摘要:介绍了射频电磁场的来源及它对人体健康的影响, 射频电磁场卫生标准, 在此基础上, 根据射频电磁场的物理特性, 着重从卫生工程技术的观点介绍了防止射频电磁场危害的综合技术措施, 其中包括:改进工艺, 减少电磁辐射量;对辐射源进行局部屏蔽;增大辐射源与人的距离;采用个体防护措施等。 在防止和减少生活环境中射频电磁波对人的危害方面, 采用加大辐射源和人的距离是一种重要措施, 其中加强电磁辐射源的设置规划和管理, 对作好城市规划起着重要作用。 针对家庭居室中各种电器所产生的电磁波污染问题,也根据上述预防原理, 扼要地介绍了有关的防护方法。
关键词:射频电磁场的危害 电磁辐射的危害 预防和控制
中图分类号:R14 XS91 文献标识码:A
随着电力和电子科学的不断发展, 促进了工业生产的巨大变革和开拓, 给人们的生活带来方便和舒适。 但是各种电力和电子设备产生的电磁波也造成了对环境的污染, 并影响到作业工作人员及广大居民的身体健康。 如何减少电子和电力设备的电磁泄露和防止电磁辐射, 日益引起人们的关注。
1 电磁波的产生和电磁污染的来源
1.1 电磁波的产生
任何交流电路都会向其周围空间放射磁能, 形成交变电磁场。 交流电的频率达 10 5 次 秒(H Z )以上时, 在交流电路的周围便形成了射频磁场。射频电磁场发生源的周围形成以感应为主的近区磁场和以辐射为主的远区磁场, 它的划分界限为一个波长。近区电磁场比远区电磁场强度大得多, 磁场强度与源的距离平方成反比。远区电磁场以辐射状态出现, 厂强与源的距离成反比。 波长与频率的关系为:
λ=c/f
c—电磁波在真空中的传播速度, 3×10 8 米 秒;
λ—波长, 米;
f—频率, 次 秒, Hz;
影响电磁场强度的主要因素有:(1)功率;(2) 与场源的距离;(3) 屏蔽与接地;( 4)空间内有无金属天线或反射电磁波的物体与金属构体。 金属是良导体, 易感应生成涡流, 从而产生新的二次电磁辐射。
1.2 电磁波的分类及主要人工电磁辐射污染源
1.2.1 低频和中频 低频的频率范围为 3～ 300kHz, 波长为10 3 ～ 10 5 m, 也称长波。 中频的频率范围为 300kHz～ 3MHz, 波长为 100～ 1000m。 产生低频和中频辐射的发生源如发电设备、输电线、变压器、电力铁道、工频加热器、物理治疗仪等。功率大的设备, 其产生的电磁波的影响也越大 。
1.2.2 高频 频率的范围为 3～ 30MHz, 波长为 10～ 100m, 即短波。 产生高频辐射的发生源如高频感应加热设备( 高频淬火、熔烁、焊接切割) 、介质加热( 塑料热合机、纸张、食品干燥机) 、变压器、馈线、电容器、工作电路和震荡电路等。
1.2.3 超高频 频率的范围为 30～ 300MHz, 波长为 1m～10m, 即超短波。 其发生源如无线电通讯、电视信号的天线、治疗机、馈线、电容器、工作电路和震荡电路等。
1.2.4 特高频 频率范围为 300MHz～ 3000GHz, 波长为 10 -4～ 1m, 即微波。 产生微波的来源有无线电、电视、雷达的天线、无线电手机、微波炉等。
近年来, 随着城市的发展, 城市用电的增多, 高压电缆引入市区, 市区内增建了大型变电站;位于近郊区的中波广播发射台, 被扩大的市区所包围, 使临近天线的地区成为强场区;移动通讯技术的发展, 市区高层建筑上天线林立, 增强了高层建筑的顶部环境电磁辐射的场强, 部分高层建筑顶部场强超过居民区电磁辐射环境标准。 随着人民生活水平的提高和信息时代的需要, 越多的电力及电子设备进入家庭, 使得家庭空间在局部环境、局部时间产生较强的电磁辐射 。
2 电磁辐射对健康的影响
