immediata revisione delle raccomandazioni dell'ICNIRP per la limitazione dell'esposizione a campi elettromagnetici ad alta frequenza.

I telefonini possono interferire con strumentazioni elettromedicali ?

Anche questo è un argomento di grande attenzione che è opportuno approfondire.
I problemi di interferenza elettromagnetica (EMI) interessano tutti i tipi di strumentazione elettronica: infatti i campi elettromagnetici possono influire sul funzionamento di queste apparecchiature in funzione del tipo di segnale, della potenza e frequenza dell'onda e del grado di schermatura (cioè il livello di immunità alle interferenze) che caratterizza lo strumento stesso.
Negli ultimi anni è stato ampiamente studiato ed investigato il problema dell'interferenza dei terminali elettromedicali quali pacemaker, protesi auricolari, alcuni apparecchi ospedalieri e gli strumenti per la navigazione a bordo degli aeromobili.
Occorre tenere presente che il problema dell'interferenza e della sicurezza degli apparati (elettromedicali e radiomobili) è un aspetto di carattere puramente tecnico (compatibilità ), poiché esistono soluzioni che provvedono un'adeguata protezione dalle interferenze.
Ad esempio tutte le apparecchiature elettromedicali sono certificate per soddisfare una appropriata normativa EN60601-1-2 che assicura un'immunità a campi elettromagnetici di livello pari fino a 3 V/m ed estesi fino ad una frequenza di 2500 MHz. Questo campo di frequenza copre tutte le tecnologie disponibili sul mercato per i vari modelli di terminali radiomobili. Ciò ovviamente non garantisce l'immunità delle apparecchiature elettromedicali in tutte le condizioni di utilizzo. Per questa ragione è sempre necessario leggere e rispettare attentamente le limitazioni d'uso, ai fini della sicurezza, forniti da costruttori di apparecchiature elettromedicali. Nel seguito si forniscono alcuni consigli sull'uso dei terminali radiomobili per minimizzare le interferenze verso altri sistemi.

I Pacemaker

I risultati ottenuti dalle numerose ricerche scientifiche sull'argomento affermano che:

 - l'interferenza si manifesta con alcune temporanee variazioni nel funzionamento normale, che solo in alcuni rarissimi casi  - possono rappresentare un rischio per il paziente.
 - questi fenomeni si verificano solo in alcuni pacemaker e nel caso in cui il telefonino sia posizionato nelle immediate vicinanze.

Infatti, allontanando il terminale, l'interferenza scompare ed il pacemaker torna a funzionare perfettamente secondo la programmazione impostata dal medico. Inoltre il verificarsi o meno dell'interferenza è fortemente legato al modello di pacemaker e al suo livello di schermatura radioelettrica.
Comunque 20 o 30 centimetri tra il pacemaker e il telefonino sono sufficienti a garantire l'assenza di qualunque fenomeno interferente.
Quindi un appropriato uso del terminale, tenuto a debita distanza del pacemaker, è ampiamente sufficiente a garantire l'assenza di effetti indesiderati; si consiglia di osservare le seguenti semplici cautele:
non utilizzare l'orecchio omolaterale al pacemaker quando si è in conversazione
evitare di tenere il telefonino nella tasca della giacca o alla cintura esattamente in corrispondenza del pacemaker

Apparecchi acustici

Se si verificano problemi di interferenza ciò è dovuto fondamentalmente ad una insufficiente schermatura delle protesi auricolari rispetto all'utilizzo odierno di campi elettromagnetici a radio frequenza, ed è quindi facilmente risolvibile mediante accorgimenti di tipo tecnico.
Il fenomeno interferente non comporta assolutamente alcun rischio sanitario e si manifesta come un rumore di fondo (brusio), che può arrivare a compromettere la comprensibilità delle parole se la sorgente radio è a pochi centimetri di distanza.
A tale proposito le case produttrici di apparecchi acustici stanno implementando soluzioni tecniche che migliorino la compatibilità elettromagnetica di queste protesi auricolari con i terminali radiomobili.
La soluzione immediata suggerita dalle case manufatturiere di telefonini è di adoperare opportuni accessori (sistemi handsfree) che rendano comunque possibile l'uso del telefonino cellulare.

