電磁輻射評價與防護技術(shù)

2005/12/15 22:27:00

   隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，一種看不見、摸不著的污染源日益受到各界的關(guān)注，這就是被人們稱為“隱形殺手”的電磁輻射。今天，越來越多的電子、電氣設(shè)備的投入使用使得各種頻率的不同能量的電磁波充斥著地球的每一個角落乃至更加廣闊的宇宙空間。對于人體這一良導(dǎo)體，電磁波不可避免地會構(gòu)成一定程度的危害。

一． 電磁輻射的若干基本概念

1. 常見的電磁輻射源

一般來說，雷達系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、射頻感應(yīng)及介質(zhì)加熱設(shè)備、射頻及微波醫(yī)療設(shè)備、各種電加工設(shè)備、通信發(fā)射臺站、衛(wèi)星地球通信站、大型電力發(fā)電站、輸變電設(shè)備、高壓及超高壓輸電線、地鐵列車及電氣火車以及大多數(shù)家用電器等都是可以產(chǎn)生各種形式、不同頻率、不同強度的電磁輻射源。

2. 電磁輻射場區(qū)的劃分

電磁輻射場區(qū)一般分為遠區(qū)場和近區(qū)場。

2.1 近區(qū)場及特點

以場源為中心，在一個波長范圍內(nèi)的區(qū)域，通常稱為近區(qū)場，也可稱為感

應(yīng)場。近區(qū)場通常具有如下特點：

l 近區(qū)場內(nèi)，電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關(guān)系。即： E ¹ 377H。一般情況下，對于電壓高電流小的場源(如發(fā)射天線、饋線等)，電場要比磁場強得多，對于電壓低電流大的場源(如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具)，磁場要比電場大得多。

l 近區(qū)場的電磁場強度比遠區(qū)場大得多。從這個角度上說，電磁防護的重點應(yīng)該在近區(qū)場。

l 近區(qū)場 的電磁場強度隨距離的變化比較快，在此空間內(nèi)的不均勻度較大。

2.2 遠區(qū)場及特點

在以場源為中心，半徑為一個波長之外的空間范圍稱為遠區(qū)場，也可稱為輻射場。遠區(qū)場的主要特點如下：

l 在遠區(qū)場中，所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播，這種場輻射強度的衰減要比感應(yīng)場慢得多。

l 在遠區(qū)場，電場強度與磁場強度有如下關(guān)系： 在國際單位制中，E=377H，電場與磁場的運行方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。

l 遠區(qū)場為弱場，其電磁場強度均較小。

2.3 近區(qū)場與遠區(qū)場劃分的意義

通常，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強度的電磁輻射源來說，近區(qū)場輻射

的電磁場強度較大，所以，我們應(yīng)該格外注意對電磁輻射近區(qū)場的防護。對電磁輻射近區(qū)場的防護，首先是對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)的人員的防護，其次是對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護。而對于遠區(qū)場，由于電磁場強較小，通常對人的危害較小，這時我們應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護。另外，應(yīng)該有對近區(qū)場一個概念，對我們最經(jīng)常接觸的從短波段 30MHz到微波段的3000MHz的頻段范圍，其波長范圍從10米到1米。

二．電磁輻射污染的簡單測試

1． 根據(jù)測試對象及環(huán)境選用測試儀器

在對某電子、電氣設(shè)備的電磁輻射進行測試時，需要注意以下問題。盡可

能多的了解此電子、電氣設(shè)備的各種電氣指標、運行參數(shù)，在此前提下，確定采用不同的測試儀器。一般來說，對近區(qū)場的電磁測試，如果測試頻段在短波段或微波段，可選用國產(chǎn)的 701型三維場強計或其它三維場強計，其測試頻率范圍大致在幾百KHz至1GHz左右。對變電站或高壓、超高壓輸電線進行測試時，應(yīng)選用工頻電磁場測試設(shè)備。對遠場區(qū)測試時，根據(jù)不同的測試頻段，可選用頻譜儀或干擾場強測試儀。測試時，應(yīng)按照《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》HJ/T10.2-1996的要求進行測試。

2． 電磁輻射測量采用的計量單位

通常，對大于 300MHZ的微波頻段，采用平均功率密度 m W/cm 2 作為計量單位，

小于 300MHZ的頻段，采用電場強度V/m和磁場強度A/m作為計量單位。在進行電磁環(huán)境測量時，干擾場強國家計量標準采用單位為 m V/m，用分貝表示時，1 m V/m=0dB。

