電磁輻射污染與防治
 

近年來,隨著經濟的快速增長,環境保護事業也迅速發展,人們越來越重視自己生存環境的變化,人類的健康需要適宜的物理環境。但隨著世界電子技術的高度發達,各式各樣的電磁波充滿人類的生存空間,如微波爐、電腦、手機等的廣泛應用在給生活帶來便利的同時也對環境造成嚴重的物理性污染,影響著人類的健康,這些足以引起人們的警惕。本文運用所學知識,從電磁輻射的物理特性、傳播途徑、危害預防等方面,闡述其表現形式、危害程度,使人們能增強防范意識、遠離污染、減小危害。

 

  1 電磁輻射的物理特性

 

  任何交流電在其周圍空間都會產生交變的電場,交變的電場又產生交變的磁場,交變的磁場又反過來會產生新的交變電場。這種交變的電場與交變的磁場相互垂直、以源為中心向周圍空間交替的產生且以一定的速度傳播的波,稱為電磁輻射(也稱電磁波)。確切的說電磁輻射是一個包括廣播頻率(220MHz~3600MHz)、電視頻率(30MHz~300 MHz)和無線電頻率(30MHz以下)的廣泛的波。

 

  從波動學的觀點來描述電磁輻射時其基本物理量有:

 

  波長:沿著波的傳播方向,兩個相鄰的同相位質點間的距離;單位為米(m)。

 

  周期:物體完成一次全振動所需的時間;T單位為秒(s)。

 

  頻率:單位時間內所完成的周期數;單位為赫茲(Hz)。

 

  三者之間的關系為:f=1/T=c/λ。

 

  從量子學的觀點分析,所有電磁輻射都是由運動的粒子組成,則其能量取決與頻率(f)。

 

  W=h·f

 

  h:普朗克常量  h=663×10-27焦耳·秒

 

  在遠離場源的地方,電場強度與磁場強度在量值上的關系:ε01/2E=?01/2H

 

  式中ε0=885×10-12庫侖2/牛頓·米2,是真空中的介電常數;

 

  ?0=4π×10-7牛頓/安培2,是真空中的磁導率。

 

  E=?0/ε01/2H=377HEH且都與傳播方向垂直。

 

  因此在沒有實物媒質存在時,它的傳播速度為光速,電磁輻射可按其波長、頻率排列成幾個頻率段,形成電磁波譜,頻率越高該輻射的能量越大,其生物學作用也越強(表1:部分電磁波譜)。

 

1 部分電磁波譜

 

波長(厘米)

頻率(赫)

紅外線

3×10^-4

10^14

微波

3×10^-2

10^12

雷達波

3×10^0

10^10

短波、無線電波、調幅波

3×10^4

10^6

長波、無線波

3×10^6

10^4

 

  2 電磁輻射污染源的分類

 

   影響人類生活環境的電磁輻射根據其污染源大致可分為兩大類:天然電磁輻射污染源和人為電磁輻射污染源。

 

  21 天然電磁輻射污染源

 

  天然的電磁輻射污染來自于地球的熱輻射、太陽熱輻射、宇宙射線、雷電等,是由自然界某些自然現象所引起的(表2:天然電磁輻射污染源)。在天然電磁輻射中,以雷電所產生的電磁輻射最為突出。由于自然界發生某些變化,常常在大氣層中引起電荷的電離,發生電荷的蓄積,當達到一定程度就會引起火花放電。火花放電頻率極寬,可從幾千赫茲一直到幾百兆赫茲。另外,如火山爆發、地震和太陽黑子活動也都會產生電磁干擾,天然的電磁輻射對短波通訊的干擾特別嚴重,這也是電磁輻射污染源之一。

 

2 天然電磁輻射污染源

     

              

大氣與空氣污染源

自然界的火花放電、雷電、臺風、高寒地區飄雪、火山噴發……

太陽電磁場源

太陽黑子活動與黑體放射……

宇宙電磁場源

銀河系恒星的爆發、宇宙間電子的移動……

 

