電磁場與健康研究綜述

［談儒猛 談欣兒 馬文華］

1 引言

自宇宙誕生以來，電磁場（EMF）就以不同的形式存在。電磁場的頻率各不相同，我們最熟悉的形式是可見光。電場和磁場是電磁頻譜的組成部分。電磁頻譜的范圍從靜態電場和磁場，延伸至射頻（RF）、紅外輻射和可見光，再到X 射線和伽馬射線。電磁頻譜如圖1 所示。

圖1 電磁頻譜示意圖

電磁場由在空間中共同運動的電能波和磁能波構成。通常，術語“電磁場”或EMF 用于表示電磁輻射的存在。

電磁頻譜從3 kHz 頻率延伸至300 GHz的這一部分被稱為射頻（RF）。電視和無線電發射機（包括基站）以及微波、移動電話和雷達都會產生射頻場。這些場被用于傳輸信息，并構成世界各地的電信以及無線電和電視廣播的基礎。許多家用設備，例如無繩電話、嬰兒監視器、無線電遙控玩具、Wi-Fi、平板電腦、智能手表和其他無線設備也在射頻頻段發射電磁場。

紫外線波段以上頻率的電磁輻射被歸類為“電離輻射”，因為它們有足夠的能量通過釋放電子（電離）來改變原子的化學鍵，從而影響原子的變化。X 射線和伽馬射線是電離輻射的常見形式。電離輻射發生在2 900 THz（2 900×1 012 Hz）以上的頻率，對應的波長大約為103.4 nm，接近紫外線（UV）光譜的較低波長邊緣。

紫外線波段以下頻率的電磁輻射被歸類為“非電離輻射”，因為它們缺乏足夠的能量來釋放電子，即電離或影響原子結構的變化。射頻場即為非電離輻射。

隨著5G的到來，5G 電磁場與輻射引起了公眾更多關注，他們更關切5G 對人類健康可能產生的影響。本文從最新最權威的國際出版物和相應標準入手，摘錄了相關研究結論和指南建議。旨在讓公眾對輻射安全和5G 電磁場有個更科學、更全面和客觀的理解與認知。

2 EMF 與健康研究項目

2.1 世界衛生組織電磁場國際項目

眾所周知，無線通信技術已成為現代社會不可或缺的組成部分。移動手機、平板和無線設備都已經成為全球數十億人日常生活的基本通信工具，并且在醫療應用中也十分常見。電信基站和天線塔不斷興建，以提供高質量的無線通信。隨著無線通信技術的引入，公眾對與無線通信相關的潛在健康風險產生了一定程度的關注，包括使用移動電話和居住在基站附近。

所有頻率的電磁場（EMF）構成了最常見、也是增長最快的影響公眾的一個重要環境因素。作為保護公眾健康的職責之一，同時也作為對公眾暴露于電磁場健康影響關注的回應，世界衛生組織（WHO）于1996 年建立了國際電磁場項目。該項目旨在尋找和評估電磁場在0～300 GHz 頻率范圍內可能對健康造成影響的科學證據。關于WHO 國際電磁場項目的詳細信息，可參見www.who.int/peh-emf/about/en/。

在電磁場和健康方面，WHO 指出[1]：“迄今為止進行的所有研究結果都表明，低于 ICNIRP（1998 年）EMF導則中建議的限值（涵蓋0～300 GHz 整個頻率范圍）的暴露不會對健康產生任何已知的不利影響。然而，在進行更好的健康風險評估之前，仍然需要先填補在相關知識方面存在的欠缺。”

2.2 關于移動電話與健康的信息

WHO 指出[2]：“過去二十年來進行了大量研究以評估移動電話是否有潛在的健康風險。迄今為止，尚未證實移動電話的使用對健康造成任何不良后果。”

