Pagina Web a cura della Linea di Ricerca su Protezione dai campi elettromagnetici a bassa frequenza, radiofrequenza e microonde.

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Conferenza pubblica I CAMPI ELETTROMAGNETICI Lugano, 23 novembre 2000

Daniele Andreuccetti, IROE-CNR, Firenze

Aspetti tecnico-scientifici
Tipologia delle più sorgenti di campi elettromagnetici nell'ambiente

1 - Introduzione

Allo stato attuale, le applicazioni dei CEM e le altre tecnologie che comunque portano a disperdere CEM nell'ambiente investono numerosissimi settori della società.

In ambito industriale, i campi elettromagnetici sono impiegati in molti processi produttivi per ottenere un riscaldamento rapido ed efficiente: per la tempra ed altre lavorazioni sui metalli, per la saldatura di materiali plastici e l'incollaggio del legno, per la disinfestazione di prodotti alimentari o manufatti artistici, per la cottura degli alimenti e l'essiccazione di materiale ceramico.

In ambito sanitario, la marconiterapia e la radarterapia sono note applicazioni terapeutiche basate sul riscaldamento indotto dai campi elettromagnetici.

Sorgenti di campi elettrici e magnetici a bassissima frequenza (elettrodomestici, macchine da ufficio) e di campi elettromagnetici a radiofrequenza (telefoni cordless, antifurto, ) sono presenti negli ambienti domestici e di ufficio.

Numerosissime infine le sorgenti nell'ambiente esterno: accanto a elettrodotti e stazioni radiobase per la telefonia cellulare, strutture ben note e costantemente al centro di polemiche e dibattiti, abbiamo gli impianti per la diffusione radiofonica e televisiva e gli apparati per supporto e controllo del traffico aereo, i ponti radio e le reti di telecomunicazione specializzate.

2 - Le principali classi di sorgenti ambientali di campi elettromagnetici

La tabella seguente elenca le principali classi di sorgenti ambientali di campi elettromagnetici, distinguendo tre bande di frequenza secondo una terminologia ("basse frequenze", "frequenze intermedie" e "alte frequenze") non proprio rigorosissima ma che è entrata nel linguaggio comune ed ha anche avuto un certo riconoscimento nell'ambito del progetto europeo COST-244-bis. Per ogni sorgenti viene indicato se l'emissione di campi elettromagnetici sia una conseguenza accidentale del funzionamento della sorgente, oppure ad essa funzionale. Viene anche indicato se la sorgente emette prevalentemente campo elettrico, magnetico o elettromagnetico.

3 - Elettrodotti in aria

La figura mostra il profilo laterale del campo elettrico a 50 Hz prodotto al suolo da un elettrodotto aereo 380 kV semplice terna da 1000 MW (1500 A), a partire dall'asse della linea fino a 200 m di distanza, con altezza dal suolo del conduttore più basso di 7.78 m (valore minimo sul terreno e su specchi d'acqua non navigabili ammesso dalla normativa italiana DMLP 16 gennaio 1991) e di 40 m (assunto come valore massimo).

Nel primo caso (curva rossa, altezza 7.78 m) il campo elettrico raggiunge una intensità massima di circa 9200 V/m. Nel secondo caso (curva azzurra, altezza 40 m) il valore massimo è di circa 500 V/m.

Si ricorda che il limite massimo attualmente previsto dalla legislazione italiana per le esposizioni prolungate ("una parte significativa della giornata") della popolazione è di 5000 V/m, che divengono 10000 V/m per le esposizioni più brevi. L'intensità resta sotto i 5000 V/m solo se l'elettrodotto ha una altezza minima dal suolo di almeno 11 metri, ed in effetti 11.34 m è la minima altezza consentita dal DMLP del 1991 sul terreno "popolato".

La figura mostra il profilo laterale del campo magnetico a 50 Hz prodotto al suolo da un elettrodotto aereo 380 kV semplice terna da 1000 MW (1500 A), a partire dall'asse della linea fino a 200 m di distanza, con altezza dal suolo del conduttore più basso di 7.78 m (valore minimo sul terreno e su specchi d'acqua non navigabili ammesso dalla normativa italiana DMLP 16 gennaio 1991) e di 40 m (assunto come valore massimo).

Nel primo caso (curva rossa, altezza 7.78 m) il campo magnetico raggiunge una intensità massima di circa 36 µT (sull'asse della linea) mentre il tanto citato valore di 0.2 µT si raggiunge a circa 139 m dall'asse. Nel secondo caso (curva azzurra, altezza 40 m) il valore massimo è di circa 2.3 µT e la distanza per gli 0.2 µT scende a 133 m.

Si ricorda che il limite massimo attualmente previsto dalla legislazione italiana per le esposizioni prolungate ("una parte significativa della giornata") della popolazione è di 100 µT.

