Koper als schild: van MRI-ruimte tot bliksemafleider

Het metaal waar ingenieurs naar grijpen als er iets afgeschermd moet worden

Als een ziekenhuis een MRI-scanner plaatst, wordt de hele ruimte eromheen bekleed met koper. Als een elektricien een gebouw met de aarde verbindt, doet hij dat met koperdraad. En als er een bliksemafleider op een dak komt, staat koper in de norm bovenaan de lijst. Steeds hetzelfde metaal, voor drie heel verschillende problemen. Dit artikel gaat over waarom dat zo is, en over de plek waar de techniek overgaat in traditie.

In het kort

• Een MRI-ruimte is standaard bekleed met koperplaat, om radiogolven van buiten buiten te houden.
• Fijn koperen gaas dempt over het bereik van 10 megahertz tot 1 gigahertz rond de 60 decibel, oftewel 99,9 procent van het signaal.
• De Europese norm voor bliksembeveiliging, EN-IEC 62305, noemt koper als geleider en als aardelektrode, en een koperen geleider heeft daarin minstens 50 vierkante millimeter doorsnede.
• De antistatische polsband in elektronicafabrieken is koperhoudend textiel tegen de huid, met een weerstand van 1 megaohm, vastgelegd in IEC 61340-5-1.
• Op Hindoetempels staat al eeuwen een koperen kalash op de torenspits, in de traditie zowel bliksemafleider als antenne.
• Onder dit alles ligt één eigenschap: koper brengt lading precies daarheen waar je hem hebben wilt.

De koperen doos om de MRI-scanner

Een MRI-scanner luistert naar radiosignalen die uit je lichaam komen, en die signalen zijn zwak. Zo zwak dat een portofoon buiten, een lichtdimmer in de gang of een telefoon op de parkeerplaats het beeld al zou verstoren. De oplossing is even simpel als radicaal: je zet de scanner in een doos van koper.

Zo'n ruimte heet een RF-afgeschermde kamer. De wanden, het plafond, de vloer, de deur en zelfs het raam zijn bekleed met dun koperplaat of koperen gaas. Radiogolven komen er niet doorheen, want ze wekken in het koper stroompjes op die het veld aan de buitenkant meteen weer opheffen. Hoe hoger de frequentie, hoe dunner de laag koper hoeft te zijn: bij de frequenties waar een MRI mee werkt, is een paar tiende millimeter genoeg.

Dat idee is bijna tweehonderd jaar oud. Michael Faraday liet in 1836 zien dat een geleidende omhulling het veld buiten houdt, door zelf in een met metaalfolie beklede kamer te gaan zitten terwijl er buiten flink werd ontladen. Binnen mat hij niets. Sindsdien heet zo'n omhulling een kooi van Faraday.

Hoeveel het scheelt, in getallen

Voor koperen gaas zijn die getallen gewoon te meten. Fijn geweven kopergaas haalt over het bereik van 10 megahertz tot 1 gigahertz een demping van rond de 60 decibel. Zestig decibel klinkt abstract, maar het betekent dat er van elke duizend eenheden signaal nog één doorkomt: 99,9 procent blijft buiten. In dat bereik zitten de radio, de babyfoon, de dect-telefoon en een groot deel van wifi.

Dat is meteen de reden dat afscherming een gewoon vak is met gewone normen. Waarom koper daar zo goed in is, en wat het kristalrooster daarmee te maken heeft, staat in waarom koper geleidt.

De bliksem naar beneden brengen

Afschermen is de ene helft van het verhaal. De andere helft is precies het omgekeerde: lading juist doorlaten, en wel naar de aarde.

De Europese norm voor bliksembeveiliging, EN-IEC 62305, noemt daarvoor koper, zowel voor de geleiders als voor de aardelektrode in de grond. Een koperen geleider heeft volgens die norm een doorsnede van minstens 50 vierkante millimeter, zo dik als een potlood. Een blikseminslag levert in een fractie van een seconde tienduizenden ampères, en het metaal dat dat wegleidt moet dat heelhuids doorstaan. Koper doet dat al zolang er bliksemafleiders bestaan.

Benjamin Franklin bedacht het principe in 1752, en er is sindsdien opvallend weinig aan veranderd: een punt bovenop, een dikke koperen geleider naar beneden, en een aardelektrode in de grond. Wat wij aarden noemen, is letterlijk een koperen verbinding tussen een gebouw en de bodem eronder.

Koper tegen de huid, in de elektronicafabriek

Er is nog een plek waar koper lading wegleidt, en die zit dichter bij huis dan je zou verwachten: om de pols van iedereen die met chips werkt.

Een antistatische polsband bestaat uit koperhoudend textiel dat tegen de huid ligt, met een snoer naar een aardpunt en een weerstand van 1 megaohm ertussen. Die weerstand zorgt ervoor dat de lading rustig wegvloeit in plaats van in één schok. De hele opzet staat in een internationale norm, IEC 61340-5-1, want een enkele onopgemerkte statische ontlading kost een chip het leven.

Er bestaat dus een industriestandaard waarin koper de hele dag tegen menselijke huid ligt om lading te geleiden. Wat koper verder met huid doet, en wat daarvan gemeten is, staat in koper op je huid.

De koperen kruik op de tempeltoren

Ga je van de techniek naar de traditie, dan kom je hetzelfde metaal op dezelfde plek tegen: bovenop.

Op de torenspits van Hindoetempels staat een kalash, een koperen kruik, vaak verguld. In de bouwtraditie heeft dat voorwerp twee functies tegelijk. De eerste is gewone fysica: het hoogste punt van het gebouw is van metaal en staat via de constructie in verbinding met de grond, precies wat een bliksemafleider doet. De tweede hoort bij de traditie zelf, waarin de kalash geldt als antenne voor wat men kosmische of goddelijke frequenties noemt, opgevangen op het hoogste punt en doorgegeven aan de ruimte eronder.

Wij hangen daar geen gezondheidsclaim aan. Wat wel opvalt: de bouwers van die tempels en de opstellers van EN-IEC 62305 kwamen tot dezelfde conclusie over waar je koper neerzet en waarom.

Aarden: de traditie en het metaal

Diezelfde gedachte, direct contact met de aarde via een geleider, ligt onder de aardingstraditie die je nu grounding of earthing hoort noemen. Er is onderzoek naar gedaan: het overzichtsartikel van Chevalier en collega's in het Journal of Environmental and Public Health uit 2012 verzamelt wat daarover tot dan toe was gepubliceerd. Het is een levend en besproken onderzoeksveld, en ook hier hangen wij er geen gezondheidsclaim aan.

Wat de traditie wel scherp heeft gezien, is de materiaalkeuze. Je lichaam werkt zelf met elektriciteit: een ecg meet niets anders dan de elektrische activiteit van een spier, en een zenuwprikkel is letterlijk een spanningsgolfje. Koper is het metaal waarmee de elektrotechniek al die stromen stuurt. Dat het ook in dit hoekje het metaal van keuze werd, is dus minder toevallig dan het lijkt.

Waarom ons koper massief is

Al deze toepassingen hebben één ding gemeen: het koper is er echt, en er zit niets tussen. Bij ons is dat niet anders. Alles wat we maken is massief, onbekleed koper: een tensorring die je in het water legt, elektrocultuur-antennes die je in de tuin steekt, een armband die de hele dag tegen je huid ligt.

Wat de traditie rond die producten precies zegt, lees je bij elektrocultuur en de tensorring. Wil je eerst het metaal zelf zien? Bekijk de hele collectie.