三．電磁輻射危害人體的機理

電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)等。

1． 熱效應(yīng) ：人體70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到體內(nèi)器官的正常工作。

2． 非熱效應(yīng) ：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場即將遭到破壞，人體也會遭受損傷。

3． 累積效應(yīng) ：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復(fù)之前（通常所說的人體承受力---內(nèi)抗力），再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)，危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也可能會誘發(fā)想不到的病變，應(yīng)引起警惕。

多種頻率電磁波特別是高頻波和較強的電磁場作用人體的直接后果是在不知不覺中導(dǎo)致人的精力和體力減退，容易產(chǎn)生白內(nèi)障、白血病、腦腫瘤，心血管疾病、大腦機能障礙以及婦女流產(chǎn)和不孕等，甚至導(dǎo)致人類免疫機能的低下，從而引起癌癥等病變。

權(quán)威統(tǒng)計數(shù)字表明：經(jīng)常在顯示器前工作的人群中，上述疾病的發(fā)病率明顯高于普通人群。電磁輻射是主要原因之一。

四．測試結(jié)果的分析及不同類型防護設(shè)備的選用

1. 測試結(jié)果的分析與電磁輻射方面國標的選用

在對輻射源周圍環(huán)境進行電磁輻射測試之后，應(yīng)將電磁測試結(jié)果與相應(yīng)的

國標做對照，我國已經(jīng)頒布的電磁兼容方面的環(huán)境標準及法規(guī)有數(shù)十項，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的情況，采用適合此環(huán)境的國標或行業(yè)標準。

最常用的電磁方面的標準是《電磁輻射防護規(guī)定》 (GB8702-88)、《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》(GB9175-88)、 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療射頻設(shè)備無線電干擾輻射允許值(GB4824.1-84)。各標準限值如下。

表 1 公眾導(dǎo)出限值 （GB8702-88）

頻率范圍 MHz	電場強度 V/m	磁場強度 A/m	功率密度 W/m 2
0.1 ~ 3	40	0.1	40
3 ~ 30	67/	0.17/	12/f
30 ~ 3000	12	0.032	0.4
3000 ~ 15000	0.22/	0.001/	F/7500
15000 ~ 30000	27	0.073	2

表 2 環(huán)境電磁波容許輻射強度分級標準(GB9175-88)

波長	單位	容許場強
		一級（安全區(qū)）	二級（中間區(qū)）
長、中、短波	V/m	< 10	< 25
超短波	V/m	< 5	< 12
微波	μ W/cm 2	< 10	< 40
混合	V/m	按主要波段場強；若各波段場強分散，則按復(fù)合場強加權(quán)確定。

在對一般環(huán)境的電磁輻射分析中，應(yīng)主要選用《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》主要選用《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》(GB9175-88)，根據(jù)輻射源的主要輻射頻率，參照表2，找到其輻射強度限值。注意掌握三個標準限值，一般我們把居民居住的環(huán)境按一級安全區(qū)處理，則其標準限值為：在長、中、短波，電場強度應(yīng)小于10V/m；在超短波段，電場強度應(yīng)小于5V/m；在微波波段，其輻射功率密度應(yīng)小于10 μ W/cm 2 。考慮到對在電磁輻射環(huán)境內(nèi)工作人員的保護，我們建議在職業(yè)安全衛(wèi)生領(lǐng)域，采用《電磁輻射防護規(guī)定》(GB8702-88)的相應(yīng)限值。

將測試結(jié)果與國標對照后，如果發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果超過國標限值，應(yīng)考慮采取防護措施。首先應(yīng)該考慮在輻射源的設(shè)備上采取措施，盡可能將其輻射值降低至國標限值之下。如果因為條件所限，無法降低輻射源周圍的電磁場強度，而作業(yè)人員又必須在此環(huán)境下工作，或其它人員必須在此環(huán)境下生活，則對這些人員應(yīng)該采取個體防護措施。