射频辐射, 特别是高强度辐射, 引起肌体致热效应, 造成健康的危害是显而易见的, 如可导致脑的萎缩、白内障、晶状体浑浊、造血和淋巴器官发育不全、生殖系统的障碍等。 人体在反复接触低强度的微波照射后, 体温虽无上升, 但也能造成肌体健康的危害。流行病学的调查表明, 电磁辐射对人体健康的影响比较广泛, 能引起神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改变。 如神经衰弱、脱发、肌体免疫力下降、晶状体浑浊等。 调查表明, 长期使用移动电话可引起胸闷、恶心、食欲减退, 对睡眠质量、神经行为及运动反应等方面均有不良影响。 实验室发现, 长期低强度射频电磁辐射非致热效应, 对动物神经内分泌、膜通透性、离子水平等都有影响, 也有报告认为射频微波能引起 DNA 损伤, 染色体畸变等 [ 1] 。
3 电磁辐射的卫生标准和防护规定
为了预防电磁辐射对人体的危害, 我国于 1979 年由卫生部和四机部联合发布了“微波辐射暂行卫生标准” ;1983 年修订了该标准, 1989 年正式被批准为国家标准 GB10436 -89。规定了作业场所超短波( >30～ 300MHz) 辐射的限值 ;连续波8h d为 50μW cm 2 ;脉冲波为:8h d 为 25μW cm 2 ;短期暴露最大限值不得超过 5μW cm 2 。 作业场所电磁波 0.1～ 0.3MHz 频段的限值为 50V m;>0.3～ 30MHz 频段的限值为 25V m。
1988年颁布的环境电磁波卫生标准(GB 9715-88), 规定了电磁波 0.1～ 30MHz频段的一级标准限值为 10V m;二级标准限值为 25V m;>30～ 300MHz 频段的一级标准限值为 5Vm;二级标准限值为 12V m;>300～ 30000MHz 频段的一级标准限值为 10μW cm 2 ;二级标准限值为 40μW cm 2 。电场强度 E 与功率密度 S 的关系在远区场中的换算公式:
S =E2/3.77
式中:S —功率强度, μW cm 2 ;
E —电场强度, V m。
移动电话的电磁辐射暴露问题, 一直是近几年社会关注的焦点, 现卫生部正组织起草《 移动电话电磁辐射卫生标准》 [ 2] 。
4 电磁辐射的防护
采取综合性防护措施, 使工作地点和人所处的环境达到上述卫生标准的要求, 是防止和减少电磁辐射危害的一级预防措施, 它包括改进产品的设计, 减少电磁辐射量;对射频和微波设备采取局部屏蔽。 将电磁辐射能量限制在一定区域之内。 包括以下几个方面 [ 3, 4, 7, 8, 10] 。
4.1 屏蔽体选用导电性高和透磁性高的材料, 如铜、铝、黄铜等。 实验结果表明, 对于中波频段电磁波, 铜板、铜网、铝板、镀锌铁网的电场强度屏蔽效率可达70%～ 80%。 铜材质的效果最好, 它们对短波频段的屏蔽效果达 80%～ 88%, 丝网的网眼效果越密, 效果越好。 它们的磁场强度屏蔽均达 90%以上。 电磁波的频率越高, 屏蔽的效果越好。 对于超短波、微波频段, 可选用屏蔽材料与吸收材料的复合材料, 防止电磁辐射。
4.2 在屏蔽体的设计中, 应保证屏蔽体和被屏蔽部件( 场源)之间有一定的距离, 以减少被屏蔽体能量的损耗。
4.3 屏蔽的结构要合理, 尽量减少不必要的开孔及缝隙, 减少尖端突出物。 屏蔽的结构应保持良好电器接触性能。
4.4 屏蔽措施应良好地接地, 使辐射引起屏蔽体电磁感应,通过导线流入大地。
4.5 为了观察和散热的需要, 在适当部位可选用铜、铝网与条组成的结构。 应用实例如:对高频干燥和高频加热设备, 结合工艺条件, 可将高频工作电路、高频变压器等场源全部屏蔽在机箱内;为了通风散热和定期观察的需要, 必要的部位可以用铜网屏蔽, 板网之间设施进行焊接;对高频熔炼设备, 可将高频震荡部分与电炉用铜网屏蔽, 馈线用铜板或铝板屏蔽;高频变压器, 可以采用铜板和铜条组成的屏蔽结构等。 采用上述屏蔽综合措施后, 可使辐射强度降低到卫生标准或接近卫生标准。 某医院的高频电疗室和射频热疗室, 采用了铜板和铜网六面屏蔽, 治疗室内电场强度为 50～ 320V m, 而治疗室外的观察室各处为 0～ 6V m, 符合卫生标准 [ 5] 。
