艦艇消磁過程中磁場輻射及其防護

楊 輝

（中國人民解放軍91370部隊 福州 350015）

1 引言

近年來，隨著我國科學技術進步和國防裝備水平的迅速發展，各種電子設備、電力設備等大量出現在軍隊日常訓練和軍隊裝備工作中，但是隨之產生的磁場輻射污染問題也日益受到重視，艦艇消磁作業及其產生的磁場輻射是受到重視的領域之一。

艦艇消磁作業是通過專門的消磁設備進行實現的，即在艦船外面纏繞上工作線圈，然后由供電設備向工作線圈通以強大并逐次衰減的電流，使艦船鋼板及內部設備的磁場狀態發生變化，從而達到消除艦船磁場的目的。

艦艇消磁作業利用鐵磁物體的無磁滯退磁原理，即在沒有外部磁場作用的環境下，對船體施加首脈沖幅值足夠大、正負交替、幅值逐漸衰減至0的極低頻交變磁場，將艦船鐵磁物體中的磁疇進行打亂并重新排列，從而達到消除艦船固定磁場的目的［1］。當前艦艇消磁作業中的工作電流為正負交替、逐步衰減的間歇式方波脈沖電流，其最大幅值一般介于3500A～5000A 之間［2］。

上述工作電流幅值比較大，工作電流產生的交變磁場伴隨在艦艇消磁作業的整個過程中，尤其在距離工作電纜比較近且工作電流方向發生變化的時刻，會帶來一定程度的環境磁場輻射污染，例如可能會對人的身體健康有潛在的影響，可能對船用電器設備、航空飛行、通訊和廣播信號等有一定干擾。近年來，電磁輻射污染對人體健康的影響已成為人們關注和討論的熱點［3］。

2 工作線圈的交變磁場特征

艦船消磁是一項提高艦船磁隱身能力的重要措施。目前，應用最廣泛也最行之有效的消磁方法是綜合消磁法［4］。對艦船進行綜合消磁時需要兩種外加磁場，一種是補償線圈所產生的磁場，補償線圈均勻的或者按照一定目的有針對性的布局方式纏繞在艦艇外面，用來把艦船所在空間的地磁場進行補償掉，即理論上可以達到艦船所有部位的外磁場代數和均為零；另一種磁場就是工作線圈產生的磁場，消磁工作線圈中的電流是一個振幅逐漸衰減的間歇式脈沖電流［5］，工作線圈按照特有的布局方式纏繞在船體外面，產生初振幅足夠大、頻率很低、緩慢衰減的交變磁場，它的作用是將船體鋼和船上鐵磁設備的的磁疇完全打亂，隨著交變磁場的緩慢衰減，磁疇在零磁環境中呈現完全混亂狀態，即對外呈中性磁性分布狀態。

2.1 工作磁場振幅特征

根據鐵磁學原理，艦艇消磁作業產生的交變磁場的初振幅應滿足如下公式：

式中Hm為船殼材料（船體鋼）的矯頑力；χm為船殼材料磁化曲線膝點處的磁化率；N為船體磁化方向的去磁系數［1］。

目前我國在艦艇消磁作業中產生的交變磁場的最大電流強度為3500A～5000A［2］，通過多匝螺線管電流軸線上的磁場計算公式如下［6］：

將3500A～5000A電流初始值帶入公式，計算得出交變磁場采用的最大振幅為10奧斯特以上，通過單位換算，即至少會產生1000μT磁場幅值。工作電流產生的交變磁場是逐漸衰減的過程，電流和磁場衰減率根據不同艦艇型號和船體鋼磁化特點可以進行調整。

2.2 工作磁場頻率特征

當電磁波向鐵磁物質內部透入時，因為能量損失而逐漸衰減，透入深度的大小與波長成正比，電磁波的波長越長（頻率越低），透入深度越大。鐵磁物質在交變磁場作用下，如果其頻率過高，交變磁場會在導體內部引起渦流，導致磁場在其橫截面上的分布不再是均勻的，而是主要集中到鐵磁物質表面，磁場還沒有來得及向物體內部滲透其方向就改變了，這樣物體磁化只限于表面形成集膚效應，難以達到艦艇消磁的目的。

集膚效應在低頻情況下不易察覺，頻率越高就越顯著［7］。所以在艦艇消磁過程中為使交變磁場能夠滲透到物體內部，其頻率一定要低。艦艇消磁作業過程中，通常工作線圈通電時間4s～5s，斷電時間6s～10s［8］，這樣在實際應用中消磁時所采用的交變磁場的頻率在0.1Hz以下。

3 磁場輻射對環境和健康的影響

目前，國內外針對磁場輻射研究成果，在一定強度的磁場輻射下，對人體的健康危害是存在的和肯定的，一旦機體對抗外來因素的侵害以保持原先的生理生化狀態的動態平衡被破壞，有害因素磁場輻射繼續或增加，就可能對機體造成危害，主要對神經、心血管、生殖、血液和消化等系統對機產生影響。2000年，國際EMF（電磁輻射）項目接受IARC（國際癌癥研究所）關于ELF（極低頻電磁場）致癌的結論［9］。

