第七章静电与电磁辐射防护(张园园)

/m 波段

长波

中波

中短波

短波

超短波

分米波

0.01 厘米波

以下 毫米波

较微波更短的是红外线、可见光、紫外线、X射线等。

高频设备的震荡回路、高频变压器、耦合电容器、高频馈电线、磁控管、天线及及其他工作部件均可能成为射频电场的场源。在工业上广泛应用的感应加热设备（如金属淬火、熔炼、焊接等）加热或干燥设备，广播、电视、通讯的无线电设备及医疗设备都是利用高频磁场产生的能量来工作的。

一、电磁辐射危害人体的机理 （1）热效应

人体70%以上的都是水，水分子内部的正负电荷中心不重合，是一种极性分子，而这种极性的水分子在接受电磁辐射后，会随着电磁场极性的变化做快速重新排列，从而导致分子间剧烈撞击、摩擦而产生巨大的热量，使机体升温。

温度升高改变了细胞膜的结构。升温使细胞膜中的蛋白质分子与类脂分子的组成和排列发生变化，并使细胞膜离子（K+，Na+，Cl-等）通透性增加。

温度升高影响血液循环、细胞分裂和增殖，升温过高可造成细胞分裂停滞和间期死亡（包括凋亡和坏死）。

总言之，电磁辐射的热效应机制主要在于温度升高后加热了机体组织结构中“生物水”的结果。

（2）非热效应

非热效应是电磁辐射生物医学研究领域中最关注的热点之一。非热效应的变化主要发生在细胞和分子水平上，影响其生物物理和生物化学反应过程以及使得基因、细胞因子、信号转导通路等发生改变，进而引起相应的组织器官和整体的损伤效应。非热效应对机体的作用可能通过如下途径致伤:

细胞产生电场振荡致伤学说。由于几乎所有细胞均存在相干振荡(其振荡基频约为1×1012Hz),当细胞受电磁辐射照射后由于产生电磁场和电磁振荡而致伤。

脑组织的钙通道异常和钙浓度内外失衡致伤学说。脑组织神经细胞受微波照射后,Ca2+

通道受到破坏, Ca2+大量释放溢出,尤其在调制频率段,其Ca2+的排出达到高峰,从而导致神经系统的损伤。

振荡电场中细胞转动致伤学说。活性细胞受到外加振荡电磁作用时（尤其频率为1KHz～100MHz）,细胞将围绕垂直于电磁的轴线转动,同时还产生谐振效应,从而导致细胞发生损伤。

在外加电场中细胞膜击穿（破裂）致伤学说。外加电场可造成细胞膜的细小孔洞和沟道形成，细小孔洞相互融合扩大，致使细胞膜发生破裂，从而导致细胞膜渗透性改变，致使在正常情况下不能通过细胞膜的离子、亲水分子、病毒颗粒、DNA、蛋白质等得以进出细胞。

自由基损伤效应学说。电磁场可以影响顺磁性自由基的复合率，从而影响自由基的寿命，即影响自由基的瞬时浓度，从而发生一系列的损伤效应。

电磁波的非热效应突出特点是：机体组织细胞对电磁波的应答具有“窗效应”特异性，即具有频率特异性（“频率窗”）和功率特异性（“功率窗”，也称为“振幅窗”），前者指生物效应（即生物应答反应），只对一定频率的电磁波最敏感、最明显，后者指只对一定功率（强度）的电磁波最敏感、最明显。迄今，关于不同组织器官、细胞的生理和生化及病理损伤的“频率窗”和“功率窗”尚未阐明。 （3）累积效应

热效应和非热效应作用于人体后，在人体自我修复之前，若再次受到电磁辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，甚至危及生命。对于长期接触电磁辐射的群体，即使受到电磁辐射强度较小，但是由于接触的时间很长，也可能会诱发各种病变。

