Principios físicos de las radiaciones no ionizantes

Transcripción

1 de las radiaciones no ionizantes Area de Higiene de Agentes Físicos, mayo de 2005

2 Radiaciones ionizantes / No ionizantes Los fenómenos de radiación electromagnética se pueden describir como ondulatorios o de partículas. Las partículas asociadas a las radiaciones electromagnéticas se llaman fotones. Los fotones tienen masa nula, se desplazan a la velocidad de la luz y su energía asociada es E=h.f, donde h es la constante de Planck (6.63 x Joules x seg) y f la frecuencia.

3 Radiaciones ionizantes / No ionizantes Cuando un fotón golpea un átomo con energía suficiente, puede arrancar un electrón de su órbita, convirtiendose el átomo en un ión. La molécula que contiene el átomo se puede disociar. A una frecuencia de 2420 THz, las energías fotónicas llegan a 12,4 ev, que son iguales a las energías de enlace de los electrones a sus átomos de hidrógeno. Al incidir estos fotones sobre moléculas de agua, las pueden ionizar, empezando así el rango de radiaciones inozantes. Fotones a frecuencias inferiores, (infrarrojo, visible, radifrecuencias, etc.) no son capaces de romper enlaces térmicos, por lo que quedarían englobados en el rango de las radiaciones no ionizantes o, utilizando otra nomenclatura, de los campos electromagnéticos.

4 Campo electromagnético ( CEM ) La utilización generalizada e indispensable de la energía eléctrica y las telecomunicaciones conlleva necesariamente la generación de CEM CEM es la abreviatura de campos electromagnéticos (EMF Electromagnetic fields), con el que se describe como afecta la radiación y los campos electromagnéticos a nuestro entorno, especialmente a las personas. No confundir con Compatibilidad Electromagnética entre equipos (EMC: Electromagnetic compatibility).

5 Desarrollo cronológico Los griegos conocían ya las propiedades eléctricas del ámbar. 1873: James Maxwell unifica los conocimientos sobre electricidad (Leyes Ampere) y magnetismo (Leyes Faraday). Principios de los cincuenta: Primeros estándares para CEM. 1974: La asociación Internacional para la protección contra las Radiaciones (IRPA) comienza a examinar los problemas con los CEM 1979: Wertheimer y Leeper sugieren correlaciones entre campos de líneas de alta tensión y leucemias infantiles. 1998: Ultima recomendación de la Comisión Internacional para la Protección contra Radiaciones No Ionizantes (ICNIRP) 2001: Reglamento 1066 de protección frente a emisiones radioeléctricas.

6 El ser humano y los campos circundantes Inicialmente: Campos estático externos, radiación solar y campos internos propios de los procesos biológicos. Novedad: Múltiples emisores de CEM de frecuencia alternante. La diferencia básica entre los campos eléctricos y magnéticos naturales y los artificiales es que los naturales son sobretodo estáticos, mientras que los artificiales son sobretodo alternantes, con frecuencias muy variables.

7 Generación de campos Una carga eléctrica en el espacio genera un campo eléctrico, mientras que una carga eléctrica en movimiento genera un campo magnético. Un aparato o instalación que funcione con energía eléctrica genera un campo eléctrico y magnético a su alrededor. El campo eléctrico se puede apantallar con cualquier estructura El campo magnético es difícilmente apantallable. De hecho, el campo magnético terrestre atraviesa toda la tierra. El campo eléctrico influye sobre todo la periferia del cuerpo, mientras que el campo magnético lo atraviesa imperturbado e induce corrientes internas

8 Campos naturales IONOSFERA + Campo eléctrico Campo magnético La tierra es un gran conductor cargado que genera un campo eléctrico respecto a la ionosfera con un promedio de 130 V/m. En caso de tormenta se puede llegar a 20 KV/m. La tierra se comporta como un gigantesco imán, generando campo magnético estático - mínimo 30µT el ecuador - máximo 70µT en los polos magnéticos (puede llegar hasta los 300µT)

9 Campos eléctricos estáticos generados por el hombre Tensión de la pila U (en voltios) Campo eléctrico E V/m Las cargas eléctricas crean un campo eléctrico entre placas.

10 Campos magnéticos estáticos generados por el hombre Material ferromagnético imantado Campo magnético H en mt, Gauss o A/m

11 Campos electromagnéticos variables generados por el hombre H I E Corriente y tensiones variables en el tiempo AC Presencia de campo eléctrico E y campo magnético H

12 Campo próximo / campo lejano Ecuaciones de Maxwell: Un campo eléctrico que varia en función del tiempo provoca la aparición de un campo magnético y viceversa. Las ecuaciones de Maxwell se transforman en ecuaciones de onda plana cuando hay una distancia mínima entre la fuente y el observador. Esta distancia mínima, que depende del tipo de fuente, es lo que diferencia la región de campo próximo de la de campo lejano.

13 Campo próximo / campo lejano El comportamiento de onda plana en campo lejano implica que la relación entre el campo eléctrico (E) y el campo magnético (H), que están en fase, es constante e igual a la impedancia característica del medio. Para el aire, E/H=377Ω. En este caso, es necesario una sola medida para caracterizar el campo. En campo próximo, la relación entre E y H es compleja y no constante, (puede haber un campo E intenso y H débil y viceversa) por lo que deben medirse ambos valores por separado. Los dos campos están desfasados

14 Campo próximo / campo lejano En la región de campo próximo, se medirá la intensidad de campo eléctrico E en V/m y la intensidad de campo magnético H en A/m (o inducción magnética B, en Teslas para frecuencias bajas) En la región de campo lejano se medirá normalmente el campo eléctrico E (también puede ser H) utilizando, sin embargo, la magnitud equivalente de densidad de potencia S=E x H, en W/m 2, siendo este la potencia por unidad de área normal a la dirección de propagación de la onda.

15 Campo próximo / campo lejano En la región de campo próximo, el hecho de que el campo eléctrico y magnético esté desfasado provoca que la energía disipada o radiada sea pequeña aunque los valores de campo sean importantes (sobretodo región de campo próximo reactiva). En campo lejano con comportamiento de onda plana, las variaciones en el tiempo y espacio del CEM inducen un transporte de energía en una dirección determinada, llamando a este flujo de energía radiación.

16 Atenuación de los campos con la distancia Resolviendo las ecuaciones de Maxwell y simplificando: CAMPO PROXIMO El campo eléctrico (E) disminuye en un factor 1/r3 de la distancia de separación del foco r para una antena de dipolos, y 1/r2 para una antena de cuadro. El campo magnético (H) disminuye un factor de 1/r2 de la distancia r para una antena de dipolos, mientras que para una antena de cuadro disminuye según 1/r3. CAMPO LEJANO El campo eléctrico y magnético disminuyen de forma inversamente proporcional a la distancia (1/r), mientras que la densidad de potencia (E x H) disminuye en un factor 1/ r2.

17 Fenómenos de resonancia La radiación electromagnética se propaga como una onda, desplazándose a la velocidad de la luz. La longitud de onda determina el acoplamiento o grado de coincidencia entre la radiación y los elementos afectados. Para el cuerpo humano hay un rango de frecuencias en las que se pueden producir fenómenos de resonancia y, consecuentemente los límites mas estrictos. Este rango de frecuencias es entre 30 y 300MHz. (Límites mínimos, valores entre 10 y 400MHz). Frecuencia de resonancia adulto de pie 70MHz Frecuencia de resonancia niños y adulto sentado 100MHz

18 Area de Higiene de Agentes Físicos