Protección contra Radiaciones. 03. Protección contra radiaciones no ionizantes. 01. Introducción, El Comienzo, Magnitudes y Unidades en Campos Electromagnéticos, Espectros..

CAPITULO II

PROTECCION CONTRA RADIACIONES NO IONIZANTES – CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS

Ing. Anibal Aguirre
Ing. Jorge Skvarca

Ing. Jorge Skvarca

El Ing Jorge Skvarca es egresado de la Universidad de Buenos Aires con el título de Ingeniero Electromecánico, Orientación electrónica.

Ha desempeñado funciones en el Ministerio de Salud de la Nación en el área de Regulación de la Protección Radiológica como responsable de la elaboración e implementación de normas sobre protección contra Radiaciones Ionizantes y No Ionizantes.

Es consultor de la Organización Panamericana de la Salud y Miembro Honorario del Panel de Expertos en Radiaciones de la Organización Mundial de la Salud y de la Organización Panamericana de la Salud.

Es coautor de la publicación “Manual de estándares de seguridad para la exposición a radiofrecuencias comprendidas entre 100 kHz y 300 GHz – Prospección de radiación electromagnética ambiental no ionizante” editado por el Congreso de la Nación (Volúmenes I y II). así como de otras publicaciones y artículos sobre la especialidad.

Ing. Anibal Aguirre

El Ing. Anibal Aguirre es egresado de la Universidad de Buenos Aires con el título de Ingeniero Electrónico.

Se desempeña profesionalmente en el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas de las Fuerzas Armadas (CITEFA), donde desarrolla actividades en las Áreas de Radiaciones no Ionizantes y RADAR de la División Antenas y Propagación.

Es miembro de la Comisión de Radiaciones no Ionizantes del Consejo Profesional de Ingenieros en Electrónica, Telecomunicaciones e Informatica (COPITEC).

Es docente de la Cátedra “Sistemas Inalámbricos” de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires y es docente especializado en Radiaciones No Ionizantes de los Cursos de Postgrado en Higiene y Seguridad en el Trabajo de la Universidad de Buenos Aires y de la Universidad Tecnológica Nacional y del Curso de Postgrado en Gestión Ambiental de la Universidad de Buenos Aires.

1 – INTRODUCCIÓN

El uso de la energía electromagnética se ha incrementado de manera más que geométrica en los últimos 50 años. Esto ha sucedido gracias al sostenido avance científico – tecnológico que permitió su aplicación en los más diversos campos. Las comunicaciones, emisoras radiales y de TV, la informática, la generación y transporte de energía eléctrica y otros usos industriales, la salud e investigación, los sistemas de navegación, la detección remota, los sistemas de defensa y otras aplicaciones menores relacionadas con sistemas de control, son ejemplos de algunos de ellos.

Las radiaciones electromagnéticas involucradas en los sistemas antes mencionados son conocidas como “RADIACIONES NO IONIZANTES” (RNI) puesto que la energía fotónica asociada a estas radiaciones es diez a millones de veces menor que la necesaria para romper un enlace molecular (decenas de electrón-Volts)  o “arrancar” el electrón más débil de un átomo y así dar lugar a la formación de un ion; de ser éste el caso estaríamos frente a una “Radiación Ionizante”.

Para entender la diferencia, las RADIACIONES IONIZANTES (RI)  son aquellas, cuyo efecto más importante, según el mismo término lo describe, es la ionización de los átomos de la materia, debido a su longitud de onda más corta y por ende de mayor energía fotónica asociada. A modo de ejemplo, mencionaremos entre ellas a la Radiación X, la Radiación Gamma y a la Radiación Cósmica. Los riesgos asociados con el uso de la Radiación X y Gamma, tanto en sus aplicaciones médicas como industriales han sido estudiados con mucho detalle y sus efectos son bien conocidos. Algunos de ellos pueden  ser de extrema gravedad, y como consecuencia de ello, han merecido una preocupación especial, desarrollándose toda una disciplina, llamada Protección Radiológica. Así, se han elaborado Normas de Seguridad y establecido los Límites de Exposición para proteger tanto a las personas que por su tarea están expuestas a ellas, denominadas personas ocupacionalmente expuestas, como al público en general y al paciente cuando se trata de exposiciones médicas. El tema de las Radiaciones Ionizantes se desarrolla en un capítulo aparte con todos los detalles necesarios.