  22 人為電磁輻射污染源

 

  人為電磁輻射污染源產生于人工制造的若干系統,如:電子設備、電氣裝置等,主要來自廣播、電視、雷達、通訊基站及電磁能在工業、科學、醫療和生活中的應用設備。人為電磁場源按頻率不同又可分為工頻場源和射頻場源。工頻場源(數十至數百赫茲)中,以大功率輸電線路所產生的電磁污染為主,同時也包括若干種放電型場源。射頻場源(0.13000MHz)主要指由于無線電設備或射頻設備工作過程中所產生的電磁感應與電磁輻射。射頻電磁輻射頻率范圍寬,影響區域大,對接近場區的工作人員能產生危害,是目前電磁輻射污染環境的重要因素(表3:人為電磁輻射污染源)。

 

  在人為污染源所組成的電磁輻射中對人類的健康危害最大的是微波輻射。目前,微波輻射主要應用于無線電導航、定位、通訊、天文學、氣象學等;在工業方面,如微波加熱技術已被應用于木材及某些食品的干燥和釀酒等;在醫學研究方面,有的單位試用小劑量微波治療心肌梗塞,有一定的止痛及改善血液循環作用。有的醫院還用微波對某些癌癥病人進行試驗性治療,在日常生活中微波爐已經走進家庭。

 

  總的來說,現在環境中的電磁輻射主要來源于人為電磁輻射污染源。來自天然電磁輻射污染源的電磁輻射相對于人為電磁輻射污染源的危害已可忽略不計。而且隨著科學技術的不斷發展,人們受到的人為電磁輻射污染源的電磁危害還將會繼續增大,因此我們應根據主要的電磁輻射污染源來有效的治理和防治來自電磁輻射的危害。

 

3 人為電磁輻射污染源

分類

設備名稱

污染來源與部件

電暈放電

電力線(配送電線)

由于高電壓、大電流而引起靜電感應、電磁感應、大地泄漏電流所造成

輝光放電

放電管

白光燈、高壓水銀燈及其他放電管

弧光放電

開關、電氣鐵道、放電管

點火系統、發電機、整流裝置

 火花放電

電氣設備、發動機、冷藏車

發電機、整流器、放電管、點火系統

工頻感應場源

大功率輸電線、電氣設備、

電氣鐵道

高電壓、大電流的電力線場電氣設備

射頻輻射場源

無線電發射機、雷達

廣播、電視與通風設備的振蕩

與發射系統

高頻加熱設備、熱合機、

微波干燥機

工業用射頻利用設備的工作電路

與振蕩系統

理療機、治療機

醫學用射頻利用設備的工作電路與振蕩系統

家用電器

微波爐、電腦、電磁灶、

電熱毯

功率源為主

移動通信設備

手機、對講機

天線為主

建筑物反射

高層樓群以及大的金屬構件

墻壁、鋼筋、吊車

 

  3 電磁污染的傳播途徑

 

  通過了解主要的電磁輻射污染源,我們可將電磁污染的途徑大致分為空間輻射、導線傳播和復合污染三種。

 

  31 空間輻射

 

  當電子設備或電氣裝置工作時,會不斷向空間輻射電磁能量,設備本身就是一種多型發射天線。

 

  由射頻設備所形成的空間輻射,分為兩種:一種是以場源為中心,半徑為一個波長之內的電磁能量傳播,是以電磁感應方式為主,將能量施加于附近的儀器儀表、電子設備和人體上;另一種是在半徑為一個波長之外的電磁能量傳播,以空間放射方式將電磁波施加于敏感元件和人體之上。

 

  32 導線傳播

 

  當射頻設備與其他設備共用一個電源供電時,電磁能量(信號)就會通過導線進行傳播。另外,信號的輸出與輸入電路、控制電路等也能在強電磁場中“拾取”信號,并將“拾取”的信號再進行傳播。

