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              電磁輻射知多少

              ——計量專家帶你認識身邊的電磁場

              中國計量科學研究院 陳杭杭 沈慶飛

              發布日期:2022-05-01 11:59
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              引言:隨著科技水平的飛速發展, 電磁技術在各個領域的應用越發廣泛, 電磁輻射無處不在, 已成為人類不可或缺的“伙伴”。但它在給人帶來便利的同時, 也引發了一些憂慮, 關于電磁輻射的危害常常成為熱點話題。電磁輻射是什么、我們身邊的電磁輻射有哪些、它們會不會對健康造成影響、應如何防控? 且聽中國計量院電磁環境專家沈慶飛副研究員怎么說。


              我們所生活的世界里, 電磁輻射無處不在。自然界的太陽光、閃電、宇宙射線等,都是由不同頻率的電磁波組成的, 我們已經在一定程度上適應了這類輻射; 而人類以電磁技術為基礎的許多創造發明, 也會向空間輻射電磁能量, 比如手機和手機基站、微波爐、電腦、電視機等。在這些創造發明中, 有的儀器或裝置需要依靠電磁輻射才能工作, 比如手機和手機基站、WiFi 路由器、微波爐、電磁爐; 而有的則是因為用電, 在工作中“不小心”引起了電磁輻射, 比如高壓線、變電站、電吹風、電烤箱等。

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              我們身邊的電磁輻射

              那么, 這些電磁輻射會對健康造成影響嗎? 網絡上“手機輻射能炸爆米花” “WiFi輻射使種子不發芽” “手機基站輻射致癌、白血病、記憶力下降”等傳言是真的嗎?

              在判斷這些傳言真假前, 讓我們首先了解一下什么是電磁輻射, 它的“大小” 或“劑量” 是如何衡量的。

              一、什么是電磁輻射

              電磁輻射是指電磁能量以電磁波或光量子形式發射到空間的現象。可以說只要有電、有光,就有電磁輻射。

              電磁輻射根據頻率的不同, 可以分成低頻電磁波、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線和γ 射線等。電磁輻射的頻率越高, 其能量也就越大, 穿透力越強。如圖所示, 比遠紫外線頻率更高(波長小于300nm) 的電磁輻射, 能量足以破壞化學鍵, 使分子發生“電離” ———這類電磁輻射又稱“電離輻射”。醫院里CT 機產生的X 射線, 宇宙射線中的γ 射線等, 都屬于電離輻射。

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              電磁波譜圖

              而頻率低到不足以破壞分子間化學鍵的就是“非電離輻射” 了。例如: 高壓線、變電站以及一般的家用電器都工作在工頻(50Hz) 甚至更低的頻率范圍內, 產生的是極低頻電磁輻射; 電磁爐、電熱毯等則工作在稍高一些的頻率范圍內, 但仍屬于低頻電磁輻射; 手機和手機基站、WiFi 路由器、微波爐等則工作在幾百M 到幾個GHz 的“微波” 頻率范圍內,屬于高頻電磁輻射。通常意義所說的電磁輻射指的都是“非電離輻射”。

              那么如何衡量電磁輻射的“大小” 或者“劑量” 呢? 我們一般用電磁輻射的電場強度(單位為伏/ 米, V/ m) 來衡量。對于低頻電磁輻射, 我們還需要考慮其磁場強度(單位為特斯拉, T), 而微波、射頻等高頻電磁輻射的大小, 我們一般用功率密度(單位為W/ m2) 來衡量, 而靠近人體使用時, 我們則通常使用比吸收率(單位: 瓦/公斤, W/ kg) 來衡量。

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              常見的電磁輻射分析儀

              圖中就是一些常見的電磁輻射分析儀。儀器上端伸出來圓圓的(或立方體形狀的) 部分是矢量探頭, 可以測量空間某位置不同方向的電場強度、磁感應強度和功率密度大小。這些儀器測量量值是否準確, 則是由計量工作來保障的。   

              二、電磁輻射對人體有害嗎?

