非電離輻射(10MHz至300GHz)對人體的危害

舒慧 陸政 蔡爽 俞曉湖 陸藝

摘? ?要：本文從人體與低頻電場的耦合、與低頻磁場的耦合、從電磁場吸收能量三個方面論述了非電離輻射（10MHz至300GHz）對人體的影響，介紹了電磁場基本原理和概念，主要包括近場和遠(yuǎn)場的電磁場特性，以及電磁場作用于人體的主要原理，從低頻電磁場到高頻電磁場的耦合出發(fā)討論了人體所受的影響，最后介紹了由此得出的對于人體影響的一般結(jié)論，并列出了防護(hù)的基本方法。

關(guān)鍵詞：電離輻射? 人體? 危害

中圖分類號：TL7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0103-02

輻射只是令人生畏的疾病癌癥的許多種誘因之一。由于輻射是看不見摸不著的，因而使得這一肉眼無法察覺的危害變得更加令人恐懼。每當(dāng)人們想起核電站和其他設(shè)施發(fā)生過的事故以及在現(xiàn)今的某些事例中仍在發(fā)生的效應(yīng)，以及往往把任何形式的輻射都與包括核武器在內(nèi)的“核”關(guān)聯(lián)起來的傾向，使得他們更加憂心忡忡。

對電離輻射的最大擔(dān)憂來源于它可能會使受到照射的人員患上致命的疾病，以及會在后代中出現(xiàn)遺傳缺陷。出現(xiàn)此類效應(yīng)的可能性取決于人員受到的輻射照射的量，不管這種照射是來自天然輻射源的還是人工輻射源的。隨著近幾十年來人們對電離輻射效應(yīng)的了解越來越多，人們已經(jīng)開發(fā)出了保護(hù)人類免受各種輻射源照射的成套的輻射防護(hù)辦法。盡管如此，公眾的憂慮依然存在。

電磁波的頻譜，最右方是“電離輻射”（核爆炸、核電站意外、X射線、伽馬射線），頻率超過1000GHz，電離輻射的頻率及光子能量極高（超過10eV），能將電子擊離分子（電離），因此能使人的DNA發(fā)生改變，引起癌癥。低于紫外光頻率的電磁波（包括可見光）光子能力不足以產(chǎn)生電離，故稱為“非電離輻射”。我們?nèi)粘Ｊ褂玫膹V播、通信、雷達(dá)等電子設(shè)備的電磁波頻率一般都在10～300GHz的范圍內(nèi)，屬于非電離輻射。經(jīng)過50多年的研究，目前可證實(shí)有害的非電離輻射生物效應(yīng)是熱效應(yīng)（高頻）與電刺激（低頻）。人體內(nèi)的結(jié)合水和游離水等水分子由于非電離輻射產(chǎn)生摩擦，積累了大量的熱量，宏導(dǎo)致了人體細(xì)胞損傷，低頻非電離輻射會影響人體內(nèi)神經(jīng)電信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致神經(jīng)紊亂等癥狀，人體內(nèi)的微弱的電磁場也會被影響。

1? 基本原理和概念

電場僅與電荷的出現(xiàn)有關(guān)系，磁場是電荷的物理運(yùn)動（電流）的產(chǎn)物。電場E能對電荷產(chǎn)生力的作用，其單位是V/m。同樣的，磁場也能對電荷產(chǎn)生力的作用，但是僅當(dāng)這些電荷處于運(yùn)動的時候。電場和磁場均有大小和方向，也就是說它們是矢量。磁場可以用兩種方式表示，一是磁流密度B（單位是T），二是磁場強(qiáng)度H（單位是A/m）。這兩種表示方式有如下的關(guān)系：B=μH。其中μ是系數(shù)常量（磁導(dǎo)率），在真空和空氣中，以及非磁性材料（包括生物材料）中，μ的值是4π×10-7H/m。因此，在為了電磁防護(hù)的目的而描述磁場時，只需要確定B或H之中的一個值。

在遠(yuǎn)場區(qū)域，平面波模型是電磁場傳播的合理近似。平面波有如下特征：波的前端為平面的幾何尺寸;E和H向量與傳播方向兩兩垂直;E和H場的相位是一樣的，在整個空間內(nèi)E/H的比值為一個常量。在自由空間內(nèi)，E/H的比值為E/H=377Ω，其為自由空間的特征阻抗。功率密度S，即為垂直于傳播方向的單位面積的功率，其與電磁場的關(guān)系可以如下表示：S=EH=E2/377=377H2。

在近場區(qū)域的情況相對而言更復(fù)雜，這是因?yàn)镋和H的最大值及最小值并不像遠(yuǎn)場那樣發(fā)生在傳播方向上的同一點(diǎn)。在近場區(qū)域，電磁場的結(jié)構(gòu)會高度異質(zhì)化，且其會與平面波的377Ω阻抗有明顯差異;也就是說，在一些區(qū)域可能是純粹的電場，而在另一些區(qū)域可能是純粹的磁場。在近場對電磁波的暴露會更難定義，因?yàn)镋和H場都需要進(jìn)行測量，而且場的形式會更加復(fù)雜;在這種情況下，功率密度不再是一個適合于描述電磁波暴露的量。

