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电磁环境对生态的危害及防护

  
评论: 更新日期:2012年05月20日

  近年来,剂量学的研究无论在理论计算方面还是在试验方面都获得了很在的进展。应用计算电磁学的许多计算方法:例如FDTD法,将人体分割成许多小单元。每个单元根据不同的部位,指定适当的电特性参数。可以计算出感应在各个部位的电磁场,从而估量出电磁场的影响。在试验方面,多数是用动物来进行的、可以通过比吸收率的比较,外推到人体中来。国际上已经发表了大量的结果,有的出版了手册。暴露在远辐射下,人体全身的比吸收率是频率和极化的函数。例如,一个身高1.75m、体重70kg的人,暴露在1mW/cm2的电场下,当电场和人的轴线相平行时,最大吸收在70MHz~80MHz之间,这个频率称为谐振频率。在这个频率范围内,所吸收的功率要比电场强度乘以人体总面积所得出的功率大好几倍。平均比吸收率也和大小、形状有关。老鼠、猴子和人暴露在同样的电磁场下,人的最大吸收发生在70MHz左右。猴子在300MHz左右,老鼠则在2450MHz附近。
  比吸收率的空间分布是非常不均匀的。例如,对于人体在5GHz时能量主要分布在人体的表面。在30MHz~300MHz时,吸收主要是在头部和躯干。
  安全剂量是通过热效应的临界比吸收率加上安全系数后用比吸收率来表征的。这种安全性仅可通过相关的外界场强值来衡量,而这种外界场强值又是按人体不存在时所测得的电场或磁场强度来决定的。这些是理论及实验剂量学的任务。
手持收发信机的辐射剂量则要求作特殊考虑。因发射天线离人体很近,外界电场及磁场的相位、方向及大小等相互关系非常复杂,它们由一点至另一点变化很快,因此不能用来测定比吸收率的感应值。代替这种方法,可用理论模型及数字技术去模拟暴露的实况并计算最终的比吸收率值。
  微波场的特点及其对人体影响的复杂性,使得头部堆积的能量高度不均匀。在这种条件下,即使对于平面波辐射这一相对简单的情况来说,要计算能量吸收的空间分布也不是一件轻而易举的事。已经证明对平面波辐射而言,存在头部大小与辐射频率的组合,使能量集中在眼睛及脑部,在世界范围愉,至少有四项研究工作论及手持收发信机近场暴露条件下,头部吸收能量的计算与测量问题。其所得数据可帮助我们理解、执行现行的安全准则,并对这类收发信机的使用者进行热效应的防护。
  不难看出,制定暴露安全容许标准是非常复杂的工作。尽管如此,各国为了防护射频场的辐射危害,仍颁发了辐射容许标准。表1是根据国际电气标准会议无线委员会1979年出版的资料所摘录的几个国家规定的标准。
  由表1可见,美国和原苏联标准相差甚远。这主要是美国认为微波辐射作用机理是热效应(引起体温高),标准是根据辐射对人体造成不可逆伤害阈值(考虑10倍安全系数)制定的。相反,原苏联从微波的非热效应出发,根据辐射对神经系统的影响制定标准。
  我国电子工业部则曾根据对部分动物的实验及对微波工作人员的健康检查,于1979年提出了一个暂行标准,规定1天8h连续照射时最大辐射平均功率密度不得超过0.038mW/cm2,而在短时间间断照射,1天超过8h的情况下辐射量不得超过0.3 mW/cm2,在这种情况下最大功率密度也不允许超过5 mW/cm2,而且当功率密度超过1 mW/cm2时还必须使用个人防护。
  1989年我国颁布了作业场所微波辐射卫生标准(GB I0436-89),规定了卫生标准限量值。连续波:1天8h暴露的平均功率密度按下式计算:
Pd=400/t
式中:Pd--容许辐射平均功率密度(μW/cm2);
t--受辐射时间(h)。脉冲波(固定辐射):1天8h平均功率密度为25μW/cm2、小于或大于8h暴露的平均功率密度按下式计算:
Pd=200/t
