电磁环境辐射综述

电磁环境辐射综述

作者：李国栋

来源：《新农村》2010年第09期

摘 要:随着移动通信产业的飞速发展,移动通信基站的数量和分布密度在不断增加,相应的电磁辐射水平也在不断增强。电磁辐射水平增加到一定程度,将会对人体健康产生有害影响,对家用电器产生干扰。因此加强对基站密度较大区域的电磁辐射水平及其分布的了解是非常必要的。

关键词:电磁环境 电磁辐射 监测 一、电磁辐射的理论基础

电磁辐射是指能量以电磁波的形式在空间传播的现象[1]。在环境保护领域,电磁辐射通常指电场强度、磁场强度和无线电干扰三种物理现象或物理量。环境学和环境管理中所指的电磁辐射还包含独立的电场和磁场以及电磁感应现象和感应电流等。

环境保护面临的主要问题有资源破坏和环境污染(又称介质污染)两大问题,环境污染又包含能量流污染和物质流污染两种类型。其中,电磁环境污染属于能量流污染。 电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等[2]。 1.热效应:人体70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起 机体升温,从而影响到体内器官的正常工作。

2.非热效应:人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界电磁场的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏,人体也会遭受损伤。

3.累积效应:热效应和非热效应作用于人体后,对人体的伤害尚未来得及自我修复之前(通常所说的人体承受力-内抗力),再次受到电磁波辐射的话,其伤害程度就会发生累积,久之会成为永久性病态,危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体,即使功率很小,频率很低,也可能会诱发想不到的病变,应引起警惕。

多种频率电磁波特别是高频波和较强的电磁场作用人体的直接后果是在不知不觉中导致人的精力和体力减退,容易产生白内障、白血病、脑肿瘤,心血管疾病、大脑机能障碍以及妇女流产和不孕等,甚至导致人类免疫机能的低下,从而引起癌症等病变。 二、电磁环境组成

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1.天然电磁环境

1.1 来自太阳的电磁波太阳以电磁波的形式不停地向外辐射能量。从波谱角度看,来自太阳的电磁波从波长小于10-3 nm的高能γ射线一直到波长大于104 m的低频无线电长波,几乎覆盖了全部电磁波谱。

1.2地球是一个大的磁体,在它的周围存在着电磁场,被称之为地磁场。包括人类在内的一切生物都生活在其中,慢慢适应着地磁场的作用,并且有自己的微弱磁场(人体磁信号主要集中在肺部)。人们由于长期受地磁场的作用,一旦处于“电磁真空”的环境下会不适应,将受到“电磁饥饿”的危害[3]。 2.人为电磁环境

2.1 广播电视城市中影响电磁环境的最大辐射源是电视、广播发射塔。位于市区内的电视、广播发射塔发射的电磁波频率范围是48.5~960 MHz,属于超短波与分米波频段。而中、短波广播发射台一般建在市近郊区。中波广播的频率是531~1602kHz,其传播以地波为主,一般为近距离范围传送。短波广播的频率范围为3~30MHz,其传播以天波为主,可实现远距离传送。 2.2 通信设施20世纪80年代以来,世界各国的通信技术得到了前所未有的迅猛发展,主要包括有:雷达微波站、卫星地面站、移动通信基站、无线电寻呼和手机等,给人们的工作和生活带来了极大的方便,但是也给城市电磁环境带来新的问题。

2.3交通工具以电力为能源的交通系统发展迅速。全国电气化机车、有轨及无轨电车总长度为4800 km,使沿线附近居住的居民收看电视受到影响,使城市电磁噪声呈上升趋势。发动机点火系统是最强的宽频电磁噪声干扰源之一,产生干扰最主要的原因是电流的交复和电弧现象。除此之外,还有汽车喇叭、发电机整流器、蓄电池的大电流瞬时通断等,甚至电动车窗的电动机也会产生很窄的尖峰电磁干扰。

2.4电力系统随着电力系统的不断发展,电网容量逐渐增大,电压等级逐渐提高。我国目前的变电站等级最高达到750kV,这种高电压、大容量的变电站的电磁环境相对于低电压等级(500kV,220 kV)的变电站的电磁环境更为恶劣。此外,输电线的电压等级也在不断地提高。影响电磁环境的电力系统骚扰源主要有:a.压隔离开关和断路器的操作而产生暂态过电压。b.电源本身的电压暂降、中断、不平衡、谐波和频率变化。c.高压架空输电线导线表面的高场强造成电晕放电及其附近的工频电场和工频磁场。d.变电站二次回路的开关操作而产生的暂态电压。 2.5工业科研医疗工业、科研、医疗技术中使用的高频设备很多,总功率为250万kW。如高频加热设备,短波、超短波理疗设备等,它们在工作时产生的电磁感应场和辐射场场强较大,并时有电磁辐射泄漏,造成不同程度的辐射污染,且对周围广播电视信号的接收和电子仪器造成干扰。