4 - Elettrodotti interrati

La figura mostra il campo magnetico generato al livello del suolo da un elettrodotto 380 kV doppia terna piana da 1000 MW (790 A) interrato ad una profondità di 1.85 metri. Come si vede, il campo magnetico massimo (pari a circa 14.5 µT) è confrontabile con quello dell'elettrodotto in aria, tenendo conto del diverso livello di corrente trasportata (circa la metà). Esso però si riduce più rapidamente con la distanza: gli 0.2 µT si raggiungono a soli 24 metri circa dall'asse della linea.

5 - Campo magnetico a 50 Hz in ambiente domestico: livello di fondo

All'IROE abbiamo eseguito diverse campagne di misura del campo magnetico a 50 Hz in ambienti abitativi. Dall'analisi dei dati rilevati fino ad oggi sono emerse alcune considerazioni abbastanza generali.

1. Il campo magnetico del fondo a 50 Hz negli ambienti domestici presenta una notevole variabilità temporale a breve e medio termine, nella quale è possibile talvolta riconoscere una ciclicità giorno/notte.
2. Esso risulta più elevato negli appartamenti condominiali e minore nelle abitazioni singole; ciò potrebbe essere dovuto all'influenza del cablaggio comune e al contributo degli appartamenti limitrofi.
3. I valori tipici del fondo ambientale sono in genere non solo abbondantemente al di sotto del limite di sicurezza di 100 µT, ma anche inferiori (seppur di poco) agli 0.2 µT.

Queste considerazioni sono ben documentate dalla figura, che riporta e confronta le misure di induzione magnetica eseguite su un arco di 20 ore, una misura ogni 5 minuti, in un punto di un tipico appartamento in condominio urbano (linea superiore) e di una abitazione singola in quartiere periferico semirurale (linea inferiore).

6 - Campo magnetico a 50 Hz in ambiente domestico: piccoli elettrodomestici

All'IROE sono state eseguite anche delle serie di misure del campo magnetico a 50 Hz generato da numerosi piccoli elettrodomestici di uso comune. In figura sono riportati, a titolo di esempio, i dati rilevati su di un asciugacapelli (linea in colore azzurro) e uno spremiagrumi (linea in colore rosso), ma le conclusioni che riportiamo sono abbastanza generali.

1. Nelle immediate vicinanze di un elettrodomestico (meno di 10 cm) può essere facilmente superato il limite di sicurezza di 100 µT.
2. L'intensità del campo decade rapidamente con la distanza; gli 0.2 µT vengono raggiunti a distanze dell'ordine di 30-80 cm, a seconda del tipo di elettrodomestico.

7 - Impianti di telecomunicazione

La tabella che segue prende in considerazione le principali classi di sorgenti di teleradiodiffusione operanti nell'intervallo di frequenza compreso tra 0.1 MHz e 3 GHz. Per ciascuna classe si riportano i valori tipici di frequenza, di potenza in antenna, di guadagno e di EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power, data dal prodotto tra potenza in antenna e relativo guadagno).

Antenne radio AM presso Firenze

La figura seguente riporta la distanza dal centro elettrico della sorgente a cui si raggiunge il limite di 20 V/m (linea azzurra) oppure di 6 V/m (linea rossa) in funzione del valore di EIRP della sorgente, nella direzione di massimo irraggiamento della stessa.

Il sito di trasmettori radio-TV di Monte Serra, presso Pisa

Le figure seguenti prendono in considerazione il problema della presenza simultanea delle emissioni di più stazioni radio e TV. Le figure riportano dati rilevati in prossimità del sito di Monte Serra (e precisamente sulla cima di Monte Cascetto, un colle posto a circa 1 km dall'area degli impianti). Quello di Monte Serra è uno dei più significativi siti di impianti di teleradiodiffusione in Toscana. Le misure riguardano l'intervallo di frequenza da 88 a 900 MHz e sono state eseguite utilizzando una antenna biconica Ailtech 94455-1 (per la banda da 88 a 200 MHz) e una antenna a spirale conica logaritmica Ailtech 93490-1 (per la banda da 200 a 900 MHz), collegate ad uno spettroanalizzatore Hewlett & Packard 8567A.

La figura illustra la situazione panoramica dell'intera banda 88 ÷ 900 MHz. Il corrispondente valore complessivo del campo elettrico (somma quadratica) è di circa 6 V/m (per confronto, il valore misurato con uno strumento a larga banda è di 0.02 mW/cm², pari a 8.7 V/m), imputabili soprattutto alle emittenti FM (88 ÷ 108 MHz - 5.5 V/m), in secondo luogo alle TV-UHF (450 ÷ 850 MHz - 2.2 V/m) e per la parte rimanente ad altre emittenti (TV-VHF o altro, 0.6 V/m). Un semplice calcolo mostra che la distanza a cui si raggiungono i 20 V/m complessivi è di circa 300 m dall'area del sito.

8 - Un approfondimento sulla telefonia cellulare

Nella seguente tabella sono riportate le bande di frequenza impiegate per i principali servizi di telecomunicazione in Italia.

