La luce visibile fa parte dello spettro elettromagnetico. Così come le emissioni di trasmettitori TV e radio, telefoni cellulari e l’energia all’interno dei forni a microonde.
Anche i raggi X utilizzati nella diagnostica per immagini e i materiali utilizzati negli scanner per tomografia a emissione di positroni (PET) avanzati fanno parte di questa straordinaria gamma di radiazioni che condividono alcune caratteristiche in comune.
Perché elettromagnetico?
Come suggerisce il nome, hanno campi elettrici e magnetici associati. Sebbene sia un po’ complicato dimostrare questi campi nel caso della luce e dei raggi X, è abbastanza facile fotografare con le onde radio.
Considera i fili mostrati di seguito, in cui è stata posta una carica elettrica alle punte come mostrato (non preoccuparti dei tecnicismi: è un po’ come la carica statica che appare sui capelli asciutti quando pettinati vigorosamente).
Questa coppia di cariche (più e meno) crea un campo elettrico, con le linee di campo immaginarie mostrate. Se ora la carica può fluire lungo il filo, questo creerà un campo magnetico come mostrato dai cerchi concentrici.
Molto lontano da questa disposizione (che è chiamata antenna a dipolo) i campi elettrici e magnetici sono ad angolo retto. Se il generatore di carica alterna tra più e meno in alto, anche la direzione del campo si alternerà, come mostrato, con un periodo di tempo T tra picchi positivi (1 ciclo).
Dal momento che il generatore deve fare un lavoro per caricare alternativamente in un modo e poi nell’altro, questo lavoro (energia) è costantemente trasmessa dai fili, verso l’esterno.
Per questo si chiama “radiazione”, perché irradia verso l’esterno. In effetti, in un punto particolare, sembrerà che i campi si muovano a una velocità particolare.
Questa velocità è la velocità della luce (che nel vuoto è 3 x 10 8 m/s, o 300.000 km/s). Anche se le onde elettromagnetiche sono onde radio o raggi X invisibili, per esempio, vanno comunque a questa velocità. L’energia si diffonde su un’area sempre più ampia man mano che si allontana dalla sorgente, spesso la stessa in tutte le direzioni.
In questo caso, l’area su cui si estende è l’area di una sfera (4 r2), quindi esiste una “legge del quadrato inverso” della densità di energia, poiché per una particolare area (1 cm2, diciamo) l’energia diminuisce di un fattore di 1/r2.
L’altra cosa da notare è che se l’onda viaggia alla velocità della luce (c) e il tempo per 1 ciclo è T, la lunghezza di 1 ciclo (lunghezza d’onda) è cx T. La tabella seguente mostra le lunghezze d’onda tipiche forme di radiazione.
Perché spettro?
Uno spettro è ciò che si ottiene facendo passare la luce attraverso un prisma di vetro: la luce bianca viene suddivisa nei colori che la compongono.
Immagina un prisma magico che potrebbe fare questo per l’intera gamma di onde elettromagnetiche. Un tale dispositivo non esiste, ma se esistesse, si produrrebbero lunghezze d’onda che vanno da migliaia di chilometri (Frequenza estremamente bassa o ELF) fino a dimensioni inferiori a un atomo.
Per le radiofrequenze, esiste un dispositivo, chiamato analizzatore di spettro, che lo fa per determinate gamme. La moderna telefonia mobile utilizza la tecnologia “spettro diffuso”, quindi un analizzatore di rete può essere utilizzato per misurare la quantità di energia a radiofrequenza (RF) distribuita su una gamma di frequenze, più o meno allo stesso modo di un prisma di vetro per la luce.
Perché ionizzanti e non ionizzanti?
Sebbene sia RF che raggi X siano indicati come radiazioni, interagiscono con il corpo in un modo fondamentalmente diverso: i raggi X possono rimuovere gli elettroni dagli atomi (trasformandoli in ioni, quindi ionizzanti), mentre RF non può (quindi non ionizzanti).
Il motivo per cui l’esposizione a raggi X ad alta intensità (e altri raggi, come i raggi gamma e i raggi X) è legata al cancro, è che la ionizzazione può portare a cambiamenti nel materiale genetico che non possono essere riparati.
Le radiazioni non ionizzanti non hanno dimostrato di farlo. L’effetto principale delle radiazioni RF è quello di provocare il riscaldamento (come in un forno a microonde). Frequenze più basse (come ELF) possono portare alla stimolazione diretta di nervi e muscoli, piuttosto che al riscaldamento.
Utilizzando modelli computerizzati del corpo umano (costituito da elementi piccoli come cubi di 1 mm, e con le proprietà elettriche di diversi tipi di tessuto rappresentate in modo appropriato) è possibile calcolare quanto aumento di temperatura ci sarà nelle parti della testa successive a un telefono cellulare, quando è in funzione.
Con il flusso sanguigno adeguatamente incluso, l’aumento della temperatura è molto inferiore a 1ºC, in effetti molto inferiore alla variazione naturale della temperatura in un ciclo di 24 ore.
Naturale vs “innaturale”
Sono ormai in molti a preoccuparsi dell’ “elettrosmog” – la zuppa di emissioni dell’elettronica di consumo a cui, in misura maggiore o minore, siamo tutti esposti (come router wireless, connessioni Bluetooth, contatori intelligenti).
È forse confortante che, anche prima dell’avvento delle moderne tecnologie, fossimo ancora esposti a varie forme di radiazione elettromagnetica, principalmente dal sole (che vanno dall’ultravioletto, al visibile all’infrarosso), ma anche dalla radioattività naturale (ionizzante), da varie rocce come il granito e i minerali di uranio.
Oltre al campo magnetico relativamente forte della Terra, vari fenomeni atmosferici, come i fulmini, producono campi ELF e RF.
Ricorda inoltre che cuore, cervello, muscoli e nervi hanno tutti correnti elettriche ad essi associate: sistemi diagnostici come il noto elettroencefalogramma misurano i campi elettrici generati dal corpo e sistemi più avanzati misurano anche i campi magnetici generati dal cervello e da altri organi.
Non ci sono prove che l’introduzione della radiodiffusione all’inizio del 20° secolo sia stata associata ad una maggiore incidenza di malattie. L’aspettativa di vita in generale è aumentata significativamente negli ultimi 100 anni, con il contributo di procedure diagnostiche superiori (tomografia computerizzata – che utilizza i raggi X; e risonanza magnetica – che utilizza RF e forti campi magnetici) che lo sfruttamento dello spettro elettromagnetico ha permesso.
Autore
Andrew W Wood, Università di tecnologia di Swinburne
