电磁污染的影响机理与防护措施研究

孙 欢

(渭南师范学院 数理学院，陕西 渭南 714099)

随着人类科技的不断进步，在享受着高科技带来的便利生活的同时，人类对环境的污染也达到了前所未有的程度。相比之下，电磁污染是当今社会最为关注的问题之一。它不仅影响范围广，还具有很强的隐蔽性。在很大程度上对环境造成了诸多污染，同时也严重地影响着人们的身体健康。

本文主要介绍电磁辐射的原理，讨论电磁污染和电磁辐射的区别和联系；通过分析电磁污染在不同方面的危害说明电磁污染对人类健康的影响；在探讨电磁污染危害的基础之上，提出一系列控制与防护措施。

1 电磁辐射与电磁污染

“电磁辐射”和“电磁污染”是两个有相互联系但又不同的概念。众所周知，地球这个整体就是一个很大的磁场，有南极、北极之分。处在地球上的所有动植物无一例外地被这个磁场所包围。但这并不是说所有的动植物等都受到了电磁辐射的危害。本文所要讨论的电磁污染，则是指电磁辐射的强度超出了一定的限值，即超出了人体或其他生物体所能接受的不受其危害的限值[1]。当电磁辐射超出了这个限值，就会对人体形成不同程度的危害。从不同频率方面去划分,电磁辐射包括射频辐射和工频辐射。射频辐射就是我们平时所说的无线电辐射，它的频率由低到高不等，范围较大，从0.3 MHz到300 000 MHz。与射频辐射相比，工频辐射则是频率极低的电磁场,在我国仅50 Hz,而在有些国家，例如美国为60 Hz。

国家《电磁辐射防护规定》给出了防护限值的基本限值和导出限值。[2]职业照射导出限值是指在每天工作的8 h中，电磁辐射场的场量参数在任意连续6 min内的平均值应满足表1(职业照射导出限值)要求；公众照射导出限值是指在一天的24 h中，环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6 min内的平均值应满足表2(公众照射导出限值)要求。这就给我们提供了一个电磁辐射的安全标准。不可否认，现实中工业、农业和医学等不同领域,人类都在不同程度地运用电磁辐射，可见电磁辐射对我们还是有积极的一面。换言之，电磁辐射并不完全是一个多么让人忧虑的字眼，它并不等同于电磁污染。合理地分析电磁辐射与电磁污染的区别与联系有助于我们更好地利用电磁辐射，也能够更有效地控制和防护电磁污染，造福自然和人类。

表1 职业照射导出限值

注：表中f是频率，单位MHz；*系平面波等效值，供对照参考；**供对照参考，不作为限值

表2 公众照射导出限值

注：表中f是频率，单位MHz；*系平面波等效值，供对照参考；**供对照参考，不作为限值

2 电磁辐射的影响机制

2.1 基本理论

众所周知，电磁波是电磁场的一种运动形态。在麦克斯韦经典电磁理论中，电场和磁场之间可以进行转化，前提是需要变化的电场和变化的磁场。[3]换言之，电和磁可谓一体两面，它们的变化共同构成了一个统一的无法分开的场，这便是电磁场。电磁波的形成实质上是空间中电磁场的不断传播，它的传播方向与电场和磁场构成的面相互垂直，并且伴随着能量与动量的传递。[4]

图1 电场与磁场在空间的传播

2.2 电磁辐射对人体的影响机理

生物学知识告诉我们，人体是由多种不同的微粒构成的，如水分子、葡萄糖、脂肪、蛋白质等。当人处在外界电磁场中时，这些不同微粒会在电磁场作用下受到不同程度的影响。由上文我们知道电磁波具有能量,当其能量在一定范围内时，人体中的各种微粒受其影响会达到自身的一种平衡状态，这种平衡状态不会对人体产生不好的影响。当外界的电磁场能量超过一定范围时，人体内的各种微粒的状态会产生极大的变化和不稳定，原来的稳定状态和平衡态被破坏，它的破坏程度取决于外界的电磁场强弱。本文中所说的电磁辐射的危害就是针对人体内异常状态的不同程度而言的。

由电动力学理论可知，一些物质处在电磁场中会被极化和磁化。[5]在经典电磁学理论中，有以下方程成立：

(1)至热作用。外界的电磁辐射强度很高时，人体会对其辐射能量进行吸收，与此同时体内将会发生一系列的变化和生物反应。由上文中介质极化和磁化的相关理论可知，人体内的极性分子会在电磁场的作用下被极化并产生热量，使得人体的体温升高，对生命体的各个部分的正常活动产生影响，危害健康，这便是电磁辐射对人体产生的至热作用。

(2)非至热作用。与至热效应不同，非至热效应不需要很高的外界电磁辐射强度，它是在人体受到较长时间的电磁辐射后产生的效应。[7]虽然没有体内热量的明显增加，但长时间的辐射会导致细胞膜共振，限制细胞活动，这是电磁辐射对人体产生的非至热作用。