“雖然未能證明大腦腫瘤風險增加，但隨著移動電話使用的增加以及缺乏移動電話使用15年以上的數據表明，有必要進一步開展移動電話的使用與大腦腫瘤風險的研究。特別是，近年來青少年對移動電話的使用日趨普遍，因而潛在接觸期會更長，WHO 為此積極促進對這一人群的進一步研究。針對兒童和青少年潛在健康影響的幾項調查研究正在進行中。”

2.3 關于基站與健康的信息

WHO 指出[3]：“考慮到極低的暴露水平和迄今為止收集到的研究成果，沒有令人信服的科學證據表明，來自基站和無線網絡的微弱射頻信號會對健康造成不利影響。”

“迄今為止所開展的研究并沒有表明，對諸如來自基站等射頻場的環境暴露會增加罹患癌癥或任何其它疾病的風險。”

2.4 關于5G 與健康的信息

國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）建議[4]：ICNIRP為保護暴露于射頻電磁場的人群發布了新的導則。該導則涵蓋了5G 技術，以及AM 和DAB 無線電、WiFi、藍牙和目前正在使用的3G/4G 移動電話。

ICNIRP 主席Eric van Rongen 稱，制定新版電磁場暴露導則花費了7 年時間，比1998 版的導則更適合用于未來5G 將使用的更高頻率。

“導則是在全面審查了所有相關科學文獻、科學論壇和廣泛公眾咨詢這一流程之后制定的，為100 kHz 到300 GHz 范圍內所有經過科學證實的電磁暴露健康影響提供保護。”

2020 版導則中與5G 暴露相關的主要變化是針對6 GHz 以上的頻率，包括：（1）增加對全身暴露的限制；（2）增加對人體小區域短暫暴露（少于6 分鐘）的限制；以及（3）減少對人體小區域的最大暴露允許量。

“在修訂導則的時候，我們研究了1998 年發表的那個導則的適用性。我們發現，該導則在大多數情況下都是保守的，它仍然能為當前的技術提供足夠的保護。”

Van Rongen 博士說，“然而，新導則為6 GHz 以上的更高頻率范圍提供了更優質和更詳細的暴露防護指南，這對于使用這些較高頻率的5G 和未來技術來說十分重要。人們需要記住的最重要的一點是：如果遵守這些新導則，5G 技術將不會造成傷害。”

2.5 關于人體暴露導則的信息

WHO 指出：電磁場的暴露導則由兩個國際機構制定。目前大多數國家遵循由以下兩個機構制定的導則：

國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP），以及電氣電子工程師協會（通過國際電磁安全委員會）（IEEE/ICES）。

這些導則并不針對某項特定技術，它所覆蓋的頻率范圍最高為300 GHz，包括正在討論的5G 頻率。

ICNIRP 指出：《ICNIRP 限制電磁場暴露導則》用于保護暴露于100 kHz 至300 GHz 射頻電磁場范圍內的人群。導則覆蓋了多種應用，例如5G 技術、WiFi、藍牙、移動手機和基站。

2020 年導則取代并替換了ICNIRP（1998）射頻導則100 kHz 至300 GHz 部分，以及ICNIRP（2010）低頻導則100 kHz 至10 MHz 部分。

導則是在全面審查了所有相關科學文獻、科學論壇和經過廣泛公眾咨詢這一流程之后制定的，它為100 kHz 到300 GHz 范圍內的所有對健康有不利影響的電磁場暴露提供經科學證實的保護。

IEEE 指出：本標準（IEEE C95.1）規定了保護人員免受暴露于 0～300 GHz 頻率范圍的電場、磁場和電磁場造成已知不利健康影響的安全限值。

這些暴露限值普遍適用于受控環境下的職業人員和非受控環境下的普通公眾。

這些暴露限值并不適用于由醫生和醫療專業人員實施或在其指導下的患者的暴露，也不適用于在醫學或科學研究中對知情志愿者的暴露，并且對于醫療裝置或植入物的使用可能不具有保護作用。