 

  33 復合污染

 

  當空間輻射與導線傳播同時存在時所造成的電磁污染。

 

  4 電磁輻射的危害

 

  電磁輻射的危害我們可以通過以下幾個主要的方面來說明:電磁輻射對人體的影響、電磁輻射對人體影響的機理和電磁輻射對儀器設備的干擾和破壞。

 

  41 電磁輻射對人體的影響

 

  411 電磁輻射對人體影響的因素

 

  功率:設備輸出功率越大,輻射強度越大,對人體的傷害越嚴重。例如,接觸高場強的人員與接觸低場強的人員,在神經衰弱的發生率方面有極明顯的差別。

 

  頻率:輻射能的波長越短,頻率越高,對人體的傷害越大。例如,對國內從事中波與短波工作的部分人員進行體檢的資料表明,在血壓方面,兩臂血壓收縮壓差大于10mmHg的,中波組占10.28%,短波組占13.4%;舒張壓差大于10mmHg的,中波組占7.12%,短波組占12.25%

 

  距離:離輻射源越近,輻射強度越大,對人體的傷害越大。

 

  振蕩性質:脈沖波對機體的不良影響比連續波嚴重。

 

  作用時間與作用周期:作用時間愈長,即受暴露的時間愈長,對人體的影響愈嚴重。對作用周期來說,周期愈短,影響愈嚴重。實踐證明,從事射頻作業的人員接受電磁輻射的時間愈長(指累積作用時間),例如:工齡愈長,一次作業時間愈長等等,所表現出的癥狀就愈突出,連續作業所受的影響比間斷作業也明顯的多。

 

  作業現場環境溫度和濕度:溫度和濕度愈高,機體所表現出的癥狀愈突出,愈不利于散熱,對作業人員的身體健康影響愈大。加強通風降溫,控制作業場所的溫度和濕度,是減小電磁輻射對機體影響的一個重要手段。

 

  年齡與性別:大量的調查研究說明,電磁輻射因性別和年齡的不同,對人體的影響程度也不一樣,一般兒童和女性比較敏感。

 

  另外,研究表明,人體被照射的面積越大,傷害越嚴重;人體血管較少的部位傳熱能力較差,較容易受到傷害。

 

  412 電磁輻射對人體不良影響的主要表現

 

  由前面討論知道:電磁輻射危害的一般規律是隨著波長的縮短,對人體的作用加大,微波的作用最突出。研究發現,電磁場的生物活性隨頻率加大而遞增,就頻率對生物學活性而言,即微波>超短波>短波>中波>長波,頻率與危害程度亦成正比關系。不同頻率段的電磁輻射,在大強度與長時間作用的前提下,對人體的不良影響主要體現在以下幾個方面:

 

  增加患白血病的概率。長期處于高電磁輻射的環境中,會使血液、淋巴液和細胞原生質發生改變。醫學研究證明,遭受電磁輻射人群患白血病的幾率是常人的2.93倍。而且由于兒童的大腦吸收的輻射是成年人的2~4倍,因此電磁輻射對兒童的影響更為嚴重。

 

  誘發癌癥并加速人體的癌細胞增殖。電磁輻射污染會影響人體的循環、免疫等系統,嚴重的還會誘發癌癥,并加速人體的癌細胞增殖。瑞士研究資料指出,周圍有高壓線經過的住戶居民,患乳腺癌的概率比常人高7.4倍。美國一家癌癥醫療基金會針對一些遭受電磁輻射損傷的病人所做的抽樣化驗結果表明,在高壓線附近工作的工人,其癌細胞生長的速度比一般人快24倍。

 

  影響人們的生殖系統。主要表現為男子性功能減退、精子質量降低、脫發以及白發;孕婦發生自然流產和胎兒畸形等,專家對某一專業系統的16名女性電腦操作員的追蹤調查發現,接觸電磁輻射污染組的操作員月經紊亂明顯高于對照組,其中810次懷孕中就有46次出現異常妊娠。還有研究報告指出,孕婦每周使用20小時以上電腦,其流產率增加80%,同時畸形兒出生率也有所上升。