2 – EL COMIENZO

El interés científico sobre la interacción  entre campos electromagnéticos y sistemas biológicos, disciplina que mas tarde se conocería como “Radiaciones no Ionizantes”  puede interpretarse como una consecuencia no esperada de la implementación de uno de los sistemas más elaborados y geniales de la historia de la guerra electrónica; la radiodetección y estimación de distancias, más conocido por sus siglas en inglés: RADAR (RAdio Detection And Ranging). La teoría del RADAR y sus primeras implementaciones prácticas datan del año 1935, pero es en el año 1940, con la invención del magnetrón, cuando el RADAR adquiere la dimensión y utilidad práctica que hoy se le conoce

Estos primeros sistemas eran de onda continua (CW) y fueron emplazados sobre la costa del Canal de la Mancha por los Ingenieros de la Royal Air Force obedeciendo a las necesidades bélicas del momento. Eran sistemas de doble antena fija, pues el RADAR pulsado con antena giratoria, llegaría algunos meses más tarde. En ambos casos, y debido a la tecnología circuital de Frecuencia Ultra Elevada (UHF) de la cual se disponía (lámparas de alto vacío de emisión termoiónica conocidas como “válvulas”) y teniendo en cuenta el nivel de señal “eco” necesario para validar un “blanco”, (estrictamente relacionado con la sensibilidad de los receptores) se hacía imprescindible la utilización de grandes potencias del orden de los cientos de kilowatts.

Fue en aquellos primeros operadores de RADAR de la Royal Air Force, inconscientemente expuestos a altos campos electromagnéticos provenientes de las antenas, donde se pudieron verificar los primeros efectos adversos a la salud atribuidos a estos campos electromagnéticos. La estadística era simple, la mayoría de ellos presentaba disfunciones visuales, reproductivas y sensaciones de calor intenso, lo cual luego de los primeros estudios arrojó una de las conclusiones más sólidas y aún vigentes sobre el tema: la existencia de “efectos térmicos”.

Mas de diez años después (hacia 1956), y del otro lado de la “cortina de hierro” se verificaba otra situación preocupante en el extremo inferior del espectro electromagnético (50/60Hz). Observaciones sobre la alteración en el “comportamiento” de los animales y aparentes cambios en la reproducción de los mismos, en particular aquellos que habitaban bajo las líneas de transporte de energía eléctrica en las extensas estepas de la antigua Unión Soviética, llamaron la atención de los científicos Soviéticos .

Dado que la proporción era llamativa, el entonces gobierno Soviético, decidió comenzar un minucioso y extensivo programa de investigación científica que involucraba el estudio de  los efectos de los campos electromagnéticos tanto en seres humanos como en animales. Como los niveles de campo electromagnético medidos eran bastante pequeños, éstos no eran capaces de provocar elevación térmica alguna en los tejidos biológicos (a diferencia de los campos emitidos por los RADARes). Por tal motivo, a los efectos asociados a campos electromagnéticos de baja intensidad se los denominó “efectos no térmicos”.

Estos efectos, a veces denominados, “efectos etológicos” (alteraciones en las costumbres o en el comportamiento), fueron sostenidos por los científicos Soviéticos (actualmente Rusos y otros), y rechazados históricamente por la mayor parte de la comunidad científica internacional que investiga las RNI, debido a la escasa repetición de ciertos resultados (pilar del método científico). Sin embargo la polémica continúa abierta aún hoy, y son numerosos los estudios científicos que buscan corroborar la existencia de los efectos “no térmicos”, fundamentalmente a largo plazo. Estos estudios se conocen como estudios de bajo nivel de exposición (a las RNI) pero de largo plazo (Long-time, low level exposition). Atendiendo a que los mencionados estudios están desarrollándose actualmente, y que los resultados podrán evaluarse durante los próximos diez o quince años, los principales organismos internacionales dedicados a la investigación de las RNI han adoptado distintas políticas de manejo de los riesgos, que se presentarán, en la sección correspondiente.

