Intensità e frequenza sono due tra i parametri fondamentali che descrivono le proprietà della radiazione elettromagnetica (EM). Esse determinano anche le modalità con cui la radiazione interagisce con i tessuti degli organismi biologici e quindi ne condizionano l'eventuale pericolosità.

L'intensità della radiazione rappresenta semplicemente la quantità di energia da essa trasportata per unità di tempo e di superficie ortogonale alla direzione di propagazione. Qualunque fenomeno di interazione radiazione-materia si studi, esso - se si verifica - è normalmente tanto più evidente quanto più la radiazione è intensa. Per la frequenza il discorso è, come vedremo, più complesso.

Come è noto, sono radiazioni elettromagnetiche tanto le onde radio, TV e dei cellulari, quanto le microonde dei forni omonimi, gli infrarossi, la luce visibile, i raggi ultravioletti, X e gamma. La diversa frequenza è proprio ciò che determina il diversissimo comportamento di questi tipi di radiazione EM, anche nella sua modalità di interazione con la materia. Possiamo dire che, a seconda della frequenza, determinati fenomeni possono verificarsi o meno (per esempio: la ionizzazione) oppure avvenire, a parità di intensità, con efficacia profondamente diversa (ad esempio: il riscaldamento dei materiali).

Onda o corpuscolo?

Chi studia la radiazione EM ed in particolare la sua interazione con la materia incontra un fatto curioso, noto come dualismo onda-corpuscolo. Alcuni dei fenomeni che si osservano (per esempio: diffrazione, interferenza) possono essere spiegati solo se si rappresenta la radiazione come un'onda in cui delle grandezze vettoriali (campo elettrico e campo magnetico) oscillano nello spazio e nel tempo, mantenendosi ortogonali alla direzione di propagazione. Altri fenomeni (per esempio: ionizzazione, effetto fotoelettrico) richiedono invece che si consideri la radiazione come un flusso di particelle corpuscolari chiamate fotoni. Sebbene i fenomeni di tipo corpuscolare avvengano più che altro ad altissime frequenze, tuttavia non si deve credere che il dualismo si riduca a una semplice distinzione del tipo "onde alle frequenze più basse, corpuscoli a quelle più alte". In realtà, è possibile osservare tipici fenomeni ondulatori (come la diffrazione) perfino alle frequenze dei raggi X.

Nella descrizione ondulatoria, l'intensità della radiazione è legata all'ampiezza dell'oscillazione del campo elettrico e del campo magnetico, poiché risulta:

dove E ed H sono i valori efficaci delle ampiezze dei campi e Z è la cosiddetta impedenza caratteristica del mezzo dove la radiazione si sta propagando (il suo valore nel vuoto è di circa 377 ohm). La frequenza della radiazione rappresenta invece il numero di creste d'onda che si susseguono (in un punto prefissato) nell'unità di tempo. Essa è legata alla lunghezza d'onda, che rappresenta lo spazio percorso da una cresta d'onda in un tempo pari all'inverso della frequenza.

Nella descrizione corpuscolare, la frequenza costituisce una misura dell'energia trasportata da ogni singolo corpuscolo, in base alla famosa relazione secondo la quale l'energia di ogni fotone è pari al prodotto della frequenza per la costante di Planck (il cui valore è 6,63.10^-34 joule.secondo) mentre ovviamente l'intensità è legata anche al numero di fotoni che transitano per unità di tempo attraverso l'unità di superficie ortogonale alla direzione di propagazione.

Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti

La principale classificazione tra "tipi" di radiazione in funzione della frequenza è quella che concerne la distinzione tra radiazioni ionizzanti e non. Si definiscono radiazioni EM ionizzanti quelle radiazioni in grado di ionizzare direttamente la materia qualunque sia la loro intensità. La ionizzazione è un tipico fenomeno corpuscolare, poiché consiste nell'assorbimento di un fotone da parte di un elettrone esterno di un atomo: l'elettrone acquisisce l'energia del fotone e, se questa è sufficiente (cioè se la frequenza della radiazione è abbastanza alta), abbandona l'atomo a cui appartiene, vincendone la forza elettrostatica che lo lega al nucleo. La ionizzazione, quando avviene (cioè se la frequenza è sufficiente), avviene per qualunque intensità: quello che cambia con l'intensità della radiazione è solo il numero di atomi che subiranno il processo.

La distinzione tra radiazioni ionizzanti e non riveste una grande importanza anche per quel che riguarda gli effetti biologici, poiché il meccanismo di ionizzazione può provocare nei tessuti alterazioni genetiche e tumori. Le radiazioni ionizzanti sono pertanto cancerogeni certi a qualunque livello di intensità.

Ma dove si pone esattamente il confine tra radiazioni ionizzanti e non? Nella tabellina che segue sono riportate le energie necessarie per ionizzare alcuni tipi di atomi, dal cesio (che è il più disponibile a farsi strappare elettroni) all'elio (che invece è tra i meno disponibili), passando per i tipici componenti del materiale organico.

Come si vede, la banda di radiazione interessata è sempre quella degli ultravioletti, che occupano l'intervallo di lunghezza d'onda compreso grossomodo tra 10 e 400 nm (1 nm è pari a un miliardesimo di metro).

Radioonde, microonde

Le radiazioni elettromagnetiche impiegate nelle telecomunicaziioni, nei forni, nei radar ed in molte altre applicazioni che provocano oggi tanta apprensione, rientra abbondantemente nell'ambito delle radiazioni NON ionizzanti, sia che si tratti di radiofrequenza (frequenza minore di 300 MHz, lunghezza d'onda maggiore di 1 metro: radio AM e FM, canali TV in banda VHF) o di microonde (frequenza compresa tra 300 MHz e 300 GHz, lunghezza d'onda da 1 metro a 1 millimetro: TV UHF, telefonia cellulare, forni, radar). Non è affatto dimostrato, quindi, che essa sia in grado di provocare tumori e, in ogni caso, non si conosce alcun meccanismo di azione in base al quale ciò potrebbe avvenire.

Altri, e ben noti, sono gli effetti biologici che si verificano in seguito all'esposizione a campi elettromagnetici non ionizzanti. Sono già stati descritti in altra risposta (http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7862), per cui mi limito qui a ricordare quanto segue.

1. Alle frequenze più basse, essi consistono in interferenze nei meccanismi fisiologici di trasporto dell'informazione all'interno dell'organismo, con conseguenti fenomeni allucinatori visivi (fosfeni) o tattili (percezione di scosse o pizzicori) e con disturbi alla motilità muscolare ed al ritmo cardiaco.
2. Alle frequenze oltre il centinaio di kHz il fenomeno più eclatante è costituito dal riscaldamento dei tessuti, inizialmente anche in profondità, ma che al crescere della frequenza finisce per interessare solo gli strati epidermici più superficiali.

Tutti questi fenomeni, se e quando avvengono (a seconda della frequenza), sono tanto più intensi quanto maggiore è l'intensità della radiazione.