電磁輻射的危害與環境監測方法一、概述隨著現代科技的高速發展，一種看不見、模不著的污染源日益受到各界的關注,這就是被人們稱為“隱形殺手”的電磁輻射。今天，越來越多的電子、通信設備投入使用，使得各種頻率的不同能量的電磁波充斥著地球的每一個角落乃至更加廣闊的宇宙空間，電磁波作用于人體時，一部分被人體吸收，被吸收的電磁波能量達到一定強度時就會使人體發熱，超過一定限度人體就會出現高溫生理反應，從而有害人的健康。電磁輻射對人的影響程度與輻射強度、頻率、作用時間、環境等因素有關，輻射強度越大、作用于人體的時間越長、頻率越高，影響就越大。一定程度的電磁輻射對人體的傷害已成定論，是危害人類健康的大敵。因此電磁輻射環境問題已受到普遍關注。世界衛生組織把電磁輻射污染列為繼水、氣、聲之后的第四大污染。聯合國人類環境會議也已將其列為環境保護項目之一。世界各國都十分重視越來越復雜的電磁環境及其造成的影響，電磁環境保護已經成為一個迅速發展的新學科領域，為了保護環境,保護人類健康，保障信息安全，必須對電磁輻射加以防護，電磁輻射污染的防護已經刻不容緩。我站自1998年以來，取得了國家實驗室認可和福建省技術監督局對電磁輻射環境測試等12個項目的計量認證。多年來，受各行業無線電設臺單位的委托，對銀行、電力、移動、聯通、學校等部門進行了電磁輻射環境測試和電磁兼容分析，保證了新建的臺站與已建的臺站能夠互不干擾、電磁兼容。本文主要介紹電磁輻射對人體的危害與電磁輻射環境監測方法。全文分成三部份，在第一部分主要理論介紹電磁輻射的環境影響（包括基本概念、電磁輻射場區的劃分、電磁輻射對人類健康和電器設備的影響等內容）。在第二部分，介紹電磁輻射環境測量方法（包括測試前的準備、測試布點、測試過程、繪制污染圖、注意事項）及防治電磁輻射對策等內容。在第三部分，介紹電磁輻射測試實例。一、電磁輻射的環境影響1、基本概念1.1電磁輻射是指以電磁波形式通過空間傳播的能量流，且限于非電離輻射，包括信息傳遞中的電磁波發射，雷達系統、電視和廣播發射系統、射頻感應及介質加熱設備、射頻及微波醫療設備、各種電加工設備、通信發射臺站、衛星地球通信站、大型電力發電站、輸變電設備、高壓及超高壓輸電線等都可以產生各種形式、不同頻率、不同強度的電磁輻射。1.2電磁發射分為輻射發射與傳導發射。輻射發射：“通過空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量”。而輻射發射經常稱為電磁輻射。能量以電磁波的形式由源發射到空間的現象，電磁波的形式在空間傳播。傳導發射：沿電源線或信號線傳輸的電磁發射。1.3電磁輻射場區的劃分電磁輻射場區一般分為遠區場和近區場電磁輻射源產生的交變電磁場分為兩部分:一部分電磁場能量輻射源周圍空間及輻射源之間周期性地來回流動，不向外發射，稱為感應場（近區場）；另一部分電磁場能量脫離輻射體，以電磁波的形式向外發射，稱為輻射場（遠場區）。近區場是指以場源為中心，半徑為三個波長范圍內的區域。近場區內，電場強度（E）與磁場強度（H）的大小沒有確定的比例關系。即：EXHN377。需分別測量E與H的大小。由場強與距離的關系可知，近場區場強很大，但場強隨距離的增大衰減得很快，是一種非常復雜的非均勻場。因此，近場區場強儀量程應足夠大，測量探頭應足夠小，測量結果才能代表測試點的場強。對于電壓高電流小的場源（如發射天線、饋線等），電場要比磁場強得多，對于電壓低電流大的場源（如某些感應加熱設備的模具），磁場要比電場大得多。近區場的電磁場強度比遠區場大得多，應注意防護：首先對人員的防護，其次是對各種電子電氣設備的防護。由于近區場強很大，較遠處的其它電磁輻射源的貢獻可忽略不計，因此，近區場強測量不采用選頻式儀器，用綜合場強儀測量近區場強。遠區場是指以場源為中心，半徑為三個波長之外的空間范圍。在遠區場中，所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播，這種場輻射強度的衰減要比感應場慢得多。遠區場S=EH（功率密度矢量S、電場矢量E、磁場矢量H三者方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。