3 – MAGNITUDES Y UNIDADES APLICABLES A CAMPOS ELECTROMAGNETICOS

Las Radiaciones no Ionizantes están constituidas por una forma de energía, capaz de propagarse en el espacio libre o dentro de un material (radiarse), conocida como Campos Electromagnéticos (CEM). El campo electromagnético esta formado por dos magnitudes vectoriales llamadas: campo eléctrico y campo magnético que, en la situación más sencilla, se encuentran desfasados espacialmente 90 grados, lo cual es conocido como condición de “onda plana” (Ver Gráfico).

El estudio de las RNI requiere del conocimiento de las magnitudes y unidades relacionadas con la caracterización  del campo electromagnético o de los campos eléctricos y magnéticos en forma individual. Para ello se presentan a continuación las definiciones de las algunas magnitudes y sus correspondientes unidades expresadas entre corchetes [ ], en el sistema MKS.

DEFINICIONES

SAR (Specific Absorción Rate)  ó Tasa de absorción específica:

Es la magnitud (escalar) fundamental que se utiliza para cuantificar la interacción entre la energía electromagnética transportada por los campos y los sistemas biológicos. Esta magnitud tiene una importancia fundamental en el análisis de los efectos de las RNI provenientes de fuentes de Radiofrecuencias y Microondas. La tasa de absorción específica mide la energía electromagnética absorbida por unidad de masa del tejido biológico en la unidad de tiempo. Haciendo referencia a las Radiaciones Ionizantes, SAR seria equivalente a la Tasa de Dosis en RI. Es una magnitud de origen “térmico”, pues supone una alta correlación entre la energía absorbida y la transformación de esta, en energía cinética atómico-molecular que conlleva a un incremento de la temperatura del tejido en cuestión.

Como es de suponer, modelizar el conjunto de sistemas biológicos que constituyen el cuerpo humano es altamente complejo; en el mejor de los casos puede suponerse, con bastante error, que se trata de un dieléctrico con pérdidas, no homogéneo y altamente anisótropo. Por esto el SAR se constituye en una medida claramente estadística, pues se comprueba que la absorción específica depende no solamente de la parte del cuerpo que se considere sino que, también, sufre grandes variaciones con la frecuencia, la edad y el sexo de las personas entre otros factores. Dada la necesidad de mensurar la interacción entre campos electromagnéticos y sistemas biológicos, se ha tomado un valor promedio (determinado por complejos estudios biológicos que tienen en cuenta los distintos biotipos) a fin de poder elaborar normas de protección con los limites correspondientes. Se retomará el tema SAR, más adelante, cuando se haga mención de las normas de protección.

Con el objeto de brindar una definición formal se recurre a la publicación  “Prospección de Radiación Electromagnética Ambiental no ionizante” (Portela, Skvarca y otros) (1) y la publicación del Instituto de Ingenieros Electrónicos y Electricistas IEEE C951 (2),que definen el SAR como: “la derivada temporal del incremento de energía absorbido por un diferencial de masa contenido en un diferencial de volumen que posee una densidad p.”

4 – ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Y APLICACIONES DE LAS RADIACIONES NO IONIZANTES

Se define al espectro electromagnético de las RNI como el rango continuo de frecuencias que se extiende a partir de la corriente continúa (sin incluirla), hasta frecuencias pertenecientes a la radiación Ultravioleta B, cuya energía asociada es del orden de decenas de electrón – volts (ver gráfico ).

Espectro electromagnético: algunas aplicaciones fundamentales, sus energías y frecuencias. (Fuente FCC) 3

Regiones y Subregiones  del Espectro  Electromagnético:
Radiación Óptica, Radiofrecuencias y Bajas Frecuencias.

El espectro electromagnético esta dividido en rangos de frecuencias. Estos rangos fueron establecidos, en su origen, por ciertas similitudes en el comportamiento de las señales que integraban dichos rangos.

