L’inquinamento elettromagnetico

Il problema dell’inquinamento prodotto dai campi elettromagnetici ed il timore che essi possano nuocere alla salute, è uno degli argomenti che più interessano e preoccupano l’opinione pubblica negli ultimi tempi.

Tale interesse ha naturalmente portato il mondo scientifico e medico ad approfondire le ricerche sull’argomento, attraverso indagini epidemiologiche e numerosi studi riguardanti l’interazione dei campi elettromagnetici con gli organismi viventi.

Per meglio conoscere le problematiche legate alle onde elettromagnetiche, e per difendersi da esse, è necessario individuare le loro caratteristiche fisiche fondamentali.

Onde elettromagnetiche

L’onda elettromagnetica è un fenomeno di propagazione di campi elettrici e magnetici concatenati gli uni agli altri ed in grado di propagarsi attraverso l’aria, il vuoto o qualsiasi altro mezzo.

I parametri fondamentali che permettono di caratterizzare le emissioni EM sono essenzialmente:

-       la frequenza f;

-       la lunghezza d’onda l;

-       la potenza di emissione S.

Bisogna precisare che l’effetto di queste onde è strettamente legato alla zona di campo a cui si fa riferimento.

Esistono tre zone caratteristiche che si possono identificare ogni qual volta si studiano emissioni di campi EM, ed esse sono:

-       zona di campo vicino radioattivo;

-       zona di campo vicino reattivo;

-       zona di campo lontano.

Ognuna di queste zone permette di fare delle considerazioni strettamente legate alla forma dell’onda, alla sua intensità ed alla sua capacità di penetrazione.

In prossimità della sorgente i campi elettrico e magnetico sono “disaccoppiati”, mentre in campo lontano si è in condizione di onda piana ed i due campi sono strettamente legati da relazioni matematiche.

I confini tra le diverse zone sono calcolati in funzione della dimensione della sorgente e dai parametri d’onda (f, l).

Ogni giorno in ambiente domestico siamo immersi in campi EM di svariata origine. Nella maggioranza dei casi le onde che ci colpiscono sono in zona di campo lontano rispetto alla sorgente che le ha emesse.

Per questo motivo, spesso i fenomeni in questione sono studiati facendo riferimento alle onde EM piane che, viste le loro caratteristiche strutturali, consentono notevoli semplificazioni dal punto di vista matematico.

Onda elettromagnetica piana

In condizioni di campo lontano (alla frequenza dei telefonini si tratta di circa 1 m) un’onda elettromagnetica si definisce piana, e cioè:

-       i campi elettrico E e magnetico H sono perpendicolari tra di loro ed alla direzione di propagazione dell’onda;

-       i vettori di campo elettrico e magnetico sono in fase ed il loro rapporto è una costante:  ;

-       la densità di potenza S (potenza per unità di area nella direzione di propagazione) è definita da una semplice relazione matematica: .

 

Interazione tra onde EM piane e schermi

Un’onda elettromagnetica piana che interagisce con uno schermo può provocare tre fenomeni differenti:

1.    riflessione dell’onda incidente;

2.    assorbimento dell’onda incidente;

3.    trasmissione dell’onda EM oltre lo schermo.

Questi tre fenomeni combinandosi tra loro determinano l’Efficienza di Schermatura dello schermo.

I primi due fenomeni sono strettamente legati alla capacità di un’onda EM di indurre delle correnti all’interno di un qualunque materiale conduttivo.

L’elettricità che si genera all’interno dello schermo, in parte consente la generazione di un’onda elettromagnetica riflessa che si oppone a quella incidente, in parte si disperde sotto forma di calore per effetto Joule.

Il terzo ed ultimo fenomeno è quello indesiderato è cioè da rendere minimo. Ogni qual volta si progetta uno schermo è necessario, quindi, produrre un materiale conduttivo che, se investito da campi EM, sia in grado di disperdere il più possibile le onde elettromagnetiche ottimizzando il binomio presente tra riflessione ed assorbimento.

Ricerca e sperimentazione

Sulla base delle informazioni bibliografiche raccolte, il presente progetto di ricerca è finalizzato alla realizzazione di nontessuti per la schermatura dei campi elettromagnetici.