4.6 生产工艺自动化和采取远距离控制。 在车间和实验场内, 设置保护人的屏蔽室, 这种屏蔽室离辐射源有一定距离,屏蔽体一般可以不接地 。
4.7 个体防护必要情况下, 可佩带个体防护用具, 包括:
4.7.1 防护衣 它是由铜丝或铝丝和棉丝或柞蚕丝编织而成, 在衣领和袖口处衬有薄布。“ 柞蚕丝———铜丝”金属织布的屏蔽效率达 90%以上 [7] 。
4.7.2 防护眼镜 它的基本材料是金属丝或金属膜, 新型的眼镜是由化学处理工艺加工的有均匀微孔的金属薄片, 装在活动启闭的轻型眼镜架上。
4.7.3 防护头盔 防护头盔由网眼细小的铜网制成, 头盔可作成封闭型的, 将人的整个头部罩上, 也可作成半边型的, 只将人头的前部和面部罩上。
4.8 加大场源与人体的间距在防止和减少环境辐射危害影响方面, 这种方法起着关键的作用。
4.8.1 高压和超高压的输电线路应架设在远离商业、住宅、文教区中人群密集的地方。 测定表明:在 110kV 双线下, 导线距地高度 16m, 工频场强可达几百到 2000V m, 在 220kV 双线下, 可达 3000V m;露天的 110kV 和 220kV 主变压器 1.5m 处,场强可达 2000～ 3000V m。 而在室内和地下的变电站, 由于建筑物的屏蔽作用, 变电站室外和变电站地面的场强可达 10～20V m, 接近于环境的本底值 [ 9] 。
4.8.2 必须设置在市内商业区、住宅区、文教区的变电站、变压箱等, 应与周围环境保持一定的防护距离, 保证其边界符合环境电磁波卫生标准的要求。 变电站或变压箱周围应设有围墙或护拦及警示标志。
4.9 加强城市的规划管理, 实行区域控制, 加强对无线电装置的管理
4.9.1 对发射电磁功率大的工厂、工作场所和设施, 如使用大功率高频设备的工厂、电视发射台、广播发射台、无线电台、雷达系统、移动通讯系统的发射系统, 应尽量设置在远郊区。高强度辐射区的边界处, 应设置界墙或护拦( 网), 禁止非工作人员进入, 并有限制进入的警告标志。 使用大型辐射发射设施或高频设备的周围, 在环境保护和城市规划要求的限制区内, 不得修建居民住房和幼儿园等建筑。
4.9.2 加强对无线通讯发射装置的管理。 严格控制移动通讯系统基站的密度;各种通讯基站的天线, 应高于周围建筑,其主射方向应避开医院、幼儿园、学校等建筑;在市区内建设和建立各种无线电通讯发射基站, 超过豁免水平以上功率的应履行环境影响报告书审批手续, 对电磁辐射活动可能造成的环境影响进行评价, 应符合“ 电磁辐射防护规定”的要求, 经环保部门批准后方可建造和运营 [14] 。
4.10 加强对高强电磁场环境下工作人员的安全卫生教育,培养他们良好的操作习惯, 加强自我保护。为了减轻家庭居室内电磁波污染及其有害作用, 应普及电磁波防护知识的宣传, 提高自我防范意识, 科学的使用家用电器。如看电视, 使用电脑, 收听组合音响, 应与辐射源保持一定距离;尽量避免各种电器同时开启, 以降低各场强的相互影响和叠加作用;各种辐射源运行时, 人与之保持一定距离( 如微波炉、电磁炉等) ;调查结果表明 [ 6] , 在 1 台 14 寸的电脑显示屏前 30、40 和 50cm 处, 电场强度分别为 14、12、9.3 V m。在1 台 29寸的电视显示屏前 30、40和 50cm 处, 电场强度分别为10、9、6.5 V m;可以看到观看电视者所处位置的场强远小于电脑使用者所处位置的场强, 电脑连续使用时间很长, 因此除注意与屏幕保持一定距离外, 宜在屏幕前加设透明屏蔽板。
微波炉自身配备了屏蔽装置, 但仍有少量泄漏。 调查结果表明, 当开机时, 在距离微波炉 5～ 10cm处, 电场强度达 1.0～ 230μW cm 2 , 而在 0.5m远处, 大部分微波产品的泄漏量小于1.4μW cm 2 [3] 。
