上海上港logo:電磁輻射知多少 中國計量院電磁環境專家帶你認識身邊的電磁場

上海上港票务 www.bxeooa.com.cn 我們所生活的世界里,電磁輻射無處不在。自然界的太陽光、閃電、宇宙射線等,都是天然存在的電磁波,我們已經在一定程度上適應了這類輻射;而人類以電磁技術為基礎的許多創造發明,也會向空間輻射電磁能量,比如手機和手機基站、微波爐、電腦、電視機等等。

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我們身邊的電磁輻射

那么,這些電磁輻射會對健康造成影響嗎?網絡上“手機輻射能炸爆米花”“WIFI輻射使種子不發芽”“手機基站輻射致癌、白血病、記憶力下降”等傳言是真的嗎?

在判斷這些傳言真假前,讓我們首先了解一下什么是電磁輻射,它的“大小”或“劑量”是如何衡量的。

什么是電磁輻射

電磁輻射是指電磁能量以電磁波或光量子形式發射到空間的現象??梢運抵灰械?、有光,就有電磁輻射。

電磁輻射根據頻率的不同,可以分成低頻電磁波、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等。電磁輻射的頻率越高,其能量也就越大,穿透力越強。如圖所示,比遠紫外線頻率更高(波長小于300nm)的電磁輻射,能量足以破壞化學鍵,使分子發生“電離”——這類電磁輻射又稱“電離輻射”。

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電磁波譜圖

而我們通常所說的“電磁輻射”指的都是頻率不足以破壞分子間化學鍵的“非電離輻射”。例如,高壓線、變電站以及一般的家用電器產生的低頻電磁波;手機和手機基站、WIFI路由器、微波爐等工作在幾百M到幾個GHz的“微波”頻率范圍的儀器設備產生的高頻電磁波,都屬于“電磁輻射”。

那么如何衡量電磁輻射的“大小”或者“劑量”呢?我們一般用電磁輻射的電場強度(單位為伏/米,V/m)來衡量。對于低頻電磁輻射,我們還需要考慮其磁場強度(單位為特斯拉,T),微波、射頻等高頻電磁輻射還要用功率密度(單位為W/m2)來衡量;為了探究電磁波對人體的作用,我們還使用比吸收率(SAR,單位為瓦/千克,W/kg)來衡量一些接近人體使用的電磁設備的輻射的作用。

圖中是一些常見的電磁輻射分析儀,可測量空間某位置不同方向的電場強度、磁感應強度和功率密度大小。這些儀器測量量值是否準確,則是由計量工作來保障的。

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常見的電磁輻射分析儀

電磁輻射對人體有害嗎?

隨著人們環境意識、安全意識的不斷提高,電磁輻射是否對人體有害不僅是人們熱議的話題,更是科學研究的熱點。根據目前的研究結果,電磁輻射影響人體的機理主要熱效應、非熱效應和累積效應三種。

其中,比較明確的是電磁輻射的熱效應——人體是一個導體,在受到電磁波輻射后會產生電流,引起人體發熱。微波爐加熱食物也是利用了微波的熱效應。但是,微波爐的輸出功率大概在600~1000W,其產生的微波又完全被限制在一個由金屬殼構成的密閉的環境內,功率密度大、熱效率高。與之相比,手機的在接打電話時的功率僅有2W左右,且輻射的電磁波是朝空間各個方向的(在接打電話的過程中,信號不會因為轉身而消失),即使緊貼人體,引起的發熱量也非常小。

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微波爐和手機輻射電磁能量對比圖

可以說,脫離“劑量”談輻射是在“耍流氓”。手機電磁輻射的“劑量”當然不可能像微波爐那樣使玉米粒變成爆米花。

中國計量院能源環境所在電磁輻射對人體影響方面也開展了相應的研究。實驗裝置如圖所示,可以模擬人頭部在受到手機輻射后吸收電磁波,并測量人體吸收的電磁波能量。

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中國計量院模擬實驗裝置

實驗結果顯示,不同型號的手機或者無線設備使用時人體吸收的電磁波能量不同,吸收的電磁波能量大小與無線設備的天線位置、使用習慣、和人體距離等密切相關。國家標準要求制造商在產品說明書里面標示該手機的SAR最大值,因此消費者可以在說明書里面關注自己購買的手機的電磁輻射情況。

需要說明的是,我們使用手機的時候,手機不一定會處于“最大發射功率”情況下,因此接受的輻射會比標示的SAR最大值小。

一般情況下,當手機信號“不滿格”——即接收到基站的信號比較弱時,手機通話時的發射功率會較信號滿格時大。這種情況是由于手機距離基站比較遠,或手機處于地鐵車廂或電梯等屏蔽空間內造成的,我們只要盡量避免在此時接打手機或使用耳機就可以了。