遠區場為弱場，其電磁場強度均較小。）其中E=377H,S=EH=E/377°E的單位是（V/m），H的單位是（A/m）,S的單位是（W/m）。對于線天線而言，當離天線的距離rW入時，稱為近場區；當rN入時，稱為遠場區。近似地認為遠場區只有輻射場，而近場區只有感應場。如果我們規定感應場比輻射場低30dB的區域為遠區，則離天線的最小距離r=5入。對于面天線而言，從天線口面至入/2n間稱為至近區，區內主要是感應場，隨著距離的增加，感應場逐漸減弱，輻射場逐漸增加，進入輻射區。從入/2n至D/2入間稱為輻射近區，這一區域的電磁波基本集中在以天線口面為柱狀的管狀波束內。從D/2入至2D/2入間稱為輻射中區，電磁波開始由管狀波束向外擴散。2D/2入以外稱為輻射遠區。（這里D為天線直徑）在遠場區，天線的方向圖與距離無關，我們通常所說的天線增益和天線方向性圖都是指天線遠區。在遠區場，電場強度與磁場強度有滿足EXH=377,且電場與磁場的運行方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。國際規定，當電磁輻射體的工作頻率低于300MHz時，應對工作場所的電場強度和磁場強度分別測量。當電磁輻射體的工作頻率大于300MHz時，可以只測電場強度。具體輻射源的近場（感應場區）與遠場（輻射場區）（入=c/f）頻率（f）波長（入）界限（3入）50/60Hz電力6000/5000km18000/15000km50kHz點焊6km18km27MHzCB廣播，透熱療法11.1m33.3m100MHzFM廣播3m9m433MHz工業應用0.7m2.1m900MHz移動電話，尋呼機0.33m1m2.45GHz微波，工業0.12m0.36m6GHz數字廣播0.05m0.15m20GHz衛星傳輸0.015m0.045m2、電磁輻射背景介紹2.1電磁輻射的來源電磁輻射涉及的相關系統有：廣電系統（廣播、電視發射設備）；電信運營商（通訊基站、移動電話等）；電力系統（輸變電設備）；工科醫設備（高頻碎火機、高頻理療儀、微波烘干設備、微波爐等）軍事（雷達）。2.2電磁輻射的各國標準由于對電磁輻射造成的健康危害不同理解，不同國家制定的電磁輻射標準差別很大。標準較嚴的國家：俄羅斯、中國、意大利等（考慮了電磁輻射對人體神經效應方面的長期影響）。標準較松的國家：美國、澳大利亞、德國等（采用7icnirp推薦標準，只考慮已有明確研究結果的熱效應，未考慮EMF對人體神經效應方面的長期影響）。2.3中國標準為防止電磁輻射污染、保護環境、保障公眾健康和促進電磁技術的科學運用與發展，相繼頒發國標GB8702-88“電磁輻射防護規定”（國家環保總局）、國標GB9175-88“環境電磁波衛生標準”（衛生部）。我國制定的微波輻射標準均分為居民（公眾）標準，即每天24小時連續照射和職業標準，即每天照射時間不超過8小時，具體規定為下表。環境電磁波輻射強度限值頻率（MHz）單位居民（公眾）職業GB8702GB9175（一級）GB8702GB9175（二級）0.1-3v/m401087253-30v/m67/150/30-300v/m1252812300-3000uW/cm4010200403000-15000uW/cmf/75f/1515000-30000uW/cm2001000表中：f為頻率（MHz）, v/m為電場強度單位， uW/cm為功率密度單位。居民標準和職業標準居民標準（一級標準）為安全區標準。當24小時連續照射時，在該環境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群，均不會受到任何有害影響。在這個區域中新建、改建或擴建的電臺、電視臺和雷達站等發射天線，在其居民覆蓋區內，必須符合“一級標準”的要求。職業標準每天照射時間不超過8小時，適用于無線電發射設備的操作人員，GB8702對此有專門規定，GB9175-88沒有規定職業標準，但它的二級標準為中間區，可建造工廠和機關，但不許建造居民住宅、學校、醫院和療養院等。