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计量百科

电磁辐射知多少 中国计量院电磁环境专家带你认识身边的电磁场

发布者:山东计量发布时间:2019-02-22

  我们所生活的世界里,电磁辐射无处不在。自然界的太阳光、闪电、宇宙射线等,都是天然存在的电磁波,我们已经在一定程度上适应了这类辐射;而人类以电磁技术为基础的许多创造发明,也会向空间辐射电磁能量,比如手机和手机基站、微波炉、电脑、电视机等等。

  那么,这些电磁辐射会对健康造成影响吗?网络上“手机辐射能炸爆米花”“WIFI辐射使种子不发芽”“手机基站辐射致癌、白血病、记忆力下降”等传言是真的吗?
  在判断这些传言真假前,让我们首先了解一下什么是电磁辐射,它的“大小”或“剂量”是如何衡量的。
  什么是电磁辐射
  电磁辐射是指电磁能量以电磁波或光量子形式发射到空间的现象。可以说只要有电、有光,就有电磁辐射。
  电磁辐射根据频率的不同,可以分成低频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。电磁辐射的频率越高,其能量也就越大,穿透力越强。如图所示,比远紫外线频率更高(波长小于300nm)的电磁辐射,能量足以破坏化学键,使分子发生“电离”——这类电磁辐射又称“电离辐射”。

  而我们通常所说的“电磁辐射”指的都是频率不足以破坏分子间化学键的“非电离辐射”。例如,高压线、变电站以及一般的家用电器产生的低频电磁波;手机和手机基站、WIFI路由器、微波炉等工作在几百M到几个GHz的“微波”频率范围的仪器设备产生的高频电磁波,都属于“电磁辐射”。
  那么如何衡量电磁辐射的“大小”或者“剂量”呢?我们一般用电磁辐射的电场强度(单位为伏/米,V/m)来衡量。对于低频电磁辐射,我们还需要考虑其磁场强度(单位为特斯拉,T),微波、射频等高频电磁辐射还要用功率密度(单位为W/m2)来衡量;为了探究电磁波对人体的作用,我们还使用比吸收率(SAR,单位为瓦/千克,W/kg)来衡量一些接近人体使用的电磁设备的辐射的作用。
  图中是一些常见的电磁辐射分析仪,可测量空间某位置不同方向的电场强度、磁感应强度和功率密度大小。这些仪器测量量值是否准确,则是由计量工作来保障的。

  电磁辐射对人体有害吗?
  随着人们环境意识、安全意识的不断提高,电磁辐射是否对人体有害不仅是人们热议的话题,更是科学研究的热点。根据目前的研究结果,电磁辐射影响人体的机理主要热效应、非热效应和累积效应三种。
  其中,比较明确的是电磁辐射的热效应——人体是一个导体,在受到电磁波辐射后会产生电流,引起人体发热。微波炉加热食物也是利用了微波的热效应。但是,微波炉的输出功率大概在600~1000W,其产生的微波又完全被限制在一个由金属壳构成的密闭的环境内,功率密度大、热效率高。与之相比,手机的在接打电话时的功率仅有2W左右,且辐射的电磁波是朝空间各个方向的(在接打电话的过程中,信号不会因为转身而消失),即使紧贴人体,引起的发热量也非常小。


  可以说,脱离“剂量”谈辐射是在“耍流氓”。手机电磁辐射的“剂量”当然不可能像微波炉那样使玉米粒变成爆米花。
  中国计量院能源环境所在电磁辐射对人体影响方面也开展了相应的研究。实验装置如图所示,可以模拟人头部在受到手机辐射后吸收电磁波,并测量人体吸收的电磁波能量。