 

  影響人們的心血管系統。其表現為頭暈、乏力、失眠、心悸、記憶力減退、神經衰弱綜合癥等。

 

  影響人們的視覺系統。由于眼睛屬于人體電磁輻射的敏感器官,過高的電磁輻射污染會對人體視覺系統造成影響,主要表現為視力下降,引起白內障等。

 

  另外,高強度的電磁輻射還會影響以及破壞人體原有的生物電流和生物磁場,使其發生異常。

 

  當然,這些影響也不是絕對的,它因工作人員的身體狀況的不同而有所差異。工作人員身體條件以及性別、年齡不同,高頻電磁場對機體的影響也不相同。因此,研究高頻電磁場輻射對人體的不良影響是一個綜合分析的過程。

 

  而且,關于電磁輻射對人體的危害已有許多事例:如1976年蘇聯為監聽美國駐蘇聯使館的通訊情況,向使館發射微波,使館工作人員長期處于微波環境中,結果造成使館內接受體檢的313人中有64人淋巴細胞平均數高出正常范圍的44%,有15人患腮腺癌等。

 

  42 電磁輻射對人體影響的機理

 

  電磁輻射作用與人體之后,一部分被體表反射,一部分被吸收,一般認為可分為熱效應和非熱效應。

 

  421 熱效應

 

  生物體吸收電磁輻射能量并將其轉換為熱能后,當超過體溫調節能力時,可使局部溫度或整體體溫升高,導致生理功能紊亂或組織結構改變等生物學效應,即電磁輻射的熱效應。

 

  組成人體細胞和體液的分子大都是極性分子,在微波電磁場輻射作用下,使原來無規則排列的分子沿電場方向排列起來,因微波電場方向變化很快,極性分子在改變取向時與四周粒子發生摩擦而產生大量熱;人體內電解質溶液中的離子也因電磁場的作用發生振蕩而使人體發熱;此外,機體某些成分為導體(如體液),可產生局部感應電流而生熱,因此,可使體溫升高。

 

  微波輻射對人體的影響,最突出的是造成植物神經功能紊亂。一是電磁場直接作用在細胞膜上,改變膜形態、膜電位、膜的通透性,從而使人體中正常神經信號的傳導受到影響。二是據最新研究發現人腦中存在著礦物磁性顆粒,在手指大小的一塊腦組織中,有高達500萬粒尺寸在百萬分之一英寸長、百萬分之十英寸高的磁性顆粒晶體。外界高頻電磁場可能與之發生作用,并影響腦功能、擾亂神經系統的活動。因輻射強度的大小不同可引起如下等癥狀:遭受輻射強度小者多見血壓下降、心動過緩等迷走神經功能亢進現象;遭受輻射強度大者可能會有心動過緩、血壓波動或升高等交感神經功能亢進現象。

 

  微波輻射還會引起眼睛損傷,眼睛是人體對微波輻射比較敏感和易受傷害的器官。一般認為眼部無脂肪層覆蓋,晶狀體含有較多水分,又缺少血管散熱,受微波致熱效應后,晶狀體蛋白質凝固并有酶代謝障礙而造成晶體混濁,嚴重的導致白內障。更強的微波輻射會使角膜、虹膜、前房同時受到傷害,以致視力完全喪失。

 

  422 非熱效應

 