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2.6 家用电器随着各种家用电器进入千家万户,人们接触和暴露于由微波炉、电视机、电冰箱等家用电器产生的电磁场中的机会逐渐增多。家庭环境的电磁能量密度不断增加[3]。 三、电磁环境的反作用 1.对人类的影响

人类的生存和生活离不开一定的电磁环境,但是倘若周围的电磁辐射超过定量,就会对人体形成威胁或造成危害。不同频率的电磁场对人身体产生的影响不同,现就工频场及高频场对人体健康的影响进行阐述。

1.1工频场的影响关于工频电场和工频磁场对人体的影响,各国持有不同的观点。各国都对不同场所和地点的工频电场强度和工频磁场强度做出了各自的规定。关于工频场对人体的影响,有待于进一步的研究。

1.2高频场对人体的影响高频辐射对人体产生的影响,主要表现为两种效应:热效应和非热效应。a.热效应:在高频场中的人体,由于导电率的关系,吸收了电磁波的电力而在体内产生了热量,这个热量对生理的作用就是热作用。它的指标可用比吸收率(SAR)来表示,即人体组织的单位重量吸收的电力。从安全考虑出发,把全身SAR平均值规定为0.4 (W/kg)以下。高频场的热作用可能造成对中枢神经系统的损害,引起心血管系统失调,损伤眼睛和影响遗传等。b.非热效应:高频辐射对人体的非热效应主要表现在两个方面,一是对神经系统的作用。长时间的高频辐射可破坏脑组织细胞,使大脑皮质细胞活动能力减弱,已形成的条件反射受到抑制。反复辐射可能引起神经系统机能紊乱。二是对血液的作用。长期的高频辐射可引起血液内白细胞和红细胞减少,并使血凝时间缩短[3]。 2.对设备的影响

电气和电子设备的应用量日益上升,而且布置和装配越来越集中,致使电子系统内的相互干扰愈加严重。如果忽视这个问题,常造成意想不到的后果。如某厂精密车间用汽油擦地,工人身上的静电与机床底座产生尖端放电导致火灾。又如安徽引进美国的成套电力自动化设备,运行时竟有50%不能正常工作,经分析是人触及设备产生静电放电所致[3]。 四、电磁环境防护的解决方案

1.合理工业布局,强化区域控制电气、电子设备密集的工业区应远离居民区,中级强度以上的电磁辐射源应远离一般工作区和职工生活区,对相对集中的重点辐射源区要设置安全隔离带。

2.屏蔽保护利用屏蔽装置的反射和吸收作用,将场源或受体用屏蔽壳或屏蔽网屏蔽起来,可大幅度降低电磁辐射。

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3.吸收防护和绿化在近源区,尤其是微波源区,可根据其辐射频率选用具有强吸收作用的材料敷设于源区周围,形成“吸波墙”,吸波墙降低了场源对周围环境的辐射。

4.加大宣传力度通过加大宣传力度,使人们更好更多地了解电磁波的基本知识,从而对其持有正确的态度,既不惧怕电磁波,又能科学地防护电磁辐射污染。

5.倡议生理学、生态学、农业学及电磁学等多学科加强合作,共同对电磁生态效应进行广泛的研究[3]。

五、当前电磁环境状况

近二十年来,随着我国科学技术进步和社会经济的迅速发展,各种电子、电力设备和设施大量出现在人们的日常生活和工作中。但是,随之而来的电磁辐射污染问题也日益严重.据国家环境保护总局1997-1998年在全国30个省、直辖市进行的环境电磁辐射污染调查显示,我国目前环境中人为电磁辐射不断增强的主要原因是: 1.广播电视发射设备的增多、功率的增大; 2. 通信发射设备的普及和频繁使用;