El posterior estudio detallado de señales dentro de un mismo rango espectral pudo encontrar diferencias entre señales perteneciente a un mismo rango o “banda” de frecuencias, pero a los fines prácticos es útil la división del espectro en bandas de frecuencias como las que se presentan a continuación.

Es conveniente aclarar que para las señales de mayor frecuencia del espectro de las RNI, esto es: la radiación Infrarroja, la radiación Visible y la radiación Ultravioleta, los rangos se expresan en unidades de longitudes de onda (típicamente nanómetros), y no de frecuencia por cuestiones de orden práctico (la magnitud de las frecuencias es muy elevada de orden de 10¹⁶ Hz).

Comenzando por las radiaciones de frecuencias más elevadas tenemos:

Radiación Ultravioleta (UV), Radiación Visible (Luz),  Radiación Infrarroja (IR), Microondas (MO) y Radiofrecuencias (RF).También suele definirse como Radiación Óptica a la mencionada en las tres primeras (UV, Visible e IR), correspondiendo a las longitudes de onda entre 1nm hasta 1.000.000 nm (1mm)

4.1  –  RADIACION OPTICA

4.1 A  –  Radiación Ultravioleta (UV)

Se subdivide a su vez en tres bandas:
UV-A …………………………………………………….315 a 400 nm
UV-B  ……………………………………………………280 a 315 nm
UV-C  …………………………………………………..100 a 280 nm (no pertenece al espectro de las RNI)*

*Las Radiaciones UVC cuyas longitudes de onda son menores a 180 nm son absorbidas por el aire, por lo tanto carecen de interés práctico para el estudio de la protección, es por eso que también puede definirse el espectro de UVC entre 180 a 280 nm

Las fuentes de radiación Ultravioleta son artificiales con una sola excepción, el sol. En general todas las fuentes son de emisión no coherente, pero existen fuentes de emisión coherente conocidas como LASERes (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), que se tratarán más adelante.

El uso de la radiación UV, es sumamente amplio y corriente a saber: esterilización de instrumental, purificación de aire o agua por acción germicida (UVC), lámparas de fotocopiadoras, análisis de materiales (“magnaflux”), iluminación para decoración (“luz negra”), iluminación fluorescente (irradia en distintas proporciones radiación UV, IR y Visible), tratamiento de la soriasis, bronceado (“camas solares”), polimerización, ataques de circuitos impresos, etc…

4.1 B –  Radiación Visible y LASER

El espectro visible está comprendido entre  los 400 y 760 nm.

Como ya se mencionó anteriormente los LASERes pueden abarcar además del espectro visible, el de UV (p. ej. Excímeros–Excited Dimers) y también el de IR (p. ej. CO2). Hasta el siglo antepasado la fuente principal de radiación visible ha sido el sol, cuyo espectro de radiación es amplio, pero en la superficie terrestre esta formado por emisiones en el espectro Visible, Infrarrojo y Ultravioleta (A y B) en distintas proporciones.

Actualmente la radiación visible y los LASERes han multiplicado sus aplicaciones gracias a la invención de los más diversos dispositivos.

Como ejemplos de aplicación de radiación no coherente podemos mencionar: iluminación incandescente (“luz caliente”) y fluorescente (“luz fría”), activación de reacciones químicas fotosensibles, cine, televisión, VDU´s (Video Display Units), etc…

Como ejemplo de aplicación de radiación coherente (LASER) agregamos: bisturí, punteros, impresión, dispositivos lectores de datos, herramientas industriales de corte y perforación, sistemas militares de guiado, emisores para cables de fibra óptica, etc..

A fin de categorizar los dispositivos LASER, por su potencia asociada, y por ende sus riegos, se presenta  la siguiente clasificación:

CLASE 1    Dispositivos de riesgo insignificante (Barras lectoras en cajas registradoras).
CLASE 2    Bajo riesgo, baja potencia, menor de 1mW (Punteros Láser).
CLASE 3a  Bajo riesgo, potencia media entre 1 y 5 mW (Laseres Guía en Oftalmología).
CLASE 3b  Riesgo moderado, potencia media menor de 0,5 W (Telemetría y Medicina).
CLASE 4    Alto riesgo y gran potencia, mayor de 0,5 W. (Láseres Quirúrgicos e Industriales).