  微波輻射對人體的作用除了熱效應外,還有非熱效應的存在,即在大多數情況下,機體接受低強度電磁輻射后不引起組織溫度升高,但卻出現一些生物效應,例如神經衰弱癥及某些植物神經功能紊亂,稱為電磁輻射的非熱效應。至于非熱效應問題,正在進一步研究之中。一般認為人體被電磁波輻射后,體溫并沒有明顯升高,但已經干擾了人體固有的微弱電磁場,造成細胞內遺傳基因發生畸形突變,進而誘發白血病和腫瘤,還會引起胚胎染色體的改變,導致嬰兒的畸形和孕婦的自然流產。即使人體處在強度不大的微波輻射環境中,往往也會出現一些生理反應,長時間的微波輻射可破壞腦細胞,使大腦皮質細胞活動能力減弱,已形成的條件反射受到抑制,反復經受微波輻射可引起神經系統機能紊亂。另外,長期的微波輻射可引起血液內白細胞和紅細胞數量減少,并使血凝時間縮短。

 

  微波輻射對人體的危害,另一特點是累積效應。一般一次低功率照射之后會受到某些不明顯的傷害,經過四至七天之后可以恢復。如果在恢復之前受到第二次照射,傷害就會累積,這樣多次之后就會形成明顯的傷害。而長期從事微波工作,長期受到低功率照射的工作人員,在停止微波工作后四至六周才能恢復。但必須指出只有低功率照射受損的人體機能才能恢復。而功率很大,從事此項工作時間又長,損害將會是永久的。

 

  43 電磁輻射對儀器設備的干擾和破壞

 

  人類社會進入了信息時代,環境中電磁輻射的污染也在與日俱增,有的地方已超過自然本底值的幾千倍以上。實際上,電磁輻射作為一種能量流污染,人類無法直接感受到,但它卻無時不在。電磁輻射污染不僅對人體健康有不良影響,而且對其他電器設備也會產生干擾和破壞。

 

  電磁輻射對儀器設備的干擾:電磁輻射可直接影響到各個領域中的電子設備、儀器儀表的正常運行,造成對工作設備的電磁干擾。一旦產生電磁干擾,有可能引發災難性的后果。如干擾廣播、電視信號和通訊信號,使設備儀表的自控系統失靈,飛機飛行指示信號失誤。強電磁輻射還會構成對某些武器、彈藥的嚴重威脅,如使導彈制動系統失靈,后果將不堪設想。尤其是對于安裝有心臟起搏器的人,使用手機將干擾起搏器的正常工作,如美國就曾發生一起因電磁干擾使心臟起搏器失靈而使病人致死的事件。

 

  對電器設備的干擾這幾年最突出的情況有三種:一是無線通信發展迅速,如發射臺、站的建設缺乏合理的規劃和布局,使航空通信受到干擾;二是一些企業使用高頻工業設備對廣播、電視信號造成干擾;三是一些原來位于郊區的廣播臺發射站,后來隨著城市的發展,被市區所包圍,電臺發射的電磁輻射干擾了當地百姓收看電視。

 

  電磁輻射的破壞:電磁輻射還可以引起火災或爆炸事故。如在強電磁場中金屬與金屬等材料摩擦時會發生打火現象,若此時周圍有可燃性物質,還會引起燃燒或爆炸造成嚴重損失。

 

  5 電磁輻射污染的防治

 

  根據電磁輻射的傳播途徑,我們知道其中大量的、主要的電磁污染是通過空間直接傳播的。為了防止電磁輻射對周圍環境的有害影響,我們必須將電磁輻射的強度減小到允許的程度或將有害影響限制在一定空間范圍內。目前,關于電磁輻射的危害問題,世界各國都制定了相應的標準(表4:世界各地射頻輻射職業安全標準限值)。

 

  各國制定的這些標準,對廣播、電視發射臺等的建設提出了預防性的防護、環保措施,對于加強電磁輻射污染的治理起到了規范與監督的作用。

 

4 世界各地射頻輻射職業安全標準限值

國家及來源

頻率范圍

標準限值

備注

美國國家標準協會

10MHz~100GHz

10mW/cm2

在任何01h之內

英國

30MHz~100GHz

10mW/cm2

連續8h作用的平均值

北約組織

30MHz~100GHz

05mW/cm2

 