2． 根據(jù)測試結(jié)果選用電磁個體防護設(shè)備

隨著人們物質(zhì)文化水平的不斷提高，各種家用電器：彩電、錄像機、VCD、家用電腦、微波爐、電磁爐、無繩電話、手機等相繼進入千家萬戶，這些家用電器和電子設(shè)備在使用過程中都會向環(huán)境空間發(fā)射與漏泄一定強度的電磁波，電磁輻射已成為繼水污染、大氣污染、噪聲污染之后當今人們生活中的第四大污染。因此，許多研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠家都在相繼研究開發(fā)防電磁輻射的民用產(chǎn)品，以減少電磁輻射對人類健康的危害�，F(xiàn)在看來，穿著防電磁輻射的服裝是比較方便有效的方法。

一般來說，作業(yè)人員所處環(huán)境的電磁場強度超過國標限值或者作業(yè)人員所處環(huán)境的電磁場強度未超過國標限值，但與此限值比較接近，而作業(yè)人員又需要長時間在此環(huán)境工作時，都應(yīng)考慮采用輻射防護用品。選用個體防護產(chǎn)品時，應(yīng)首先確定電磁輻射的衰減度，然后，參照各種產(chǎn)品說明中對電磁波的衰減參數(shù)，確定使用何種形式的防護用品。降低電磁輻射方面的個體防護用品主要包括防護服裝、防護眼鏡及輻射防護屏。

目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出多種面料的防護服裝。防護服裝中有：防護襯衫，防護圍裙，防護馬甲，防護大褂，護胎寶，孕婦裙，夾克套裝等，此外還有用于設(shè)備屏蔽的屏蔽布等。表 3列出了常用的電磁輻射方面的個體防護產(chǎn)品、制成材料及屏蔽效能。

防護服裝是根據(jù)屏蔽或吸收原理制作的。防護眼鏡是用于保護操作人員的眼鏡免受傷害，對于防護眼鏡的要求是：透視度要足夠高，不影響視線；屏蔽效果要好（原則上應(yīng)保證屏蔽后場強控制在國標限值之下）；重量輕，鏡面啟動靈活。防護眼鏡的基本材料是金屬網(wǎng)或金屬膜。

表 3 常用電磁輻射個體防護產(chǎn)品

品名	分類與規(guī)格	采用功能性的材料	屏蔽效能
男襯衫		不銹鋼纖維		20-30dB
女襯衫		不銹鋼纖維		20-30dB
男短袖襯衫		不銹鋼纖維		20-30dB
女短袖襯衫		不銹鋼纖維		20-30dB
防護圍裙	A	不銹鋼纖維		20-30dB
	B	金屬化鍍膜材料
防護馬甲	A	不銹鋼纖維		20-30dB
	B	金屬化鍍膜材料		20-30dB
防護大褂	A	不銹鋼纖維		30-40dB
	B	金屬化鍍膜材料		30-40dB
孕婦裙		不銹鋼纖維		20-30dB
肚兜		不銹鋼纖維		20-30dB
孕婦褲		不銹鋼纖維		20-30dB
夾克防護套裝		不銹鋼纖維		30-40dB
屏蔽布	A	不銹鋼纖維布		50-58dB
	B	化鍍鍍膜布		50－58dB
屏蔽布 (面料)		不銹鋼纖維		20-30dB
屏蔽里子綢		不銹鋼纖維		10－18dB
屏蔽襯衫布		不銹鋼纖維		20-30dB
防護屏 (玻璃)		14－17寸鍍膜		20-25dB
防護鏡		平鏡 鍍膜		10-15dB
		近視及其它功能 鍍膜		10-15dB

制成防護服裝的面料對于電磁波的防護起著決定性的作用。因此在選用電磁輻射防護服裝時，應(yīng)了解防護服裝所采用的面料，是否是大的專業(yè)廠家制造的，并且是否有電磁輻射專業(yè)檢測部門的檢測證書。在確保這兩條的前提下，再考慮服裝的做工和美觀是否符合要求。

3． 電磁輻射個體防護產(chǎn)品的使用范圍

電磁輻射個體防護產(chǎn)品可應(yīng)用于：

l 直接從事電磁波作業(yè)及間接接受電磁影響人員的防護；

l 帶心臟起搏器及其他對電磁輻射敏感人群的防護；

l 可與其他吸波材料配合，制成多頻譜兼容偽裝隱身材料，將在現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用。

l 除了上述個體防護的范圍以外，還可根據(jù)實際需要，做成窗簾、屏幛，對特殊環(huán)境予以防護；做成罩、套，對有關(guān)的電磁波輻射源進行屏蔽防護。