脉冲波的非固定辐射的容许强度(平均功率密度)与连续波相同。
肢体局部辐射(不区分连续和脉冲波):1天8h暴露的平均功率密度为500μW/cm2;小于或大于8h暴露的平均功率密度按下式计算:
Pd=4000/t
短时间暴露最高功率密度的限制,当需要在大于1mW/cm2辐射环境中工作时,按除日剂量容许强度计算暴露时间外,还需使用个人防护,担操作位最大辐射强度不得大于5m W/cm2。
   1982年后,美国对原标准进行了修改补充(见表2、表3及表4),看来已有更严的趋势。原苏联也对职业暴露及公众暴露规定了不同标准(见表5及表6)。
1983年国际辐射防护协会(IRPA-International Radiation Protection Association)执行委员会通过了《频率为100kHz至300MHz的射频电磁场辐射限度的暂行准则》。
  准则对100MHz以上的频率范围,用比吸收率(SAR)表示辐射基本限值,以W/kg为单位;而对10MHz以下的频率范围,则用实效电场强度Eeff(V/m)及实效磁场强度(A/m)表示辐射基本限值。派生限值则用功率密度(W/m2)表示。公众暴露限值取职业限值的1/5(功率密度)。IRPS的辐射限值标准见表7。
最近电工标准化的欧洲委员会建立了TC111技术委员会,以研究并报告人体暴露于电磁场的情况。TC111指定SC111B分委员会,完成人体在频率范围为10kHz~300GHz的电磁场中暴露标准的制定工作。这一文件草案已于1993年8月转送所有关心这一工作的咨询及评议组织传阅,此文件对手持通信设备未提出任何参数数据,也无任何禁止条款。
  1993年10月,欧共体常务理事会(DG)向电工标准化组织提交了一份有关30MHz~6GHz移动通信安全要求标准的委托书。所定标准应有移动通信使用者对热效应的防护要求。由于非热效应的生物机理及性质还不能完全确定,DG又向电工标准化组织提出,要求制定移动通信频率范围内的非热效应的研究计划,此项工作任务交付给SC111B工作组,并已由SC111B受理。
  必须指出,微波辐射标准的制定应该经过一定时间的实践检验,随着人们认识的深化和发展,定期修改,不断完善,特别是由慢性累积所形成的致癌、致畸形、致突变的所谓三致,更需要通过长时间的观察研究,甚至通过几代人的观测,才能作出结论,想在短时期内依靠少数几次试验就作出硬性规定是不相宜的。
  4 电磁污染的防护措施
高频场可按下列步骤采取有效措施进行防护:
4.1对人们工作地区单位面积的高频辐射能量进行测试计算。
4.2在适当地方设置告警信号以提醒人们注意。
4.3在危险区周围安置围墙。
4.4在维修设备时或需在危险区内工作时先关闭高频源。
4.5如高频源不能关闭时,则可穿屏蔽衣或将高频源的输出降至安全水平;为了轻便,有时可着屏蔽裙及屏蔽头盔,以保护躯体主要部分的安全,至于眼部,则可戴防护眼镜。
4.6在有可能的地方,如在天线方向侧瓣或后瓣处,采用屏蔽措施,以减少辐射;
4.7有可能时就进行相关的试验。
4.8对在高频场作用下工作人员进行医疗保健,定期检查观测并作出记录。
我国航天医学工程研究所等单位曾研制成功微波辐射防护服,此防护服由绝缘外罩、防护层和衬里3层组成,穿着柔软舒适,可以有效地防止微波辐射对人体的危害。
  此外,光频电磁波也会对人体产生不利影响,它与上述微波频段以下的电磁污染都属于非电离辐射引起的污染,而且放射性物质还会引起一种放射性污染,这种污染则是由电离辐射引起的污染。此外,通过观测分析,人们还发现过强的磁场会也给人体带来不利的影响。至于工频场电磁污染,笔者已在文献12中发表,限于篇幅,此处均不赘述。
 

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