3. 工业 、科研、医疗应用中高频用电设备的增加; 4.电力部门高压输电线路的发展; 5.交通运输的电气化。

据统计,目前全国广播电视发射设备有1万多台,总功率超过13万千瓦;而工业、科研、医疗等高频设备近1.5万台,合计功率达250万千瓦;移动通信设备的发展更是迅速,在过去几年的时间里手机用户数量猛增,到2000年6月底,我国的移动电话用户数已发展到近6千万,移动通信基站超过7万个[4]。

由于对电磁辐射所造成的健康危害的不同理解,不同国家所制定的电磁辐射标准有很大的差异。其中,俄罗斯、意大利、中国、比利时等国家在制定标准时考虑了电磁辐射对人体神经效应方面的影响,标准限值比较严厉,美国、澳大利亚、德国等国在制定标准时采用了国际非电离协会(ICNIRP)的推荐标准,没有考虑电磁辐射对人体神经效应方面的影响,而只是考虑已有明确研究结果的热效应,标准限值较宽松,将来仍然有进一步提高标准限值的可能[5]。 六、电磁辐射研究领域动态

新技术的大量应用使电磁场成为最普遍的环境影响因素之一,国际上许多研究机构均对电磁辐射与人体健康间的关系展开了大量研究。由于依据的对人体健康影响的指导原则和实验数

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据不同,学术界对时变的电场、磁场、电磁场暴露限值有不同看法,主要分歧集中在“危害”,的程度和“非热效应”是否存在上[6]。

在跨入21世纪之后,实验室研究开始站在与计算和通讯创新相并列的测量创新的最前线。这些学科的相互融合衍生出的新科技已对我们的生活造成了普遍的影响。今天,测量工具正从实验室、医院和工厂移向办公室、各种场所和我们的家庭。例如,新一代的非扩散性治疗仪器使患者在自己舒适的家中监控和治疗自己的病情成为可能。分布式的测量仪器和轻快灵活的各种设备已允许进行现场测试。仿制、装配和结构处理的能力已达到分子结构的层次。在化学和生物科学,以及电子、光学和机械科学领域产生了许多新的解决方案[7]。 七、电磁环境监测工作的必要性

在电子技术为我们生活、工作带来巨大方便的同时,其电磁辐射对人体健康的影响也越来越受到人们的广泛关注。虽然针对电磁环境的负面影响可以采取一定的防护措施,但要从根本上解决问题,还是要提早预防,一旦发现问题就及时处理,这就要求对电磁环境状况有科学的数据分析,合理的监测测量,这就需要科学的管理手段,对某地区或某地点的电磁环境进行预测并保持监测跟踪,做到防患于未然,这样才能很好的控制电磁环境的恶性发展,在利用电磁资源给我们生活带来便利的同时又将其反作用降至最低。我国有关的政府管理部门和科研机构在此方面做了大量的调查研究工作,并逐渐建立起相应的管理体系,针对存在的主要问题采取了必要的控制措施。近几年,为适应全球贸易一体化的需要,我国加强了在电磁辐射领域的国际交流与合作,积极参与到国际EMF项目中。

我国现行的电磁环境标准要严于许多欧美发达国家。目前移动通信台站的电磁辐射环境符合国家标准,但要看到,伴有电磁辐射的各项事业的发展势头非常迅猛,部分局部环境辐射值已较高,已成为各级人大代表、政协委员和广大市民关注的热点环境问题。电磁环境不能重蹈先污染后治理的覆辙,治理电磁环境污染与治理其它环境污染一样,代价是十分昂贵的,要防患于未然。在正确宣传电磁波对我们生活的意义和危害的同时,应加强电磁辐射环境的研究、监督、监测和管理,及时向公众提供准确可靠的信息,维护社会稳定,促进移动通信事业的可持续发展。 参考文献:

[1] 环境电磁波卫生标准GB9175-88.

[2] 电磁辐射与防护——电磁辐射评价与防护技术.中国辐射防护网2005-12-15.

[3] 董霞,孟昭敦.电磁环境及其安全防护.电气时代.2005年第一期.114-115[4] 贺青华.中国电磁辐射现状与管理.卫生部卫生法制与监督司.

[5]INTERNATIONAL

PROGRAMMEONCHEMICALSAFETYENVIRONMENTALHEALTHCRITERIA137 ELECTROMAGNETIC FIELDS (300HZTO 300 GHZ.

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[6] 国际电磁辐射与健康问题发展状况.动网先锋.2004-8-18.

[7] THE INTERNATIONAL EMF PROJECT-Minutes of the 10th Meeting. of the International Advisory Committee. 13-14 June 2005.Geneva,Switzerland.