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二、电磁辐射危害的主要因素

从原理分析，电磁辐射对人体的作用，主要取决于电磁辐射能量被人体吸收的情况。电磁辐射危害的主要因素体现在以下几点：

功率。高频设备功率越大，辐射场越强，对人及设备的影响越大。 频率。工作频率越高，对人体危害越大。

与场源的间距。间距越小，辐射场强越高、对人体危害越大。 作用时间和周期。作用时间越长，周期越短，危害越严重。 波形。脉冲波比连续波危害大。

环境。环境温度、湿度越高，危害越大。 三、电磁辐射的危害后果 （1）电磁辐射对人体的危害

1.对神经系统的影响：

中枢神经系统是电磁辐射最敏感的部位。长期在低强度电磁辐射下生活和工作，可引起中枢神经系统功能紊乱，引起植物神经系统紊乱，会出现条件反射活动受抑制，出现头昏、嗜睡、记忆力减退、易激动、脱发、白发、脑电图慢波增多等神经衰弱症状，甚至出现“脑震荡综合征”及帕金森病、肌萎缩侧索硬化等病症。长期从事通信业的工作者患老年性痴呆的发生率为对照组的3.22倍，职业性接触工频电磁场的女工老年性痴呆发病率也明显升高。

2.对机体免疫力的影：

免疫系统对电磁辐射较为敏感，电磁辐射主要引起免疫抑制反应、功能下降，早期可见外周血淋巴细胞减少，Ｔ细胞及其亚群比例失调，免疫球蛋白下降，白细胞吞噬功能减弱，外周血淋巴细胞凋亡率增高，淋巴组织（脾、淋巴结、胸腺等）淋巴细胞变性、凋亡和坏死。浆细胞、网织细胞也常见不同程度的损伤。动物实验表明，高功率电磁波照射后1年，淋巴组织重建不良。

3.对心血管的影响：

动物实验表明：低强度电磁辐射长期作用，常发生血压低、心率改变、心动过缓、心电图变化、心肌缺血等现象。卫生调查表明：长期从事微波作业的人员心悸及心前区疼痛发生率明显高于对照组。中高功率电磁波常引起心肌细胞的损伤，特别是窦房结、房室结、传导纤维的病变更为明显，轻者会导致细胞退变，重者则细胞坏死和凋亡。心电图可见Ｔ形波倒置、ST段升高、传导阻滞等，甚至出现缺血性改变、心前区疼痛及血压的波动。上述变化在照射后早期即可发生，并持续较长时间。血管病变一般较心脏为轻，严重时可出现血管痉挛、血容量减少，导致皮肤苍白、全身无力或晕厥。

4.对血液和造血系统的影响：

中小功率电磁波照射后早期即见外周血红细胞、白细胞、血小板不同程度降低，高功率照射后更明显。对长期操纵雷达的人群健康调查结果表明，其中多数人出现白血球低于正常人的现象。骨髓组织早期即见充血出血、水肿，粒系、红系细胞和巨核细胞发生退变，甚至凋亡和坏死，DHA含量降低，细胞增殖能力下降，造血细胞数量减少，脂肪细胞增多，并见“巨核细胞被噬”现象及凝血功能下降。

5.对视觉系统的影响： 眼组织含有大量的水分，易吸收电磁辐射，而且眼的血流量少，故在电磁辐射的作用下，眼球的温度易升高。温度升高导致眼晶状体蛋白质凝固，主要表现为晶状体水肿、凝聚。轻者出现局灶性混浊，重者全晶状体混浊，并见前囊上皮细胞和赤道部细胞变性坏死。动物实验表明，大功率电磁波照射后，1个月晶状体即见发生上述病变。角膜的病变较晶状体轻，主要是上皮变薄、细胞变性和坏死，并见糜烂或溃疡发生。基质也常见解离现象。视网膜病变最轻，主要是色素紊乱，视锥细胞变性。

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强度为10～50mW/cm2微波辐射，可使眼的晶状体混浊，有色视野缩小，造成视力障碍。80～100mW/cm2可造成白内障和眼睛永久性损伤。