(3)累积作用。顾名思义，累积效应强调的是长期受到电磁辐射的作用而产生的伤害。人体接二连三地暴露在外界的电磁辐射下，其危害就会不断累积，达到一定的时间积累后会严重影响和危害生命健康，诱发各种病变。

(4)刺激作用。这里所说的刺激效应主要是当人体的神经细胞受到外部电磁场产生的电流刺激时，会产生和触电一般的感觉，严重时可以造成心脏停止跳动的可怕后果。

由此可见，当电磁辐射一旦对人体产生上述危害其电场就表现为破坏性。人体则相应表现为上文中所指的“非平衡状态”，从而引起人体的某些疾病和危害。由于在射频和工频电磁场中射频的频率会相对大一些，因此电磁场对人体的辐射和影响主要来自于射频电磁场。

需要说明的是，以上只选取了电磁学理论中的一些基本的物理量和方程式作为说明电磁辐射对人体产生危害相关原理的理论依据，实际中则为在不同介质(例如各向同性或各向异性)中比较复杂的关系式(麦克斯韦方程组)的讨论和应用[8]。

3 电磁污染对人体的主要危害

3.1 电磁污染对人体的影响因素

我们知道，电磁场对人体的辐射和影响主要来自于射频电磁场。这是由于在射频和工频电磁场中射频的频率会相对大一些。即频率的大小是电磁辐射人体的影响因素之一。除了频率之外还有哪些影响因素呢？其实在对电磁辐射对人体产生影响作用机制的讨论中我们已经大致从四个方面说明了电磁污染的影响，即电磁辐射的至热效应、非至热效应、累积效应和刺激效应。这些内容使得我们定性地了解了一些影响因素。下面我们将重点放在一些具体的可测量的物理量上。因为只有深入地研究这些物理量的影响作用，才能定量地了解电磁污染在不同程度上的危害。

(1)电磁波功率的大小：电磁辐射的影响与电磁波的功率有关。电磁设备的输出功率越大，其辐射的强度就越大，即对人体的危害也就越大。

(2) 电磁波的频率高低(或者波长大小)：在上文的理论讨论中我们已经指出，电磁波的辐射能量越大，对人体的危害就越大。也就是电磁波的波长越短,频率越高,对人体的影响就越大。所以长波对人体的影响作用比较弱,随着波长的减小,相应地对人体的影响会加大。由于微波的频率很高，波长很小(频率在300 MHz～300 GHz之间，波长在1 mm～1 m之间)，故微波对人体的影响作用最为突出。

(3)电磁辐射的时间长短：由电磁辐射的累积效应可知电磁辐射作用的时间越长，影响越大。

(4)离辐射源的距离远近：由于电磁波这种物质携带着能量，而能量是随着电磁波的传播而逐渐衰减的，故电磁波的影响也是和距离有关。离辐射源越近,辐射的强度就越大,对人体的影响也就越大。

(5)环境的温度和湿度：在炎热多雨的夏季，周围环境的温度很高，湿度也比较大，相应地人体也很难将自身产生的热量散出去，因此受到辐射的影响也就越大。

(6) 振荡性质：电磁脉冲对人体有比较特殊的伤害作用，它在人体当中引发的电流及电磁场的分布是比较复杂的。相对于连续波而言，这种电磁脉冲波对机体的影响是比较严重的。[8]

3.2 电磁污染对人体的主要危害

电磁污染对人体的危害是无处不在的，同时也是多方面的。可以看到，近些年国内外媒体对电磁辐射有害的报道屡见不鲜。很多资料显示，在高压线周边工作的人会比其他人患癌几率更高，儿童得白血病的病因很可能是距离高压电线太近等。

(1)对神经系统的影响。电磁辐射首先影响人的感觉神经末梢，进而对中枢神经产生影响，不仅使脑电发生改变，人体的新陈代谢也会相应改变，产生紊乱。进一步说，这种内部信号通过对人体神经系统的影响会使人的行为发生变化。人就很有可能行为错乱、做噩梦等。其严重程度和电磁污染的严重程度密切相关，只要在安全限值以下，电磁辐射对人的工作、生活便不会有影响。当超出限度后则要采取一定的防护措施了。

(2)对心血管系统的影响。电磁辐射在对神经系统造成伤害后，人体内的新陈代谢也会发生改变。在这种改变之下，进一步会引起心脏、胰腺等脏器的变化，如心跳加快、心悸、失眠和血压下降等，其具体的影响还在进一步讨论中。