Per la produzione dei campioni di nontessuto sono state utilizzate fibre altamente conduttive di nuova generazione.

In particolare sono state adottate due differenti tipologie di fibre:

-         fibre sintetiche ricoperte da Cu₂S (solfuro di rame);

-         fibre di acciaio inossidabile.

Questi materiali fibrosi risultano avere ottime doti elettriche

Fibre sintetiche

Le fibre di nylon e di poliestere sono ricoperte da un sottile strato di solfuro di rame, in grado di conferire loro le proprietà elettriche descritte al punto precedente.

Fibre di acciaio inossidabile

A differenza delle fibre sintetiche, che sono ricoperte sulla superficie da uno strato metallico, in questo caso  il materiale fibroso è costituito da filamenti di acciaio inossidabile.

Nella figura 1 viene mostrato il confronto tra una fibra di poliestere e una fibra di acciaio.

Non-tessuti prodotti

Per mezzo delle fibre conduttive descritte ai punti precedenti, sono stati prodotti alcuni campioni di nontessuto. In totale sono stati realizzati undici diversi contessuti, ognuno contenente diverse percentuali di fibre conduttive. Essi sono stati appositamente creati in laboratorio al fine di ottenere una gamma di prodotti tutti differenti tra loro e in grado di fornire indicazioni sulle tipologie di lavorazioni migliori e sulle composizioni da adottare al fine di ottenere buone capacità schermanti.

La realizzazione di questi campioni comprende una prima lavorazione delle fibre in carda ed una seconda fase di coesionatura del velo cardato mediante agugliatura meccanica o a getto d’acqua.

Test di resistività superficiale

I campioni così prodotti (coesionati mediante agugliatura tradizionale ed ad acqua), sono stati sottoposti a misure di resistività superficiale, secondo la normativa DIN 54345.

Tanto più un materiale conduce bene l’elettricità, tanto meglio dovrebbe comportarsi come schermo da campi elettromagnetici. La tabella 1 indica i valori di resistività superficiale per ognuno dei campioni prodotti.

 

Come si può vedere dall’istogramma, sono stati ottenuti valori di resistività elettrica molto differenti e solo alcuni campioni hanno dimostrato di avere buoni valori di resistività.

Questi non-tessuti, essendo i conduttori migliori, sono stati selezionati per essere sottoposti ad ulteriori prove per verificarne le proprietà schermanti e per ottenere le informazioni necessarie per sviluppare ed ottimizzare i prodotti per la schermatura dei campi EM.

Test di attenuazione elettromagnetica

Il test è stato effettuato mediante una doppia cella TEM (figura 2), costruita nei laboratori dell’IFTH di Lione, al cui interno è posto il campione. Esso è investito da un’onda EM ed in base al valore di potenza d’onda rilevato a valle del campione, viene calcolato un valore di Shielding Effectiveness (S.E.):

S.E. =10 * log (A/B)

dove A e B sono rispettivamente i valori della potenza di campo elettromagnetico misurati senza e con il campione.

I campioni sottoposti così al test di attenuazione elettromagnetica sono quelli evidenziati in giallo nella tabella 1. Il test restituisce un grafico che descrive l’efficacia schermante di ogni nontessuto , in funzione della frequenza. Tra i valori più significativi ottenuti si hanno esempi di attenuazione elettromagnetica vicini ai 32 dB ovvero attenuazioni d’onda di circa 1.000 volte tra due ambienti separati da uno schermo protettivo.

Conclusioni

I nontessuti per applicazioni nella schermatura dei campi EM messi a punto attraverso il progetto descritto, sono stati ottenuti utilizzando materiali innovativi.

Gli ottimi risultati raggiunti in questa prima fase di sperimentazione saranno la base per il futuro sviluppo che la SOLTEK farà in questo campo.

Per l’utilizzo nell’abbigliamento civile si dovranno valutare gli eventuali effetti benefici sulla salute dell’uomo.

Nell’immediato futuro, oltre che per applicazioni nell’abbigliamento protettivo, questi materiali hanno buone potenzialità per essere utilizzati in diversi campi:

-       elettronica;

-       edilizia;

-       industria;

-       militare.

Nella schermatura dei campi elettromagnetici i tessili tecnici potranno ricoprire un ruolo di primo piano