              隨著人們環境意識、安全意識的不斷提高, 電磁輻射是否對人體有害不僅是人們熱議的話題, 更是科學研究的熱點。根據目前的研究結果, 電磁輻射影響人體的機理主要熱效應、非熱效應和累積效應三種。

              其中, 比較明確的是電磁輻射的熱效應———人體是一個導體, 人體受到電磁波輻射后, 體內會產生電流, 引起人體發熱。微波爐加熱食物也是利用了微波的熱效應。但是, 微波爐的輸出功率大概在600~1000W, 其產生的微波又完全被限制在一個由金屬殼構成的密閉的環境內, 功率密度大、熱效率高。與之相比, 手機的在接打電話時的功率僅有2W 左右, 且輻射的電磁波是朝空間各個方向的(在接打電話的過程中,信號不會因為轉身而消失), 即使緊貼人體, 引起的發熱量也非常小。

              可以說, 脫離“劑量” 談輻射是在“耍流氓”。手機電磁輻射的“劑量”當然不可能像微波爐那樣使玉米粒變成爆米花。中國計量院能源環境所在電磁輻射對人體影響方面也開展了相應的研究。實驗裝置如下圖所示,可以模擬人頭部在受到手機輻射后吸收電磁波, 并測量人體吸收的電磁波能量。具體方法是, 使用模擬基站使手機輸出最大發射功率, 也就是手機處在最大輻射狀態, 然后手機放在人頭模型的耳邊, 模擬使用者打電話的姿態, 然后在人體模型內部充滿組織模擬液, 這些液體對電磁波的吸收特性和人大腦內組織的特性相同,然后機器手臂控制的電磁場探頭在人體模型內部測試最大的電磁波輻射, 作為該手機的比吸收率值(SAR 值, 單位時間單位質量物質吸收的能量) ———以此衡量手機電磁輻射的“大小”。

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              中國計量院選用電磁輻射對人體影響的測量裝置

              實驗結果顯示, 不同型號的手機或者無線設備使用時人體吸收的電磁波能量不同,吸收的電磁波能量大小與無線設備的天線位置、使用習慣、和人體距離等密切相關。國家標準要求制造商在產品說明書里面標示該手機的SAR 最大值, 因此消費者可以在說明書里面關注自己購買的手機的電磁輻射情況。需要說明的是, 我們使用手機的時候, 手機不一定會處于“最大發射功率” 情況下, 因此接受的輻射會比標示的SAR 最大值小。一般情況下, 當手機信號“不滿格”, 即接收到基站的信號比較弱時, 手機通話時的發射功率會較信號滿格時大。這種情況是由于手機距離基站比較遠, 或手機處于地鐵車廂或電梯等屏蔽空間內造成的, 手機必須提升自己的發射功率才能保持正常通話。

              除明確的熱效應以外, 電磁輻射還有非熱效應和累積效應, 但這些都是在極端情況下才會出現的, 比如當人體觸電, 或長時間接觸能量密度很高的電磁波時, 肌肉或神經會受到一定刺激。但是到目前為止, 還沒有明確的證據表明, 電磁輻射會使人“患癌” “患白血病” 或“記憶衰退”等。

              國際上對電磁輻射危害的研究方法主要分兩種: 流行病學調查和動物試驗。所謂流行病學調查, 是指調查在高壓線、變電站周邊長期生活的居民, 在變電站長期工作的員工, 有沒有在罹患癌癥或白血病等方面高出其他人的情況; 動物試驗則是讓大樣本量的大鼠等生物體長期生活在一定頻率和功率密度的電磁輻射環境種, 根據有重復性的實驗結果來得到相應結論。

              目前, 根據世界衛生組織(WHO)國際癌癥研究機構(IARC) 對致癌類物質劃分, 射頻電磁波輻射和低頻磁場被歸為2B 類物質, 低頻電場為歸為3 類物質。這是什么概念呢? IARC 將人類常接觸的物質分為“1、2、3、4” 四類, 其中1 類物質, 是指對人類確定致癌的物質———香煙、酒、太陽光、檳榔、中式咸魚、空氣污染等等都被