(3) 电磁辐射与癌细胞的关系。电磁辐射威胁人体健康还表现在它能激活原癌基因，诱发癌症。原癌基因在电磁辐射下有可能会被激活。经激活原癌基因后诱发癌症并加速人体的癌细胞增殖，这是电磁辐射的又一危害。事实证明，不仅高频短波的电磁辐射对人体有害，极低频长波的电磁场也是和白血病(特别是儿童白血病)、乳腺癌、神经系统肿癌、皮肤恶性黑色素癌等有一定的关系。

(4)对视力的影响。电磁辐射对视力的影响涉及各类人群。电磁辐射强度很高时，可使人眼晶状体蛋白质凝固，引起眼睛不适等损伤，这种损伤在夜晚更加明显。更强的辐射会使角膜、虹膜、前房和晶状体同时受到伤害而导致白内障，严重者甚至造成视力完全丧失。

必须指出，除以上介绍的4种影响之外，电磁辐射对人体健康的影响是多方面的。例如对呼吸系统、生殖系统、免疫系统等都会产生不同程度的影响。这里需要说明的是，不同的人(或同一人在不同年龄阶段)对辐射的耐受力是不相同的，通常而言，老人、幼儿和孕妇是敏感人群。[9]

4 电磁污染的控制与防护

4.1 电磁辐射防护原理

为了预防和减少电磁辐射对人体的伤害，人们需采取一定防范措施。其根本目的是除去或减小人体所处的磁场强度，这里根据电磁学基本原理，从两个方面说明电磁辐射防护的原理: 屏蔽和吸收[1]。

(1)屏蔽。屏蔽是为了防止外界电场或磁场进入某个需要保护的区域。它是对两个空间进行金属的隔离，用以控制外场和电磁波从一个区域对另一个区域的电磁感应和辐射。具体地讲，就是用屏蔽体将元部件、组合件或系统的干扰源和接收电路、设备或整个系统包起来以防止干扰电磁场的扩散和接受系统受到电磁场的影响。这是因为屏蔽体对干扰和内部电磁波有着反射能量和抵消能量的作用，反射体现在电磁波的界面反射，抵消体现在屏蔽层上反向电磁场的产生上。真正影响屏蔽效能的因素，其一是在屏蔽体表面上必须是导电连续的，其二是不能存在直接穿透屏蔽体的导体。倘若屏蔽体上有导电不连续的点，屏蔽体不同部分的结合处形成的不导电缝隙会产生电磁泄漏；若存在直接穿透屏蔽体的导体，则电磁波亦会随导体而充满空间，失去了屏蔽的作用。

(2)吸收。吸收是我们用某些材料将电磁辐射能吸收掉完全量或部分量以降低电磁辐射的强度。电磁波吸收的原理为：当给定了电磁波的吸收材料时，外加电磁场与吸收材料中的电偶极子抑或磁偶极子相互作用，由于磁畴的转动和移动及滞后效应等原因使得电磁能量被消耗，这种能量将转化成热能，进一步使得干扰源的能量被大大削减。

这里吸收材料的选择颇为重要，因为不同的吸收材料其吸收效果是不同的。实验证明材料的吸收作用与磁导率、介电系数和导电率三者的数值大小有关系：磁导率越高，介电系数越大，导电率越高，材料的吸收作用越强。根据这一点，在具体的实际应用中我们所用的吸收材料主要是一些电的良导体和铁电性较强的物质，电磁波在良导体中的衰减量很大，几乎可以全部被吸收。

表3 家庭常用电器电磁辐射量参考值

4.2 电磁污染的主要来源

由以上讨论可知，只有当电磁辐射的强度超出一定量时，才会对人体产生影响。例如我们一直所处的地球磁场或者是闪电造成的辐射(较强作用的雷电或核爆炸等强电磁除外)是不必在意的。这是因为人类的不断进化使得我们对一定的电磁辐射是能够抵抗的。一般的电磁辐射类型分为自然辐射和人工辐射。这里所说的电磁辐射的主要污染源是指来自于各种不同的发射设备和各种系统带来的辐射，如通信设备的辐射、电力系统的辐射等。在家庭生活中影响我们的主要是广播、电视、移动通信设备和微波炉等。

4.3 日常生活中电磁辐射的防护与控制

除生产工业辐射外，电磁辐射对人体健康的影响主要来自于日常生活。下面我们将家庭常用电器电磁辐射检测数据(参考值)[10]列入表3。

由表3可知，在常用家电中电磁辐射危害相对比较严重的就是空调、手机、电脑和微波炉产生的辐射。因此，针对不同的家用电器，我们应该采取不同的电磁辐射防护措施和防护方法。

5 结语

本文从电磁辐射对人体产生危害的基本原理出发，简述了电磁辐射和电磁污染的区别以及联系，探讨了电磁污染辐射源和影响其辐射量大小的关键因素。分析电磁辐射对人体的作用机理及其影响，并从不同方面提出了一系列控制和防护措施用以减少其对环境、人体的危害。最后需要指出的是，电磁辐射对人体危害大小的定量分析还有待进一步深入研究。