  实验结果显示,不同型号的手机或者无线设备使用时人体吸收的电磁波能量不同,吸收的电磁波能量大小与无线设备的天线位置、使用习惯、和人体距离等密切相关。国家标准要求制造商在产品说明书里面标示该手机的SAR最大值,因此消费者可以在说明书里面关注自己购买的手机的电磁辐射情况。
   一般情况下,当手机信号“不满格”——即接收到基站的信号比较弱时,手机通话时的发射功率会较信号满格时大。这种情况是由于手机距离基站比较远,或手机处于地铁车厢或电梯等屏蔽空间内造成的,我们只要尽量避免在此时接打手机或使用耳机就可以了。
  除明确的热效应以外,电磁辐射还有非热效应和累积效应,但这些都是在极端情况下才会出现的,比如当人体触电,或长时间接触能量密度很高的电磁波时,肌肉或神经会受到一定刺激。但是到目前为止,还没有明确的证据表明,电磁辐射会使人“患癌”“患白血病”或“记忆衰退”等。
  目前,根据世界卫生组织(WHO)国际癌症研究机构(IARC)对致癌类物质的划分,射频电磁波辐射和低频磁场属于2B类物质,低频电场属于3类物质。这是什么概念呢?
   IARC将人类常接触的物质分为1、2、3、4四类,其中1类物质,是指对人类确定致癌的物质——香烟、酒、太阳光、槟榔、中式咸鱼、空气污染等等都被列为1类致癌物;2A类物质对人类致癌性证据有限,但对试验动物致癌性证据充分;2B类致癌物质对人类致癌证据有限,对试验动物致癌证据不充分,或对人类致癌性证据不足,对试验动物致癌性证据充分;3类为对人类致癌性可疑,但尚无充分的人体或动物数据;4类则对人类很可能不致癌
  如此看来,被列入2B类和3类的电磁辐射是不是就没那么可怕了呢?
  当然,脱离“剂量”说电磁辐射安全无害也是在“耍流氓”——这和辐射的功率、频率、与辐射源的距离、受辐射时间等有关——微波炉、电磁炉等未正常使用或密封性变差等导致的漏磁,辐射危害就不容小觑。
  如何防护电磁辐射?
  一方面,国际非电离辐射保护委员会(ICNIRP)、国际电工委员会(IEC)等国际组织通过收集电磁辐射相关研究,制定了电磁辐射的相关标准,可以保障相关电子设备在使用过程中对人体安全。许多国家也出台了相关法律法规和技术标准。
  比如我国的《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)就参考ICNIRP和IEC的相关标准,规定了大家身边1Hz~300GHz范围内电磁场的“大小”安全限值以及评价方法等,如移动基站等设备的电磁环境须控制在12V/m以内,并由我国的环保部门相关机构进行严格的监测和管理等等。同样,我国《移动电话电磁辐射局部暴露标准》(GB21288-2007)规定移动电话的电磁辐射比吸收率值(SAR值)要低于2W/kg。


  需要注意的是,这些标准中的“安全限值”是根据相关试验等得到电磁辐射可能会危害健康的“临界值”,并以此除以5~10等方式来确定的。但并不是说只要超过了安全限值就一定会对健康造成危险。总之,如果我们正确使用正规厂家生产的合格的电子设备或家用电器,健康将不会受到负面影响,大可放心。
  另一方面,电磁辐射具有一些共性特征,我们也可以根据这些特征来主动防护它。其一,电磁辐射的能量会随距离的增加大幅衰减——因此我们只要和电磁辐射源保持一定距离就可以了。譬如,当接通中的手机紧贴耳朵时,手机对人体电磁辐射的SAR值约为2W/kg;但我们如果使用耳机,身体离手机距离30cm以上,对人体辐射的SAR值就会下降为原来的几十分之一,可忽略不计。手机基站也是如此,其向外发射信号是沿着天线的法线方向扇形传播的,距离越远,受到的电磁辐射越小——只要我们不要并排站在天线周围,并与之保持5m以上距离,辐射剂量一般就不会超过安全限值。
  其二,某些电磁辐射比较容易被屏蔽。我们所住的建筑物中的钢筋,可以帮我们屏蔽掉距离建筑物5米左右高压线的低频电磁辐射。遮阳伞也能帮我们挡住大部分的可见光、紫外线等电磁辐射。
  结语


  许多时候,人们对事物产生恐惧或疑虑,是因为理解不够深入。如果我们能够以开放的心态从多方面去了解事物,不简单盲从主观印象或他人(包括媒体)评价——例如尽量阅读研究的原文而不是基于研究的报道,思考研究结论的得出是否基于完备、严谨的实验过程和可重复的实验结果等等,就能建立科学的思维方式,更好辨别吸睛标题下究竟是“真知”还是“伪科学”了。

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