除明確的熱效應以外,電磁輻射還有非熱效應和累積效應,但這些都是在極端情況下才會出現的,比如當人體觸電,或長時間接觸能量密度很高的電磁波時,肌肉或神經會受到一定刺激。但是到目前為止,還沒有明確的證據表明,電磁輻射會使人“患癌”“患白血病”或“記憶衰退”等。

目前,根據世界衛生組織(WHO)國際癌癥研究機構(IARC)對致癌類物質的劃分,射頻電磁波輻射和低頻磁場屬于2B類物質,低頻電場屬于3類物質。這是什么概念呢?

IARC將人類常接觸的物質分為1、2、3、4四類,其中1類物質,是指對人類確定致癌的物質——香煙、酒、太陽光、檳榔、中式咸魚、空氣污染等等都被列為1類致癌物;2A類物質對人類致癌性證據有限,但對試驗動物致癌性證據充分;2B類致癌物質對人類致癌證據有限,對試驗動物致癌證據不充分,或對人類致癌性證據不足,對試驗動物致癌性證據充分;3類為對人類致癌性可疑,但尚無充分的人體或動物數據;4類則對人類很可能不致癌。

如此看來,被列入2B類和3類的電磁輻射是不是就沒那么可怕了呢?

當然,脫離“劑量”說電磁輻射安全無害也是在“耍流氓”——這和輻射的功率、頻率、與輻射源的距離、受輻射時間等有關——微波爐、電磁爐等未正常使用或密封性變差等導致的漏磁,輻射危害就不容小覷。

那么,我們怎么保證生活中遇到的電磁輻射劑量是安全的呢?

如何防護電磁輻射?

一方面,國際非電離輻射?;の被幔↖CNIRP)、國際電工委員會(IEC)等國際組織通過收集電磁輻射相關研究,制定了電磁輻射的相關標準,可以保障相關電子設備在使用過程中對人體安全。許多國家也出臺了相關法律法規和技術標準。

比如我國的《電磁環境控制限值》(GB8702-2014)就參考ICNIRP和IEC的相關標準,規定了大家身邊1Hz~300GHz范圍內電磁場的“大小”安全限值以及評價方法等,如移動基站等設備的電磁環境須控制在12V/m以內,并由我國的環保部門相關機構進行嚴格的監測和管理等等。同樣,我國《移動電話電磁輻射局部暴露標準》(GB21288-2007)規定移動電話的電磁輻射比吸收率值(SAR值)要低于2W/kg。

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位于建筑物頂端的手機基站

需要注意的是,這些標準中的“安全限值”是根據相關試驗等得到電磁輻射可能會危害健康的“臨界值”,并以此除以5~10等方式來確定的。但并不是說只要超過了安全限值就一定會對健康造成危險。總之,如果我們正確使用正規廠家生產的合格的電子設備或家用電器,健康將不會受到負面影響,大可放心。

另一方面,電磁輻射具有一些共性特征,我們也可以根據這些特征來主動防護它。其一,電磁輻射的能量會隨距離的增加大幅衰減——因此我們只要和電磁輻射源保持一定距離就可以了。譬如,當接通中的手機緊貼耳朵時,手機對人體電磁輻射的SAR值約為2W/kg;但我們如果使用耳機,身體離手機距離30cm以上,對人體輻射的SAR值就會下降為原來的幾十分之一,可忽略不計。手機基站也是如此,其向外發射信號是沿著天線的法線方向扇形傳播的,距離越遠,受到的電磁輻射越小——只要我們不要并排站在天線周圍,并與之保持5m以上距離,輻射劑量一般就不會超過安全限值。

其二,某些電磁輻射比較容易被屏蔽。我們所住的建筑物中的鋼筋,可以幫我們屏蔽掉距離建筑物5米左右高壓線的低頻電磁輻射。遮陽傘也能幫我們擋住大部分的可見光、紫外線等電磁輻射。

結語

許多時候,人們對事物產生恐懼或疑慮,是因為理解不夠深入。如果我們能夠以開放的心態從多方面去了解事物,不簡單盲從主觀印象或他人(包括媒體)評價——例如盡量閱讀研究的原文而不是基于研究的報道,思考研究結論的得出是否基于完備、嚴謹的實驗過程和可重復的實驗結果等等,就能建立科學的思維方式,更好辨別吸睛標題下究竟是“真知”還是“偽科學”了。(文:陳杭杭 沈慶飛)