4． 對電磁輻射區(qū)內(nèi)工作人員的防護措施

l 推測或檢測到射頻功率密度超過 50 m W/cm 2 的區(qū)域，應(yīng)認為是電磁輻射

潛在危險區(qū)。

l 人員容易誤入的危險區(qū)域應(yīng)設(shè)有警告標記。除非有緊急情況，凡經(jīng)計

算或用場強計測量超過 50 m W/cm 2 的區(qū)域，不允許人員在未采取防護措施的情況下進入。

l 應(yīng)防止大功率信號發(fā)生器在試驗過程中放電，因為它將對其周圍區(qū)域

內(nèi)產(chǎn)生大于 50 m W/cm 2 的電磁輻射。在做此類操作時，應(yīng)用假負載或其它吸收材料吸收其輸出能量。

l 應(yīng)利用保護用品使輻射危害減至最小。必須保證在發(fā)射天線射束區(qū)內(nèi)工作

的維護人員穿好保護服裝。

l 應(yīng)該禁止身上帶有金屬移植件，心臟起搏器等輔助裝置的人員進入電

磁輻射區(qū)。

l 應(yīng)給受到輻射源，電磁能和高壓裝置輻射的人員作定期身體檢查。

5． 國內(nèi)電磁輻射防護材料的最新研究動態(tài)

隨著人們對電磁環(huán)境的重視和科學(xué)技術(shù)的進步，近一兩年來，又有許多新型的屏蔽織物研制成功。比較典型的是由北京某公司研制的新型防輻射服裝面料，這種服裝面料是用不銹鋼纖維、棉纖維、滌纖維和麥飯石纖維混合紡織而成的，這種面料做起來的服裝穿起來和普通服裝沒什么差別，但具有防電磁輻射、抗靜電、耐洗滌、透氣性好、柔軟、舒適和保健等功能。

此外，上海研制成功采用多離子織物和金屬化纖維織物的電磁輻射屏蔽材料。多離子織物是采用目前國際最先進的物理和化學(xué)工藝，對纖維進行離子化處理。該產(chǎn)品以吸收為主，將有害的電磁輻射能量通過織物自身的特殊原理轉(zhuǎn)變成熱能散發(fā)掉，從而避免了環(huán)境二次污染、凈化了空氣。由于織物中含有大量金屬陽離子可起到殺菌除臭作用，對皮膚無刺激，有助人體表皮微循環(huán)。同時具有防靜電、防部分 X射線及紫外線等功能。多離子織物是目前國際上屏蔽低、中頻段電磁輻射最先進的民用防護材料。

補充： 工頻電磁輻射的危害

根據(jù)研究及相關(guān)測試表明，變壓器、超高壓配電裝置和超高壓輸電線在運行中，會形成一定強度的工頻電磁輻射。據(jù)相關(guān)資料顯示，550KV輸電線的工頻電場輻射在距地面1.5m處可以達到9.7KV/m之高。工頻磁場對計算機顯示器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可能產(chǎn)生較嚴重的干擾，具體現(xiàn)象是，使顯示器的顯示畫面發(fā)生抖動，顯示器邊緣可能出現(xiàn)色斑。高強度的工頻電磁輻射還可能造成計算機死機。

高壓架空電力線路和變電站的運行，會產(chǎn)生無線電噪聲，這種無線電噪聲嚴重時，會對電力線路和變電站附近居民的無線電（主要是中、短波廣播）接收和專業(yè)無線電臺站的工作造成騷擾影響。由于電力線路和變電站占地大，尤其是電力線路長度可能達幾百公里，影響范圍廣，

通常情況下，架空電力線路和變電站無線電噪聲的產(chǎn)生有三類根源：分別是，在導(dǎo)線及其金屬表面處空氣中的電暈放電；絕緣子承受高電位梯度區(qū)域中放電并產(chǎn)生火花；連接松動或接觸不良產(chǎn)生的間隙火花放電。當運行電壓在100KV以上（通常導(dǎo)線表面電位梯度>12KV/cm）時，第一種根源占據(jù)主導(dǎo)地位，成為不可消除的，屬線路固有的特性。

此文側(cè)重電磁輻射的個體防護和測試，有必要就電磁輻射對其他電子設(shè)備的干擾和其他電磁兼容問題作進一步的論述。