              列為1 類致癌物; 2A 類物質對人類致癌性證據有限, 但對試驗動物致癌性證據充分;2B 類致癌物質對人類致癌證據有限, 對試驗動物致癌證據不充分, 或對人類致癌性證據不足, 對試驗動物致癌性證據充分; 3 類為對人類致癌性可疑, 但尚無充分的人體或動物數據; 4 類則對人類很可能不致癌。

              這樣看來, 被列入2B 類和3 類的電磁輻射是不是就沒那么可怕了呢?

              當然, 電磁輻射是否安全, 和輻射的功率、頻率、與輻射源的距離、受輻射時間等有關。微波爐、電磁爐等未正常使用或密封性變差等導致的漏磁, 輻射危害就不容小覷。

              那么, 我們怎么保證生活中遇到的電磁輻射劑量是安全的呢?

              三、如何防護電磁輻射?

              一方面, 國際非電離輻射保護委員會(ICNIRP)、國際電工委員會(IEC) 等國際組織通過收集電磁輻射相關研究, 制定了電磁輻射的相關標準, 可以保障相關電子設備在使用過程中對人體安全。許多國家也出臺了相關法律法規和技術標準。

              比如我國的GB 8702—2014《電磁環境控制限值》就參考ICNIRP 和國際電工委員會(IEC)的相關標準, 規定了大家身邊1Hz~300GHz 范圍內電磁場的“大小”安全限值以及評價方法等, 如移動基站等設備的電磁環境須控制在12V/ m 以內, 并由我國的環保部門相關機構進行嚴格的監測和管理等等。同樣, 我國GB 21288—2007 《移動電話電磁輻射局部暴露限值》規定移動電話的電磁輻射比吸收率(SAR 值) 要低于2W/ kg。

              需要注意的是, 這些標準中的“安全限值” 是根據相關試驗等得到電磁輻射可能會危害健康的“臨界值”, 并以此除以5~10 等方式來確定的。但并不是說只要超過了安全限值就一定會對健康造成危險。安全標準均指出, 低于某個給定的值, 根據現有的科學知識, 人類在電磁場中是相對安全的。

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              位于建筑物頂端的手機基站

              另一方面, 電磁輻射具有一些共性特征, 我們也可以根據這些特征來主動防護它。其一, 電磁輻射的能量會隨距離的增加大幅衰減, 因此我們只要和電磁輻射源保持一定距離就可以確保安全了。譬如, 接聽手機時, 緊貼耳朵時, 手機對人體電磁輻射的SAR值為2W/ kg, 而我們如果使用耳機, 身體離手機距離30cm 以上, 對人體輻射的SAR 值就會下降為原來的幾十分之一, 可忽略不計。手機基站也是如此, 其向外發射信號是沿著天線的法線方向扇形傳播的, 距離越遠, 受到的電磁輻射越小, 只要我們不要并排站在天線周圍, 并與之保持5m 以上距離, 輻射劑量一般就不會超過安全限值。

              其二, 某些電磁輻射比較容易被屏蔽。我們所住的建筑物中的鋼筋, 可以幫我們屏蔽掉距離建筑物5m 左右高壓線的低頻電磁輻射。遮陽傘也能幫我們擋住大部分的可見光、紫外線等電磁輻射。

              總而言之, 如果我們正確使用正規廠家生產的合格的電子設備或家用電器, 健康將不會受到負面影響, 大可放心。

              許多時候, 人們對事物產生恐懼或疑慮, 是因為理解不夠深入。如果我們能夠以開放的心態從多方面去了解事物, 不簡單盲從主觀印象或他人評價(例如盡量閱讀研究的原文而不是基于研究的報道, 在信任某一結論之前思考該結論的得出是否基于完備、嚴謹的實驗過程和可重復的實驗結果等), 才能逐漸建立起科學的思維方式, 更好地辨別吸睛標題下究竟是“真知” 還是“偽科學”。



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