磁場輻射會干擾通訊從而造成通訊障礙，也會影響精密儀器的性能（如將機械手表機芯磁化造成時間不準），或者造成醫療事故（例如影響心臟起搏器工作），使飛機不能正常起飛或降落，影響收音機信號質量，使之在某些頻道不能正常收聽，對CRT顯示器產生影響（CRT顯示器最大抗擾度為1.26μT［9］），收看畫面質量下降，從而帶來大量的經濟損失［10］。

在一些實際案例中，現場監測到磁場大小在1μT級別時，無法正常收看電視節目，電腦顯示器屏幕抖動厲害；當磁場大小達到10μT量級時，部分人群反應頭痛，失眠［9］。

我國電力行業標準《電力行業勞動環境監測技術規范第七部分：極低頻電磁場監測》把頻率為0Hz～300Hz定義為極低頻電磁場，因此根據艦艇消磁中交變磁場的頻率大小可以把交變磁場定性為低頻電磁場，該規范規定磁場以推薦100μT為作業場所極低頻磁場的最高容許量。國外的相關標準更為嚴格，最小的安全標準甚至達到1μT，如瑞士對電力設備（架空線和電纜、變電站等）的磁場預防性發射限值為1μT［11］。

艦艇消磁中的交變磁場值遠大于國內外的相關標準，因此會對環境和人體產生一定的影響。在艦船艦艇消磁過程中，曾出現過手表、銀行卡等物品被磁化無法正常使用等現象，但是船用設備性能和船員身體健康狀況由于沒有進行過監測，無法確定消磁交變磁場對船用設備和人體會造成何種程度的影響。

4 磁場防護及存在問題

4.1 磁場防護

電磁輻射是當今對人類輻射的重要污染之一，低頻磁場輻射是一種最難對付的輻射。低頻磁場往往隨距離的衰減很快，因此在很多場合，將磁敏感器件遠離磁場源是一個減小磁場干擾的十分有效的措施。

當空間的限制而無法采取這個措施時，屏蔽是一個十分有效的措施，它是利用屏蔽體阻止電磁場在空間的傳播［12］，例如可以在工作線圈通電期間將機械表、手機、存折、磁卡、軟盤存于鐵皮箱內，就是利用鐵皮箱類似鐵磁物質作為磁屏蔽體對干擾磁場提供低磁阻的磁通路，從而對干擾磁場進行分流，將磁場屏蔽在艦艇艇體外部，從而減少磁場影響。

艦船上設備和計算機的CRT顯示器及電視易受到磁場干擾而發生圖象扭曲、失真、滾動等現象，對這種磁場干擾，有兩種措施可以解決，一種是關閉這類設備使用，當CRT顯示器不通電時，磁場不會對其產生任何影響；而對于一些在艦艇消磁中必須工作的設備來說，就需要將顯示器屏蔽起來，可以采取對顯象管屏蔽或對整個顯示器屏蔽，例如將顯示器放置在鋼鐵材料制作的密閉柜子里，從而有效保證CRT顯示器的正常運行。

4.2 存在問題

盡管艦船的艇體能夠提供一個很好的屏蔽層，但是由于艇體材料的性質、厚度和其他因素，且艇體并不能完全密封起來，從而不能夠完全屏蔽工作線圈通電時產生的交變磁場，仍然有一部分磁場輻射到艇船內部。

高導磁率材料在機械沖擊的條件下會極大地損失磁性，導致屏蔽效能下降。因此，艦船的船體鐵磁外殼在經過加工后，如敲擊、焊接、折彎、鉆孔、修補等，加工后的位置的磁屏蔽效果會大打折扣。

在艦艇消磁過程中，目前還沒有針對性的磁場監測，對無屏蔽和有屏蔽的環境磁場大小沒有測量，因此還不能夠有針對性地提出船用設備和船員的詳細磁場防護措施。根據《電力行業勞動環境監測技術規范第七部分：極低頻電磁場監測》的相關規定極低頻磁場的測量應用三軸測量儀測量磁場，每季度測量一次，工況變化時隨時測量。每個測量點連續測量5次，每次測量時間不應少于1s，并讀取穩定狀態最大值。若測量讀數起伏較大，則應適當延長測量時間，直至6min，測點位置原則上設在作業人員因工作需要而經常停留的地方，把100μT作為評判依據。

5 結語

艦船消磁作業是防范水中武器攻擊（例如磁性水雷）和空中磁性探測，保障艦艇航行安全，提高部隊戰斗力，完成訓練和作戰任務的重要措施。然而在艦艇消磁過程中也不可避免地造成了空間磁場輻射，研究消磁磁場輻射對船用設備和人類健康造成何種程度的影響，是一個嶄新的研究課題。本文僅就在艦艇消磁過程中出現的一些情況進行了初步的分析，要想做出最終的定量結論，還需要依靠大量的準確測試、長期觀察、全面研究和分析評估。