Apparecchi elettromedicali e di navigazione
 
Le interferenze possono comportare temporanei guasti o alterazioni del funzionamento normale degli apparecchi elettromedicali e di navigazione.
Per garantire il più possibile l'immunità a questo tipo di problemi, le aziende produttrici si sono adoperate per adattare le specifiche di compatibilità elettromagnetica di questi apparecchi elettronici alle nuove fonti di interferenza.
In parallelo è indubbiamente opportuno utilizzare la massima cautela e rispettare le norme da applicare in ambienti definiti a rischio di interferenza elettromagnetica (ambienti dove è difficile proteggere completamente dalle interferenze dispositivi elettronici sensibili quali, appunto, alcune attrezzature mediche e gli apparati elettronici a bordo degli aerei).
E' di fondamentale importanza quindi spegnere il telefonino laddove richiesto all'interno degli ospedali (normalmente il costruttore degli strumenti che potrebbero essere interferiti provvede a segnalare opportunamente le aree di rispetto) e, analogamente, a bordo degli aerei.

ANSI: American National Standard Institute
CDMA: Code Division Multiple Access
CENELEC: European Commettee for Electrotechnical Standardization
EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution
ELF: Extremely Low Frequency (frequenze molto basse)
EM: Elettromagnetico
EMI: Electromagnetic Interference (interferenza elettromagnetica)
FDTD: Finite Difference Time Domain
GHz: GigaHertz
GPRS: General Packet Radio Service)
GSM: Global System for Mobile Communications
HSPA: High Speed Downlink Packet Access
IARC: International Agency for Research on Cancer
ICNIRP: International Commission on Non-ionizing Radiation Protection
IR: Ionizing Radiation (radiazioni ionizzanti)
MHz: MegaHertz
MTE: Mobile Telecommunication Equipment
NIR: Non Ionizing Radiation (radiazioni non ionizzanti)
OMS: Organizzazione Mondiale della Sanità
RF: Radiofrequenze
SAR: Specific Absorption Base (rateo di assorbimento specifico)
SCHENIR: Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks
SRB: Stazione Radio Base
TDMA: Time Division Multiple Access
UMTS: Universal Mobile Telecommunications System
WHO: World Health Organization (Organizzazione Mondiale della Sanità)
WLAN: Wirelsess Local Area Network

Riferimenti bibliografici

Official Journal of the European Communities, DIRECTIVE 2004/40/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 29 April 2004 on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields) (18th individual Directive within the meaning of Article 16(1) of Directive 89/391/EEC)

Official Journal of the European Communities, COUNCIL RECOMMENDATION of 12 July 1999 on the limitation of exposure of the general public to electromagnetic fields (0 Hz to 300 GHz) (1999/519/EC)

ICNIRP - International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 HHz)", Health Physics April 1998, Volume 74, Number 4:494-522

Legge 22 febbraio 2001, n.36 "Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici"

Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri, 8 luglio 2003, "Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz" (GU n. 199 del 28-8-2003)

IEC 62209-1 - Human exposure to radio frequency fields from hand-held and body-mounted wireless communication devices - Human models, instrumentation, and procedures - Part 1: Procedure to determine the specific absorption rate (SAR) for hand-held devices used in close proximity to the ear (frequency range of 300 MHz to 3 GHz), February 2005

IEEE Std 1528-2003 "IEEE Recommended Practice for Determining the Peak Spatial-Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Head from Wireless Communications Devices: Measurement Techniques"

CENELEC EN62209-1, Human exposure to radio frequency fields from hand-held and body-mounted wireless communication devices - Human models, instrumentation, and procedures - Part 1: Procedure to determine the specific absorption rate (SAR) for hand-held devices used in close proximity to the ear (frequency range of 300 MHz to 3 GHz) (IEC 62209-1:2005), July 2006

"Health Effects of exposure to EMF", SCHENIR report, January 2009.

IARC World Cancer Report 2008 - Chapter 12.2 "Electromagnetic Radiation"/

"Children's Health and RF EMF Exposure", Julich Report, 2009.

Dichiarazione dell'ICNIRP sulle "Linee guida per la limitazione dell'esposizione a campi elettrici e magnetici variabili nel tempo e a campi elettromagnetici (fino a 300 GHz)", traduzione di "Statement on the Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics 97(3):257-259; 2009.

Base stations and wireless networks - WHO International EMF Project Fact Sheet N°304 (May 2006)

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