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論，并列出了防護的基本方法。

關鍵詞：電離輻射? 人體? 危害

中圖分類號：TL7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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。每當人們想起核電站和其他設施發生過的事故以及在現今的某些事例中仍在發生的效應，以及往往把任何形式的輻射都與包括核武器在內的“核”關聯起來的傾向，使得他們更加憂心忡忡。

對電離輻射的最大擔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遺傳缺陷。出現此類效應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的了解越來越多，人們已經開發出了保護人類免受各種輻射源照射的成套的輻射防護辦法。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）光子能力不足以產生電離，故稱為“非電離輻射”。我們日常使用的廣播、通信、雷達等電子設備的電磁波頻率一般都在10～300GHz的范圍內，屬于非電離輻射。經過50多年的研究，目前可證實有害的非電離輻射生物效應是熱效應（高頻）與電刺激（低頻）。人體內的結合水和游離水等水分子由于非電離輻射產生摩擦，積累了大量的熱量，宏導致了人體細胞損傷，低頻非電離輻射會影響人體內神經電信號傳導，導致神經紊亂等癥狀，人體內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有關系，磁場是電荷的物理運動（電流）的產物。電場E能對電荷產生力的作用，其單位是V/m。同樣的，磁場也能對電荷產生力的作用，但是僅當這些電荷處于運動的時候。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），二是磁場強度H（單位是A/m）。這兩種表示方式有如下的關系：B=μH。其中μ是系數常量（磁導率），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。

在遠場區域，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E/H的比值為一個常量。在自由空間內，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，其與電磁場的關系可以如下表示：S=EH=E2/377=377H2。

在近場區域的情況相對而言更復雜，這是因為E和H的最大值及最小值并不像遠場那樣發生在傳播方向上的同一點。在近場區域，電磁場的結構會高度異質化，且其會與平面波的377Ω阻抗有明顯差異;也就是說，在一些區域可能是純粹的電場，而在另一些區域可能是純粹的磁場。在近場對電磁波的暴露會更難定義，因為E和H場都需要進行測量，而且場的形式會更加復雜;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致身體中產生電流和機體組織吸收一部分能量，這種現象取決于耦合機理并且與頻率相關。內部的電場與電流密度的關系如歐姆定律所示：J=σE，其中σ是介質的電導率。人體內存在微弱的電磁場，在人體龐大的神經系統中時刻進行著電信號的傳輸，暴露于時變電磁場環境下，會導致電磁場和電信號被影響。人體內介質的電導率在各處分布不均勻，電導率和人體體液內離子含量有關，比如常見的鈉鉀離子等，這些離子主要是平衡細胞液濃度而存在，二時變電磁場下，離子由于攜帶電荷而發生轉移，就會影響到細胞的正?；顒樱译x子異常轉移和累計也會改變人體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致了電荷的流動（電流），表面電荷的極化（電極的產生），組織中電極的重定位。這些不同現象的相對幅值取決于人體的電性質——也就是，電導率（決定了電流的流動）和電介質常數（決定了極化效應的幅度）。電導率和電介質常數根據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體表面產生表面電荷，這導致在身體中產生電流，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致感生電場和環形電流。感生電場和電流密度的幅度正比于環的直徑，組織的電導率，磁流密度的變化率和幅度，當環的尺寸最大時最產生最強的電場。在人體具體部位產生電流的確定路徑和幅度取決于組織的電導率。

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精確度。

4? 從電磁場吸收能量

在低頻電磁場中的暴露會導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，這需要進行具體的測量和計算，而且這種能量具有累積效應，熱效應和電刺激在人體中作用之后，在人體自我修復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? 防護的三大原則

（1）時間防護：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，放射危害越嚴重。盡量縮短從事放射性工作時間，以達到減少受照劑量的目的。

（2）距離防護：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離放射源。來達到防護目的。

（3）屏蔽防護：就是在人與放射源之間設置一道防護屏障。因為射線穿過原子序數大的物質，會被吸收很多，這樣達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，常見的方式是防護服或者設置操作間。

6? 結語

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措施，非電離輻射對人體的不利影響是可以避免的。

參考文獻

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