加拿大

10MHz~100GHz

10mW/cm2

在任何01h之內

波蘭

300MHz~300GHz

10μW/cm2

輻射時間在8h之內

法國

10MHz~100GHz

10mW/cm2

在任何1h之內

德國

30MHz~300GHz

25mW/m2

 

澳大利亞

30MHz~300GHz

1mW/cm2

 

中國

100kHz~30MHz

10mW/cm2

20V/m5A/m

捷克

30kHz~30MHz

50V/m

均值

 

  一般對于電磁輻射的防護,我們應該注意以下幾點:

 

  51 對于電磁輻射源的屏蔽與控制

 

  屏蔽就是采用一定的技術手段,將電磁輻射的作用和影響限制在所規定的空間內,防止傳播與擴散。屏蔽可分為主動場屏蔽和被動場屏蔽。通常可采用板狀、片狀或網狀的金屬組成的外殼來進行屏蔽。同時為了保證高效率的屏蔽作用,防止屏蔽體成為二次輻射源,屏蔽體應該有良好的接地。此外還可利用反射、吸收等減少輻射源的泄漏來加強防護。

 

  控制電磁輻射污染源,還應采取綜合性的防護措施,如工業的合理布局,使電磁輻射源遠離居民區;改進電器設備,實行遙控、遙測。另外應注意個人防護措施,可以通過特制的保護物將人體與輻射波隔離開來。

 

  52 生活中對電磁輻射的防護

 

  如不要把家用電器擺放得過于集中或經常一起使用,特別是電視、電腦、電冰箱不宜集中擺放在臥室里,以免使自己暴露在超劑量輻射的危險中。

 

  各種家用電器,辦公設備,移動電話等都應盡量避免長時間操作。如電視、電腦等電器需要較長時間使用時,應注意每一小時離開一次,采用眺望遠方或閉上眼睛的方式,以減少眼睛的疲勞程度和所受輻射的影響。

 

  當電器暫停使用時,最好不讓它們處于待機狀態,因為此時可產生較微弱的電磁場,長時間也會產生輻射累積。

 

  對各種電器的使用,應保持一定的安全距離。如眼睛離電視熒光屏的距離,一般為熒光屏寬度的5倍左右;微波爐開啟后要離開一米遠,孕婦和小孩應盡量遠離微波爐;手機在使用時,應盡量使頭部與手機天線的距離遠一些,最好使用分離耳機和話筒接聽電話。

 

  電視或電腦等有顯示屏的電器設備可安裝電磁輻射保護屏,使用者還可佩戴防輻射眼鏡。顯示屏產生的輻射可能導致皮膚干燥,加速皮膚老化甚至導致皮膚癌,因此在使用后應及時洗臉。還可以在電腦桌下擺放一盆植物如仙人掌或放一盆水,它們可以吸收一部分電磁輻射以減小電磁輻射對人體的傷害。

 

  手機接通瞬間釋放的電磁輻射最大,為此最好在手機響過一兩秒或電話兩次鈴聲間歇中接聽電話。

 

  多吃胡蘿卜、西紅柿、海帶、瘦肉、動物肝臟等富含維生素AC和蛋白質的食物,加強肌體抵抗電磁輻射的能力。如綠茶中含有豐富的維生素CE,特別是茶多酚,具有很強的抗氧化活性,可以清除人體內的氧自由基,從而起到抗輻射、增強機體的免疫力作用,因此多喝綠茶可減小電磁輻射對人體的傷害。

 

  結束語:

 

  本文運用所學物理知識對電磁輻射的物理特性、傳播途徑、對人體的影響等方面進行了闡述,希望能幫助人們有效的預防電磁輻射的危害。當然,研究和治理電磁輻射污染是環境保護科學中的一個重要內容,隨著電能的利用和不斷發展,電磁輻射污染對人體健康的危害也越來越嚴重。環保部門應對電磁輻射污染制定出相應的法規,并進行監測,確保人類的生存環境符合電磁輻射的安全衛生標準。
發布日期:2015-2-16 

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