4.1 C   –  Radiación Infrarroja (IR)

Se subdivide en tres bandas:
IR-A ……………………………………………..   760 a   1.400 nm
IR-B………………………………………………   1.400 a   3.000 nm
IR-C………………………………………………   3.000 a 1.000.000 nm

También se llama Infrarrojo Cercano a la banda entre 760 y 3.000 nm (por estar cercano al espectro visible), Infrarrojo Medio a la que se extiende desde 3.000 a 30.000 nm e Infrarrojo Lejano a la porción desde 30.000 a 1 millón de nm.

Las aplicaciones de la radiación Infrarroja son variadas, pero la mayoría de ellas están relacionadas  con la necesidad de producir calor, a saber: activación de procesos químicos o bioquímicos, procesos de fusión, calefacción, sistemas de detección de cuerpos a distintas temperaturas, comunicaciones ópticas de corto alcance, etc…

4.2   –    Radiofrecuencias (RF) y Microondas (MO)

El espectro de las Microondas (MO)  se extiende desde los 1GHz (aprox.) hasta los 300GHz, a su vez está dividido en 3 bandas:

Extremadamente Alta Frecuencia (EHF en inglés) de………. 300 a 30 GHz – (1 a 10 mm de longitud de onda).
Súper Alta Frecuencia (SHF en inglés) de………………….. 30.0 a 3.0  GHz – (10 a 100 mm).
Ultra Alta Frecuencia (UHF en inglés) de …………………..3.0 a 0.3 GHz – (100 a 1000 mm).

Las Microondas tienen sus aplicaciones fundamentalmente en el campo de las comunicaciones civiles y militares, fijas y móviles, a saber: sistemas de Telefonía Celular Móvil, “trunking”, RADARes, enlaces de datos terrestres y satelitales
El rango del espectro de Radiofrecuencia (RF)  se  divide en las siguientes bandas (se dan los rangos de frecuencias y longitudes de onda):
Muy Alta Frecuencia (VHF en inglés) ……………………………… 300 a 30 MHz –   (1 a 10m)
Alta Frecuencia (HF en inglés) ………………………………………30  a 3 MHz –      (10 a 100 m).
Frecuencia Media (MF en inglés) …………………………………….3  a 0.3 MHz  –  (100 a 1000 m).
Frecuencia Baja (LF en inglés) ……………………………………….30 a 300 kHz  – (1000 a 10000 m).
Frecuencia Muy Baja (VLF en inglés)…………………………………30 a 3 kHz    –     (10 a 100km.)

El espectro de Radiofrecuencias es utilizado para los servicios de Radiodifusión, Televisión, comunicaciones móviles y fijas de distancias cortas, medianas y largas, radio-enlaces punto a punto o punto multipunto, comunicaciones por rebote  en la ionosfera y comunicaciones subacuáticas (fundamentalmente en la banda de VLF), aplicaciones en hornos y soldadoras industriales, fuentes de alimentación conmutadas (“switching”)  etc…

4.3 – Radiación de Frecuencias Extremadamente Bajas (ELF)

Espectro electromagnético de Frecuencias Extremadamente Bajas: esta porción del espectro se divide en las siguientes bandas

Frecuencia de Voz (VF en inglés)……………………………..3000 a 300Hz (100 a 1000 km). Frecuencia Extremadamente Baja (ELF en inglés)……………………………………………..300 a 30Hz     (1000 a 10000 km.)
Frecuencia Sub-Extremadamente Baja (SELF)…………………..menores de 30Hz

En esta región del espectro se debe destacar que las frecuencias de 50Hz y 60 Hz (dentro de la banda de ELF), son las utilizadas por los distintos países para la generación de energía eléctrica de uso industrial y residencial.

Por lo tanto los sistemas de generación, transporte y distribución de energía eléctrica y muchos de los equipos conocidos como “electrodomésticos”, son en mayor o menor escala fuentes de campos electromagnéticos de ELF.

Publicación UART