Come si può vedere, esiste una notevole contiguità tra le più alte frequenze impiegate dalla TV e quelle della telefonia cellulare più classica (eTACS e GSM); è lecito aspettarsi quindi che anche gli eventuali effetti biologici e sanitari siano confrontabili (a parità di intensità del campo), anche se la struttura del segnale (cioè il tipo di modulazione) nei due casi è abbastanza diversa.

Le antenne trasmittenti impiegate nelle stazioni radio base (SRB) della telefonia cellulare sono di vario tipo. Una classificazione sommaria porta a distinguere tra antenne omnidirezionali (o a basso guadagno) ed antenne settoriali (o ad alto guadagno), come indicato schematicamente nella sottostante figura, tratta dal sito Internet Cellular Phone Antennas (Base Stations) and Human Health di J.Moulder.

Mostriamo alcune tipologie di antenne settoriali per stazioni radio base, con immagini tratte dal sito Internet di M.Scatà Global System for Mobile communications.

Un tipico pannello trasmittente per SRB può avere per esempio un guadagno di 17 dB, il che signfica che irradia nella direzione di massimo circa 50 volte di più di un radiatore isotropo, a pari potenza di alimentazione. Le larghezze del fascio irradiato a metà potenza sul piano orizzontale e sul piano verticale possono essere rispettivamente dell'ordine di 60 ÷ 90^o e di 5 ÷ 15^o, ma vi è molta variabilità a seconda delle specifiche esigenze; per quanto riguarda la direzione di puntamento, essa è orizzontale o lievemente inclinata verso il basso ("tilt", anch'esso dell'ordine di 5 ÷ 15^o).

Nell'esempio mostrato nelle figure che seguono, si fa riferimento ad una SRB installata su un traliccio alto 3 m, posto sulla sommità di un edificio di cinque piani (alto quindi circa 15 m); la stazione utilizza un pannello trasmittente con aperture a metà potenza di 10^o sul piano verticale (con 6^o di tilt) e di 65^o sul piano orizzontale.

Nella prossima figura, infine, facendo riferimento alla stessa situazione ed ipotizzando inoltre una potenza EIRP di 1 kW, si mostrano schematicamente le aree sul piano verticale entro le quali sono rispettati i limiti di sicurezza italiani per le esposizioni di breve durata e prolungate (durata maggiore di 4 ore).

Confronto TV - telefonia GSM

1. La TV impiega trasmettitori con potenze EIRP notevolmente più alte (fino a circa 100 kW) di quelle in uso in telefonia (massimo circa 2 kW), a causa della maggior distanza che normalmente intercorre tra trasmettitore e ricevitore. Questo è dovuto alla grande capillarità di diffusione sul territorio delle stazioni radio base della telefonia cellulare (imposta da esigenze di servizio), che non ha riscontro nel settore televisivo, dove i trasmettitori sono relativamente pochi e concentrati in genere in siti isolati. Le intensità di campo necessarie al buon funzionamento dei ricevitori sono in entrambi i casi bassissime (dell'ordine per esempio del mV/m).
2. La TV è monodirezionale (dal ripetitore all'apparecchio ricevente) mentre la telefonia è ovviamente bidirezionale. Questo determina una grande diffusione nell'ambiente di piccoli trasmettitori (i telefonini), con potenze senza dubbio modeste (fino a qualche watt), ma in grado di determinare nell'utente una esposizione localizzata non necessariamente trascurabile.
3. Caso pressoché unico tra le sorgenti di campi elettromagnetici per telecomunicazioni, le stazioni radio base GSM non traggono in genere particolari benefici da un eventuale aumento della potenza emessa, che comporta anzi il rischio di disturbare le comunicazioni nelle celle vicine dello stesso gestore (grazie al preciso piano di assegnazione delle frequenze su base nazionale). Anzi, proprio per scongiurare il rischio delle interferenze di cocanale, vengono adottati dispositivi automatici quali il controllo statico e dinamico della potenza emessa e la trasmissione discontinua. Questi fanno sì che le stazioni radiobase GSM siano probabilmente la classe di sorgenti che più da vicino realizza il criterio protezionistico di "ridurre l'esposizione al minimo livello possibile". In particolare, a differenza di quello che avviene con radio e TV, dove l'esigenza di imporsi sulla concorrenza spinge talvolta verso un aumento indiscriminato delle potenze, un aumento della potenza NON permette in genere ad una stazione radio base di aumentare il bacino di utenza (inteso come numero di conversazioni contemporanee supportate): a questo fine, si richiede invece una diminuzione delle dimensioni delle celle e quindi un aumento delle stazioni radio base GSM sul territorio. Si può dimostrare che quanto più le stazioni radio base vengono moltiplicate (e perciò funzionano a potenza più bassa) tanto più diminuisce l'esposizione media della popolazione residente intorno ad esse.

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Daniele Andreuccetti, IROE-CNR, 2000.