2.6 對電磁場與健康的研究

國際上已經對暴露于不同頻段的電磁頻譜可能產生的健康影響進行了廣泛研究。

正如WHO 所指出的，在過去30 年里，在非電離輻射的生物效應和醫療應用領域，已有約25 000 篇文章發表。盡管有些人認為還需要進行更多的研究，但至今，我們在這方面的科學認知比對大多數化學品的認知更加廣泛。

WHO 還參引了數據庫“EMF-Portal”，這是一個關于電場、磁場和電磁場對人類健康和生物系統影響的科學文獻數據庫。這一開放的網站由德國亞琛工業大學職業病研究所下屬的生物電磁交流研究中心運營。EMF-Portal網站是全球范圍內關于非電離電磁輻射（頻率范圍為0～300 GHz）的生物和健康相關影響的最全面的科學文獻數據庫，可不受限制地訪問。其核心是一個廣泛的文獻數據庫，保存有31 031 份出版物和6 716 份關于電磁場影響的個人科學研究摘要綜述。

2.7 電磁場效應

2.7.1 生物效應與不良健康效應

當暴露于電磁場導致生物系統出現某些明顯或可檢測到的生理變化時，就稱之為生物效應，但這并不一定是有害的。當生物效應超出了人體可以抵消的正常范圍，對人體健康或舒適度造成損害時，才是不良健康效應。

2.7.2 射頻電磁場效應

當暴露于高強度的射頻電磁場時會造成組織發熱，從而導致體溫升高，這種現象被稱為熱效應。雖然人體有行之有效的體溫調節機制，但如果射頻暴露過高過久，人體自身調節系統可能就不再能夠應對。

對高于10 MHz 頻率，首先經過科學證實的電磁效應是發熱；對低于10 MHz 頻率，首先感受到的效應是非熱神經刺激（一種刺痛感）。

2.8 國際癌癥研究機構（IARC）

2.8.1 IARC 對射頻電磁場的分類

2011 年5 月，世界衛生組織下屬的國際癌癥研究機構（IARC）將射頻電磁場列為可能導致人類罹患癌癥的物質（2B 類），這是基于神經膠質瘤——一種與使用無線電話有關的惡性腦癌——風險的增加。

IARC 網站列出了314 種2B 類別物質，包括射頻場、汽油發動機尾氣、泡菜、干洗劑（職業暴露）和極低頻（ELF）磁場。

IARC 提供了以下分類結論[5]：“我們對證據進行了嚴格審查，并進行了總體評估，認為在使用無線電話的用戶中，膠質瘤和聽神經瘤的發病率有限，對于其他類型癌癥得出的結論是不充分的。上述關于職業和環境暴露的證據也同樣被認為是不充分的。”

“致癌性的證據有限：已觀察到暴露于該物質與癌癥之間存在正相關關系，工作組認為對此的因果解釋是可信的，但不能以合理的信心排除偶然因素、偏差和錯誤。”

“致癌性的證據不充分：現有研究的質量、一致性或統計能力不足以得出暴露與癌癥之間是否存在因果關系的結論，或者沒有關于人類癌癥的數據。”

“鑒于這一分類和調查結果對公共健康的潛在影響……必須對長期大量使用移動電話進行更多的研究。在獲得這些信息之前，重要的是采取務實的措施來減少暴露，例如使用免提或發送短信。”

2.8.2 IARC 對射頻電磁場分類的結論

WHO 已提供了以下IARC 對于射頻電磁場分類的結論[6]：“國際癌癥研究機構（IARC）將射頻電磁場列為可能導致人類癌癥的物質（2B 類），即在無法合理可靠地排除偶然性、偏差或混淆的情況下，其因果關系被視為具有可信度。”