移动电话是靠发射电磁波传递信息的, 尽管其发射功率已从原来的 3～ 5W 降低到目前的 0.25～ 2.0W, 但通话时手机天线距人的头部过近(5～ 10cm) , 天线附近的功率密达几十到几百 μW cm 2 , 呼叫时最大值可达 1000μW cm 2 , 大大超过环境标准的 40μW cm 2 。 因此, 使用手机时, 应注意使其天线尽量偏离头部, 或是配备一副耳机 [3] 。
对使用电热毯的调查表明 [ 11 、12] , 在木床上的电热毯上方12cm处, 电场强度为 130～ 280 V m, 在距毯面 1cm 处磁场感应强度为 0.5～ 2.3μT, 人体感应电流为 30～ 56μA;用钢丝床,则电场强度比用木床稍高;钢丝床接地, 场强明显下降;使用单线开关, 关闭时仅断零线, 其场强比开关接通时还高。 一种新研制的低电磁场安全型电热毯 [13] , 其场强<40V m, 磁感应强度<0.2μT。 为了安全起见, 老人、孕妇和婴儿使用目前市售的电热毯时, 宜采用预加热方式, 以避免电磁场的潜在危害。
4.11 加强营养、注意休息, 增强自我防御功能, 也可在一定程度上起到预防和减轻电磁波对人体的伤害作用。
5 参考文献
1 何凤生主编 .中华职业病学 .北京:人民卫生出版社, 1999,1022—1025
2 贺青华.中国电磁辐射现状与管理.北京:第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集, 2000, 1—2
3 王毅.谈我国城市电磁环境的新问题.北京:第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集,2000, 211—214
4 Cleveland RF Jr.Guideline Adopted by the United States Federal Com-munication Commission for Human Exposure to Radiofrequency Electro-magnetic Field.北京:第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集( 英文部分) , 2000, 116—120
5 宋雪怡, 郭春光, 尹瑞雪.对高频电磁波安全防护问题的初步探讨.北京:第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集, 2000, 227—228
6 黎国栋, 桑星.电脑和彩电电磁辐射特性及其屏蔽材料效能.北京:第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集, 2000,202—204
7 赵玉峰主编.电磁辐射的抑制技术.北京:人民铁道出版社,1990
8 电子工业职业安全卫生设计规定 SDJ 30002-92
9 周琴娥, 夏建伟.超高压输电线路邻近民房时的工频电场效应.见:国家环境保护监督管理司编.电磁辐射环境影响及电磁兼容学术讨论会论文集.北京:中国环境科学出版社, 1996,120—128
10 王毅, 麻桂荣.城市电视、广播电磁环境调查与研究.见:国家环境保护监督管理司编.电磁辐射环境影响及电磁兼容学术讨论会论文集.北京:中国环境科学出版社, 1996, 71—77
11 鲁德强, 姜槐, 施浚人.电热毯的电磁场强度和人体感应电流.见:国家环境保护监督管理司编.电磁辐射环境影响及电磁兼容学术讨论会论文集.北京:中国环境科学出版社, 1996,293—300
12 姜槐, 姚耿东, 鲁德强.电热毯的安全性评价和防护.见:国家环境保护监督管理司编.电磁辐射环境影响及电磁兼容学术讨论会论文集.北京:中国环境科学出版社, 1996, 203—204
13 鲁德强.低电磁场安全型电热毯的研制.见:国家环境保护监督管理司编.电磁辐射环境影响及电磁兼容学术讨论会论文集.北京:中国环境科学出版社,1996, 301—302
14 国家环境保护局 1997 年第 18 号令 电磁辐射环境保护管理办法