超過二級標準為危險區，對人體可帶來有害影響，在此區內可作綠化或種植農作物，但禁止建造居民住宅及人群經常活動的一切公共設施，如機關、工廠、商店和影劇院等。3、電磁輻射的環境影響3.1電磁輻射對人類健康的影響電磁輻射作用于人體由熱效應和非熱效應，從而引起人的生理和病理變化。高頻電磁輻射作用于生物體后，一部分被吸收，被吸收的電磁能量使組織內的分子和電介質的偶極子產生振動，媒質的摩擦把動能變為熱能，從而引起溫升。輻射的功率、頻率、波形、環境溫度以及被照射的部位等對傷害的深度和程度產生一定的影響。這種溫升對人體產生的效應稱為熱效應。除了上述熱效應以外，高頻電磁輻射對人體還有非熱效應。人體暴露在強度不大的輻射環境中，體溫沒有明顯增高，但往往出現一些反應，主要破壞腦細胞并引起血液內白細胞和紅細胞變化，還可使血凝的時間縮短。3.1.1靜態場的健康效應對大多數人而言，在暴露的靜電場強度小于25kv/m不會對身體表面有直接作用；沒有直接的證據表明暴露于2T的靜磁場會對人體造成任何急性不良影響；對已證實的相互作用機制進行的分析表明，長期暴露于200mT的磁通量密度不會對健康產生任何不良影響。3.1.2低于100kHz的健康效應感應電流密度為10mA/m2或低于10mA/m2時，沒有發現低頻場能產生明確的不良效應；感應電流密度較高（10-100mA/m2）時，明顯組織效應，如神經系統的功能變化；感應電流密度高于100達到數百mA/m2時，超過神經元和神經肌肉的刺激閥值，只有少數實驗研究顯示工頻磁場有促癌作用。3.1.3100kHz-300GHz的健康效應比吸收率（SAR）為4W/kg的電磁輻射場中約30分鐘，體溫上升約1°C。比吸收率（SAR）大于4W/kg，超過人體的熱調節能力，組織發熱會達到有害程度。以上數據為職業暴露限值定為4W/kg奠定了基礎。3.1.4遺傳學效應由于國內外對微波遺傳學效應的研究在暴露頻率、功率密度和研究指標等方面較為局限，人群資料較少，因此，對于長期微波暴露能否引起遺傳損傷，尚有待于進一步研究證實。3.1.5照射時間和總劑量電磁輻射對人的影響除了輻射強度外，連續照射時間和每天照射的總劑量也是重要因素。每天允許接受照射的總劑量等于單位時間(小時)的平均功率密度與規定照射時間的乘積。如GB12638-90規定微波連續波輻射的職業標準為50uW/cm，每天工作8小時，則全天接受的總劑量為50X8=400uW/cm。安全限值與照射時間的關系為：pd=400/tuW/cm (1)式中：pd為平均功率密度，uW/cmt為每日暴露時間0.1<t<8單位為小時。根據公式(1),當每天暴露時間小于8小時時，平均功率密度可加大，如t=0.1時，則允許的最大功率密度為4000uW/cm;若每天暴露4小時，則允許的最大功率密度為100uW/cm。因此，限制暴露時間可減少電磁輻射對人體的影響。3.2電磁輻射對電氣設備的影響由于各種設備所輻射的雜散信號在空間中傳播，會對其他設備的有用信號造成干擾，如：廣播混頻，電視聲、圖干擾，電話雜音(由于非線性器件有檢波能力)。心臟起搏器停止，飛機導航失控，儀器失靈，炸彈引炸，電磁場使金屬帶電，電火花導致燃油起火，工頻磁場對陰極射線管電子束的偏移，引起電視、電腦圖像抖動。GB8702-88規定了以下三類設備的電磁輻射可免于管理：1、輸出功率等于和小于15W的移動式無線電通訊設備，如陸上、海上移動通訊設備以及步話機等，2、等效輻射功率小于300W的中波無線電設備，3、等效輻射功率小于100W的短波、超短波和微波設備。對于不符合以上三類設備的電磁輻射必須按相關規定執行。等效輻射功率定義為：ERP=PXG (2)式中：P為發射機的輸出功率，WG為輻射天線增益。當頻率在1000MHz以下時，為相對于半波天線的增益；在1000MHz以上時，為相對于全波天線的增益。4、電磁輻射的計算輻射強度通常移動通信用的頻率范圍為300MHz到3000MHz，其波長范圍從1米到0.1米，使用的天線為線天線陣。如果以5入作為遠場和近場的分界線，則以場源為中心，距離大于5-0.5米范圍的區域，均為遠區輻射場。移動基站一般架設在建筑物摟頂，距離居民均在5米以上，因此，基站的電磁輻射可用遠場區來分析。