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Principios físicos de las
radiaciones no
ionizantes
Area de Higiene de Agentes Físicos
Dirección de Seguridad e Higiene, mayo de 2005
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Radiaciones ionizantes / No ionizantes
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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 10-34 Joules
x seg) y f la frecuencia.
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Radiaciones ionizantes / No ionizantes
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>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.
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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).
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Desarrollo cronológico
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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.
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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.
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Generación de campos
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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
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Campos naturales
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IONOSFERA
+
Campo
eléctrico
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.
Campo
magnético
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)
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Campos eléctricos estáticos generados
por el hombre
Tensión de la pila
U (en voltios)
O
Campo eléctrico E
V/m
O
Las
cargas
eléctricas crean un
campo
eléctrico
entre placas.
O
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Campos magnéticos estáticos
generados por el hombre
Material ferromagnético
imantado
O
Campo magnético H en
mT, Gauss o A/m
O
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Campos electromagnéticos variables
generados por el hombre
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I
E
Corriente y tensiones
variables en el tiempo ⇒
AC
O
Presencia de campo
eléctrico E y campo
magnético H
O
H
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Campo próximo / campo lejano
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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.
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Campo próximo / campo lejano
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>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
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Campo próximo / campo lejano
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>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/m2, siendo este la
potencia por unidad de área normal a la dirección de propagación de la
onda.
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Campo próximo / campo lejano
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>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.
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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.
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Fenómenos de resonancia
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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
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