根據IARC 2B 分類的含義，WHO 將此概括為[7]：“可能對人類致癌是一種分類，用于表示對人類致癌性證據有限且對實驗動物致癌性缺乏充足證據的物質”。

2.8.3 IARC 世界癌癥報告2020

2020 年，IARC 發布了最新的世界癌癥報告。關于癌癥的致病因素，報告中稱[8]：“由于射頻電磁場屬于電磁波譜中的非電離部分，光子能量太弱，無法電離分子，從而直接造成DNA 損傷。射頻電磁場的吸收可致生物組織發熱，但低于標準限值的小幅溫升并不會增加癌癥的風險。盡管進行了大量的研究工作，但迄今為止尚未確定與癌變有關的機制。”

3 相關EMF 導則和標準

3.1 人體EMF 暴露導則

一些國家和國際組織制定了導則，規定職業暴露和一般公眾射頻電磁場暴露的上限為300 GHz。

ICNIRP 導則[9]：與WHO 存在官方關系的非政府組織——國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）制定的電磁場暴露限值是在審查了所有經同行評議的科學文獻（包括熱效應和非熱效應）后制定的。

該導則基于對已確定對健康產生影響的生物效應的評估。WHO 審查得出的主要結論是，低于ICNIRP 導則推薦限值的EMF暴露未發現對健康產生任何已知的影響。

ICNIRP 有一個持續項目在實時監控相關科學研究，以確保人體暴露導則跟上最新技術進展。

IEEE/ICES 安全標準[10]：電氣電子工程師協會（IEEE）是一個總部設在紐約的專業協會，致力于推動技術創新和追求卓越。其下屬的國際電磁安全委員會（ICES）專注于電磁場安全標準的制定與維護。

IEEE C95.1?-2019——關于人體暴露于3 kHz 至300 GHz 范圍的射頻電磁場的安全等級標準。

注：ICNIRP 和IEEE 導則類似，以科學為基礎，被世界上許多國家所接受。

3.2 安全系數

ICNIRP 導則在無線通信頻段的限值是基于熱效應機制制定的。現有的動物實驗結果發現，生物體體溫升高1℃，將可能對生物體特別是一些敏感組織（例如眼睛等）產生不可逆轉的傷害，因此把溫度升高1℃選定為一個安全“界限”。通過大量的動物電磁照射實驗確定SAR（比吸收率）為4 W/kg的電磁輻射劑量將可能產生1℃的組織升溫。在此基礎上，為了能充分對健康進行保護，采用10 倍的安全系數，將0.4 W/kg 作為職業人群的電磁輻射基本限值；又進一步采用5 倍的安全系數，選擇0.08 W/kg 作為公眾暴露的基本限值。也就是說公眾暴露的基本限值僅僅是有可能產生健康效應的輻射值的1/50，這樣就大大提高了導則所推薦限值的安全裕量。

職業人群的暴露限值是普通公眾限值的5 倍。為普通公眾設定較低限值的理由是，這一群體包括了兒童、孕婦、老年人和其他不同健康狀態或敏感人群。另外，公眾暴露也可能是連續性的（一天24 小時），人們可能完全不知道存在暴露。

3.3 RF EMF的暴露限值

限值通常是直接基于既定的健康影響來制定的。人體暴露于電場、磁場和電磁場的參考限值水平是根據最壞情況假設通過基本限值暴露推導出來的。在許多情況下，評估真實環境下的基本限值水平是困難的。因此，如果評估結果滿足了參考限值水平，那么必將滿足基本限值；但是反過來，如果超出參考限值水平，則并不一定意味著超出了基本限值。使用參考限值水平開展評估，是因為測量起來相對容易；而基本限值主要用于評估移動手機和暴露超過參考限值水平的情況。

在表1 中，列出了ICNIRP 導則和IEEE Std C95.1 中的基本限值和參考限值。全身暴露限值應在30 分鐘內時間平均測量。

表1 電磁場全身暴露公眾照射國際限值

3.4 嚴苛暴露限值的影響

大多數國家的暴露限值遵循了WHO的建議，采用ICNIRP 導則制定的限值。ICNIRP 導則是基于已知的不良健康影響。在與移動通信相關的頻率上，組織中的比吸收率（SAR）和入射功率密度代表了RF-EMF 暴露的基本限值參量。ICNIRP 導則旨在保護社區的所有成員，包括病人、老人和兒童，并包含了50 倍的安全裕量。