暴露于時變電磁場會導(dǎo)致身體中產(chǎn)生電流和機(jī)體組織吸收一部分能量，這種現(xiàn)象取決于耦合機(jī)理并且與頻率相關(guān)。內(nèi)部的電場與電流密度的關(guān)系如歐姆定律所示：J=σE，其中σ是介質(zhì)的電導(dǎo)率。人體內(nèi)存在微弱的電磁場，在人體龐大的神經(jīng)系統(tǒng)中時刻進(jìn)行著電信號的傳輸，暴露于時變電磁場環(huán)境下，會導(dǎo)致電磁場和電信號被影響。人體內(nèi)介質(zhì)的電導(dǎo)率在各處分布不均勻，電導(dǎo)率和人體體液內(nèi)離子含量有關(guān)，比如常見的鈉鉀離子等，這些離子主要是平衡細(xì)胞液濃度而存在，二時變電磁場下，離子由于攜帶電荷而發(fā)生轉(zhuǎn)移，就會影響到細(xì)胞的正常活動，而且離子異常轉(zhuǎn)移和累計也會改變?nèi)梭w收到時變電磁場的影響的部位。

2? 與低頻電場的耦合

時變電場與人體的相互作用導(dǎo)致了電荷的流動（電流），表面電荷的極化（電極的產(chǎn)生），組織中電極的重定位。這些不同現(xiàn)象的相對幅值取決于人體的電性質(zhì)——也就是，電導(dǎo)率（決定了電流的流動）和電介質(zhì)常數(shù)（決定了極化效應(yīng)的幅度）。電導(dǎo)率和電介質(zhì)常數(shù)根據(jù)人體組織的不同而不同，而且取決于外加電場的頻率。人體的外加電場會在機(jī)體表面產(chǎn)生表面電荷，這導(dǎo)致在身體中產(chǎn)生電流，電流的分布取決于電磁場暴露條件，人體的大小和形狀，和人體在場中的位置，一般意義上，距離場源越近，暴露面積越大，世界越長，對人體影響越大。

3? 與低頻磁場的耦合

時變磁場與人體的相互物理作用導(dǎo)致感生電場和環(huán)形電流。感生電場和電流密度的幅度正比于環(huán)的直徑，組織的電導(dǎo)率，磁流密度的變化率和幅度，當(dāng)環(huán)的尺寸最大時最產(chǎn)生最強(qiáng)的電場。在人體具體部位產(chǎn)生電流的確定路徑和幅度取決于組織的電導(dǎo)率。

人體的電特性并不是一致的，然而，感生電流的計算可以利用人體的解剖和電特性的計算模型，這種模型具有很高的解剖學(xué)精確度。

4? 從電磁場吸收能量

在低頻電磁場中的暴露會導(dǎo)致可以忽略的能量吸收和人體中不可測量的溫度上升。然而，暴露于頻率高于100kHz的電磁場中會導(dǎo)致顯著的能量吸收和溫度上升。一般來說，暴露于一個高度一致的電磁場（平面波）中會導(dǎo)致人體不同部位的高度不一致的能量吸收和能量分布，這需要進(jìn)行具體的測量和計算，而且這種能量具有累積效應(yīng)，熱效應(yīng)和電刺激在人體中作用之后，在人體自我修復(fù)功能完全起作用之前，會累計這些傷害，久而久之就會變成永久性傷害。

5? 防護(hù)的三大原則

（1）時間防護(hù)：不論何種照射，人體受照累計劑量的大小與受照時間成正比。接觸射線時間越長，放射危害越嚴(yán)重。盡量縮短從事放射性工作時間，以達(dá)到減少受照劑量的目的。

（2）距離防護(hù)：某處的輻射劑量率與距放射源距離的平方成反比，與放射源的距離越大，該處的劑量率越小。所以在工作中要盡量遠(yuǎn)離放射源。來達(dá)到防護(hù)目的。

（3）屏蔽防護(hù)：就是在人與放射源之間設(shè)置一道防護(hù)屏障。因?yàn)樯渚€穿過原子序數(shù)大的物質(zhì)，會被吸收很多，這樣達(dá)到人身體部分的輻射劑量就減弱了。常用的屏蔽材料有鉛、鋼筋水泥、鉛玻璃等，常見的方式是防護(hù)服或者設(shè)置操作間。

6? 結(jié)語

本文從基本原理和概念，人體與低頻電場的耦合、與低頻磁場的耦合和從電磁場中吸收能量等方面論述了非電離輻射（10MHz至300GHz）對人體的影響。只要采取合適的防護(hù)措施，非電離輻射對人體的不利影響是可以避免的。

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