遠場區功率密度輻射遠場的天線方向圖與距離無關，能量集中在圓錐體內，在計及地面反射的影響后，其軸向功率密度為：SWPXG/nd W/m (3)或SW100PXG/nd uW/cm (4)式中d為距離(m),P、G同式(2)下面我們以常用的集群系統為例，來計算基站的輻射。基站最大發射功率(P)：70W(48.5dBm)基站發射天線增益(G)：10dB基站發射頻率：850MHz則距離基站(d)5米處的功率密度(S。)為：10log(S。)=10log{100PG/(nd)}=20+10logP+10logG-10log(nd)=20+10log70+10-10log(3.14X5)=29.55dBuW/cmS。=901.57uW/cm同樣可算出，當S。=10uW/cm時，居民離基站的距離為：d=42.3m從以上計算可知，當基站的等效發射功率為58.5dBm時，在距離基站5米處的功率密度為901.57uW/cm，只有距離基站42米以上時，功率密度才降為10uW/cm。從以上計算可知，當基站以最大功率發射時，在距離基站5米處的輻射強度高達901.57uW/cm。只有距離基站42米以上時，輻射強度才降為10uW/cm；移動通信系統一般采用蜂窩覆蓋，小區半徑越小，基站密度就越大，這時基站發射功率就越小，單個基站對環境的影響就越小，但這時必須考慮多個基站對環境的影響；如果基站在某點的輻射限值超過國標規定，就應該考慮采取防護措施。本文分析使用的基站天線均以線天線為基準三、電磁輻射監測方法1、 適用范圍：適用于公眾移動電話基站、無線尋呼基站、微波站、衛星地面站、廣播電臺和電視發射臺。2、 引用標準：GB9175—88環境電波衛生標準3、 檢測依據：GB9175—88環境電波衛生標準4、 使用設備：SMP600電磁輻射測量儀 FG21-HA激光測距儀5、 測試條件及要求環境溫度：0°C?50°C相對濕度：25%?75%6、 測試前的準備6.1查看所用測量儀器外觀確認儀器外觀良好并在校驗有效期內。6.2開啟所用測量儀器開關，確認各測量儀器設備自檢通過。6.3檢查各測量儀器工作是否正常。設置SMP600電磁輻射測量儀最大輻射限值為40^W/cm2。6.4檢查被測設備型號、序號、測試室溫、濕度并將相應內容記錄在原始記錄上。6.5根據所依據的標準技術條件，將需測各項技術要求記入原始記錄相應位置。7、 注意事項7.1注意防止靜電對儀器設備的損壞。7.2檢測過程，所有參加檢測的人員都必須關閉攜帶的手機。7.3當發現被測件損壞或工作異常、電磁輻射測量儀報警時，應立即中斷檢測工作。首先撤離現場，再分別對檢測儀器進行檢查，查明原因后，排除故障，做好記錄，重新檢測。7.4當發生儀器設備意外損壞、人身傷亡事故時，應立即停止檢測，保護現場，向技術負責人報告，并及時救護傷員，待妥善處理后，再重新進行檢測。8、 測試儀器SMP600電磁輻射測量儀FG21-HA激光測距儀9、 指標波長單位容許場強一級（安全區）二級（中間區）長、中、短波V/m〈10〈25超短波V/m〈5〈12微波uW/cm2〈10〈40混合V/m按主要波段場強；若各波段場分散，則按復合場強加權確定10、 測試方法采用點測的方式進行測量。以輻射源為中心，在不同方位取點的方式進行測量。10.1點測時以輻射源為中心，將待測區按5°?10。角度劃線，呈扇形展開。隨此劃線，每隔50?100m定點測量，或按特殊需要選點測量。10.2測量時間：在輻射體正常工作時間內進行測量，每個測點連續測5次，每次測量時間不應小于15秒，并讀取穩定狀態最大值。若測量讀數起伏較大時，應適當延長測量時間。10.3測量位置10.3.1曠野平坦地面環境測量取作業人員操作位置，距地面0.5、1、1.7m三個部位；輻射體各輔助設施（計算機房、供電室等）作業人員操作位置，測量部位距地面0.5、1、1.7m；10.3.2待建地段環境測量，則應在待建建筑物相應高度處測定；10.3.3建筑物內部測量，應以不同層次選擇有代表性的若干點分別測定之。11、 布點方法：典型輻射體環境測量布點：對典型輻射體，比如某個電視發射塔周圍環境實施監測時，則以輻射體為中心，按間隔45。的八個方位為測量線，每