實際評估時，ICNIRP 還提供了等效的與頻率相關的參考限值水平，表示為電場（V/m）、磁場（A/m）和功率密度（W/m2），以便于用射頻測量設備進行直接測量。雖然參考限值水平可用于評估是否符合SAR 限值，但超過參考限值水平并不意味著一定超過SAR 限值。此時，需進一步評估以確定是否超出了基本SAR 限值。

然而，源于對科學數據的不同解釋、制定暴露限值的不同理念，科學家解釋風險數據和風險認知的方式不同，不同地區科學家之間的溝通不足和知識差距，以及來自“綠色環保”激進組織的強大壓力，公眾開始越來越擔心由于新無線技術的應用而導致的電磁場暴露可能產生的有害影響。有些國家或地區武斷地采用不同于ICNIRP 或IEEE的限值標準，比如采用更嚴苛的暴露限值標準。這些限值并非基于明確的科學機理和最新的科研進展，而是出于政治動機的決定。這樣的限值不會為社區提供額外的健康保護，反而會對基礎設施建設及其運營產生確定的不利影響。文獻[7]給出了嚴苛暴露限值所引起的潛在影響的評估案例。

盡管WHO 強烈反對武斷采用沒有科學數據依據的安全系數，但一些國家仍然在沒有任何詳細影響評估分析的情況下，就生活環境中人們的最大允許限值實施立法。這種方法有時被解釋為“預防原則”，這是一種純粹的政策決定，以確保科學證據不足時不會阻止決策者在對風險有強烈感知時采取行動。“預防原則”常被視為決策者的一種風險管理工具。

4 5G 與射頻電磁場

5G 旨在滿足當今現代社會在數據和連接性方面的大幅增長，以及具有數十億連接設備的物聯網（IoT）和未來的創新發展需求。

4.1 5G 信號的生物學研究

迄今為止，世界衛生組織、歐盟新興和新發現健康風險科學委員會（SCENIHR）和ICNIRP 得出結論，與無線網絡及其使用相關的暴露如果低于ICNIRP 推薦的限值，其對人類健康不會產生健康影響。暴露于毫米波頻段的射頻 EMF 對人體健康影響的研究可以追溯到幾十年前，并且仍在繼續。這些結論是基于對移動電話頻率進行的大量科學研究。對24 GHz 以上頻率的生物學研究較少。一些國家計劃支持該領域的生物學、流行病學和劑量學研究。在專門針對5G 頻率范圍的研究方面，EMF 門戶數據庫[2]（由WHO 認可）列出了大約350 項關于毫米波EMF 健康相關的研究。不過仍需對5G 技術的某些特定實現進行進一步研究。

4.2 5G 部署的預期EMF 暴露水平

新技術帶來了許多好處，但也可能會引起公眾對射頻電磁場暴露的質疑。解決這些問題并提供有關可能的暴露信息非常重要。

5G 網絡專為最大限度地降低發射機功率而設計，甚至比現有的4G 網絡還要大。5G 網絡使用全新的無線技術和先進架構，該架構非常高效，可最大限度地減少發射，從而降低EMF 水平。

隨著新技術的引入，由于新發射機處于活動狀態，無線電信號的整體水平可能會出現局部小幅增加。在一些國家，5G的部署可能是替換部分早期的無線網絡。基于之前無線技術的推演，我們可以預期整體暴露水平將保持相似，只占國際暴露限值（比例）的一小部分。

4.3 mMIMO 和智能天線的EMF 暴露

5G的一些部署將使用mMIMO 天線，這種天線具有多個陣子器件，可以同時發送和接收更多數據。對用戶的好處是更多的人可以同時連接到網絡并以更有效的方式保持高吞吐量。智能天線將有可能僅在用戶的方向上并且僅在使用期間傳輸所需的數據。帶有智能天線的5G 技術將更加高效，從而最大限度地減少RF EMF 暴露。

