Cap1 Introduzione
Distinzioni tra radiazioni ionizzanti
e non ionizzanti.
Nello studio degli effetti dei campi
elettromagnetici sui tessuti biologici di particolare interesse sono le
cosiddette radiazioni non ionizzanti (NIR). Per ionizzazione si
intende il fenomeno di estrazione di un elettrone dalla orbita più
esterna dell’atomo. Affinché in un materiale investito da una radiazione
ci sia ionizzazione, occorre che l’energia associata al singolo quanto
della radiazione ionizzante (E=nh)
sia sufficientemente elevata (Potenziale di ionizzazione »
10 eV). Con riferimento alla Tabella 1 osserviamo che :
TABELLA 1
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Tipo di radiazione
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Frequenza (Hz)
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Lunghezza d'onda(m)
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Energia di un quanto di radiazione(eV)
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UHF
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7(108)
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0.43
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2.88(10-6)
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Microonde radar
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1010
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3(10-2)
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4.12(10-5)
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Onde millimetriche
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3(1011)
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1(10-3)
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1.24(10-3)
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Luce Visibile
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6(1014)
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5(10-7)
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2.47
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UV ionizzante
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1016
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3(10-8)
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41.2
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Raggi- X
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1018
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3(10-10)
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4120
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Raggi-X penetranti
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1020
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3(10-12)
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4.12(106)
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l’energia associata al quanto delle onde UHF TV (trasmissioni televisive,
trasmissioni in banda UHF cioè radio private) è bassa, decisamente
inferiore ai 10 eV necessari per la ionizzazione. Per le onde radar e le
onde millimetriche vale un discorso analogo. Nel settore delle onde millimetriche
si sta sviluppando lo studio dei nuovi tipi di sistemi quali ad esempio
i radar per automobili, a 60¸90
GHz oppure reti locali a larga banda per trasferimento di informazioni
in ambienti confinati (40¸60 GHz). In
questo range di frequenze è presente una forte attenuazione dovuta
all’ossigeno ed al vapore acqueo che rende impossibile l’utilizzo di tali
sorgenti per trasmissioni a grandi distanze ma le rende molto utili a brevi
distanze per motivi di riservatezza nella trasmissione e riutilizzo delle
bande. Se si considerano frequenze più elevate si entra nello spettro
visibile, è possibile notare che l’energia associata a queste onde
è confrontabile con quella di ionizzazione; aumentando ulteriormente
le frequenze l’energia associata al quanto cresce di conseguenza.
Si limiterà lo studio alle onde millimetriche fino ai 300 Ghz
.Non saranno approfonditi ad esempio i problemi associati al laser, alle
onde ultraviolette o all’infrarosso.
Finora si è parlato di campi associati a fenomeni radiativi;
non sempre, però, si è in presenza di radiazioni. Un’antenna,
ad esempio, è generalmente in una situazione di campo lontano ed
irradia perciò una certa potenza; tutto ciò non vale ad esempio
per un elettrodotto. Campi non radiativi sono i campi statici, i campi
quasi statici (ELF: extremely low frequency) ecc.; per essi è
possibile separare il campo elettrico E da quello magnetico H
e non si può quindi parlare di radiazione. Un altro esempio può
essere l’uso dei telefoni cellulari: il soggetto è in campo vicino
ed il campo è ceduto per accoppiamento tra sorgente e soggetto.
Per avere interazione tra un campo elettromagnetico (e.m.) e un
tessuto biologico non è necessario avere ionizzazione perché
possono esserci fenomeni di accoppiamento capacitivo e induttivo, moti
vibrazionali e rotazionali o cambiamenti di stato. Per spiegare alcuni
fenomeni che avvengono in natura non è possibile risalire
sempre a considerazioni riguardanti il trasferimento di energia dal segnale
e.m. all’oggetto fisico.
Il tipico esempio che si può fare è quello del fulmine:
- Il fenomeno avviene a temperatura ambiente mentre è noto che
la temperatura equivalente al quanto di energia necessaria per ottenere
l’energia di ionizzazione è di 104¸105
K. La causa che rende possibile questa ionizzazione naturale
è una grande differenza di potenziale (DV)
tra la nuvola e il terreno: un elettrone viene accelerato dalla differenza
di potenziale e l’energia statica viene trasformata in energia
cinetica che, a sua volta, viene ceduta, con un meccanismo a valanga, agli
elettroni successivi i quali vengono a loro volta accelerati. Quindi una
spiegazione energetica di questo fenomeno sarebbe inaccettabile se non
si tenesse conto dell’evoluzione temporale della ionizzazione a valanga
da impatto.
Quanto appena detto mostra come, in natura, possano esserci processi
di tipo cumulativo in cui l’effetto, per quanto piccolo, ripetuto
più volte, può dar luogo ad un fenomeno macroscopico. Un
esempio più vicino al settore di interesse può essere
il processo chimico di solvatazione (idratazione):
NaCl + H2O = [ Na+
+ Cl- ]idrati +
H2O
- In questo fenomeno si creano ioni
e sorge il problema di estrarre un elettrone. Se si provasse ad estrarre
un elettrone da NaCl con un meccanismo fisico di ionizzazione, si dovrebbe
usare un’elevata energia, mentre, immergendo la stessa sostanza in
acqua, si ha un’interazione tra la struttura dipolare del solvente e il
legame ionico del sale la quale permette la rottura del legame e quindi
il fenomeno di ionizzazione.
Le molecole di alcuni composti biologici
sono a loro volta polari, (per la presenza di gruppi funzionali quali -C=O,
-NH, -NO2) quindi ,possono essere dotate di un momento
dipolare e agire da solventi o essere idratate.
Indice del Capitolo 1
Interazione bioelettromagnetica:
definizione e valutazione.
Lo schema che si deve considerare
per valutare l’interazione bioelettromagnetica è il seguente:
l’energia e.m. incide sul tessuto
biologico (non necessariamente deve esserci propagazione del segnale
per avere accoppiamento con il soggetto); se il campo e.m. penetra all’interno
della struttura biologica può dar luogo ad effetti che possono essere
fisiologici o patologici, accelerando fenomeni naturali o creando alterazioni;
questi effetti derivano dai meccanismi biofisici di interazione del campo
e.m. con il sistema biologico. (Figura 1)
FIGURA 1
Un parametro da considerare quando
si studia l’interazione tra campi e.m. e sistemi biologici è la
temperatura, infatti tutti i fenomeni biochimici sono estremamente sensibili
alle variazioni di temperatura. Ad esempio l’uomo, come sistema biologico
complessivo ha, dal punto di vista termico, un intervallo di variabilità
molto limitato(35 ¸
42)
Indice del Capitolo 1
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