波束賦形的好處是通過將天線波束聚焦到所需方向，從而減少網絡干擾和非預期方向的電磁輻射。

此外，考慮到國際暴露限值中定義的時間平均，IEC TR 62669 和ITU-T K-Sup.16 中提出的采用實際最大發射等效全向輻射功率（直接或間接源自最大發射功率）進行射頻電磁場暴露評估的方法適用于具有大規模MIMO的基站系統。

4.4 5G的EMF 暴露評估

5G的電磁暴露評估可以使用計算和測量方法進行。IEC 一直在為6 GHz 以上頻段研究暴露評估方法。

IEC、ITU、IEEE 和CENELEC 等國際標準制定組織已經制定和更新了符合性評估標準。

-IEC 62232 將頻帶擴展到100 GHz。

-IEC TR 62669 包含支持IEC 62232 進行5G 符合性評估的案例研究。

根據中國電信于2020 年下半年開展的一次大規模現場監測活動，其結果顯示：5G 基站（電信和聯通共享基站，工作帶寬為200 MHz，最大發射功率為320 W）在eMBB（增強移動寬帶）應用場景下，距離基站26～81 m的敏感區域內，檢測到的6 分鐘時間平均EMF 功率密度為8.3～20.5 μW/cm2，均遠低于ICNIRP和IEEEC95.1推薦的1000μW/cm2（即10 W/m2）的限值，更是低于中國國家標準GB 8702-2014《電磁環境控制限值》中規定的48 μW/cm2（頻段在3.4～3.6 GHz）的嚴苛限值。

5 結束語

隨著移動通信業務的發展與普及，公眾與用戶已經越來越習慣于無線電及其天線的存在。但隨著5G的部署，國際上一些媒體包括公眾對5G 輻射的關注程度還是出乎預料的。因此，澄清5G 新技術的輻射以及射頻電磁場對人體健康影響的研究成果，并加強相應科普和宣傳是必要的。

全文回顧并綜述了世界衛生組織EMF 研究項目及其出版物的最新研究結論，以及與EMF 和人體健康相關的標準限值要求。旨在為各類社區、利益相關方和政府提供合適的EMF 信息和科普資源；文中通過參考引用ICNIRP、IEEE 和IARC 等組織提供的信息來支持對輻射的科學澄清，這些信息在幫助澄清射頻技術、基礎設施的實施利用以及由此產生的電磁場暴露領域的科學不確定性方面特別有用。

就目前而言，導則里的暴露限值反映了當代關于生物電磁效應和方法學方面的最新研究水平，并將隨著時間推移和技術進步持續演進。

電磁輻射相關標準主要是基于理論估計、外推法、以及對人體暴露實驗數據的判斷。也正是由于這一點導致了科學家們之間的所謂“爭論”，以及一些可以理解但卻毫無根據的要求為職業人員或公眾暴露提供絕對安全的保證或證明。出于這個原因，暴露導則將一直存在不確定性。

此外，在不同國家，甚至同一國家內不同的司法管轄區，有時可能會根據其公民意愿，選擇制定不同的或更嚴苛的輻射保護等級水平，而這并不是基于科學的風險評估。

制定更嚴苛的輻射暴露限值將導致“頻譜浪費”和“網絡部署靈活性降低”，即影響站點的選址和優化；其次是覆蓋范圍縮小、站點共享機會減少以及提供相同服務水平所需的站點數量的增加。

最后，希望通過本文所提供的相關信息能夠幫助公眾更科學地對待無線新技術及其電磁輻射，為推動數字化融合技術的發展、早日消除不同國家或地區之間的數字鴻溝，積極支持5G 和數字化基礎設施的建設。我們有理由相信，隨著數字化技術的發展與持續創新，未來的移動通信網絡必將是一個更加綠色、環保和高效的數字化網絡。