6.对生殖系统的影响：

电磁辐射的热效应抑制精子的生长，导致暂时性不育，但不损害间质组织，不影响血液中的睾酮含量。长期接触电磁辐射可导致男性性功能下降，女性月经紊乱，子代性别比例失调。电磁辐射对人类生殖危害的影响包括：男、女性不育、流产、早产、胎儿宫内发育迟缓、先天畸形、基因病、儿童肿瘤（尤其是神经母细胞瘤和白血病）发生等已有较多的流行病学和动物实验资料报道。流行病学调查显示：在极低频电磁场工厂工作的男性其后代男孩比例轻度减少，而在相同环境工作的女性其后代男孩比例则明显减少。进一步的流行病学调查显示：不仅是孕妇，非妊娠妇女甚至是男性，暴露于电磁辐射中均可引起后代女孩比例增加。例如从事碳调节器工作的男性，其子代男孩比例明显降低；父亲受高频电磁场或强静电场辐射，或在高压电厂、雷达系统附近工作，其后代女孩比例增加。

7.对内分泌及代谢的影响：

普通功率电磁波早期即可造成垂体多种激素紊乱和促肾上腺皮质激素、皮质酮、类皮质激素、甲状腺素等升高，后期则呈现下降。垂体、肾上腺、甲状腺细胞均出现营养不良性改变，凋亡增多，并持续较长时间。同时睾丸生精细胞和间质细胞发生损伤，睾酮水平下降，卵巢也见卵泡细胞退变、雌激素分泌紊乱。

8.对消化系统的影响：

对消化腺的影响比消化道明显，主要是肝功能异常，转氨酶活力升高，肝细胞退行性变，超微结构病变更为明显，严重时发生细胞凋亡、脂肪变性，偶有小灶状肝细胞坏死，晚后期有肿瘤发生。胰腺于后期常见萎缩，腺末房萎缩变小，酶原颗粒减少，并可见胰岛细胞变性、坏死。唾液腺（如颌下腺等）也常见末房细胞的退行性病变。食道、胃、小肠、大肠等消化道偶见黏膜低平、腺窝细胞核分裂减少。 （2）电磁辐射的其它危害

1.影响通讯信号：

若飞机在空中飞行，如果通讯和导航系统受到电磁干扰，就会同基地失去联系，可能造成飞行事故；若舰船上使用通信、导航或遇险呼救频率受到电磁干扰，就会影响航海安全；电磁辐射还可能会对有线电设施产生干扰而引起铁路信号的误动作、交通指挥灯的失控、电脑的差错和自动化工厂操作的失灵等。

2.破坏建筑物和设备：

在纵横交错、蛛网密布的高压线网、电视发射台、转播台等附近的家庭，不仅电视信号被干扰严重，而且居民因常受到电磁辐射而感到不适。

3.影响植物生存：

在长期存在电磁辐射的区域，如微波发射站所面向的山坡，有可能会造成植物的大面积死亡。

4.泄露电脑机密：

电脑的电磁辐射会把电脑中的信息带出去。虽然电脑的生产厂家为防止外泄的电磁辐射干扰其它电子设备，为电脑定制了电磁辐射的限制标准，但外泄的电磁辐射仍具有不容忽视的强度。如电脑显示器的阴极射线管辐射的电磁波，其频率一般在6.4MHz以下，对于这种电磁波，在有效距离内，可通过电视机或相同型号的电脑直接接收。接收或解读电脑辐射的电磁波，现已经成为国外情报部门的一项常用的窃密技术，并已经达到很高的水平。据国外试验，在1000米以外能接收和还原电脑显示终端的信息，而且看得很清晰。

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7.2.3 电磁辐射防护

一、电磁辐射防护 的基本标准

电磁辐射防护的相关规定、标准有： 《电磁辐射环境保护管理办法》（1997年3月25日国家环境保护局第18号令）； 《电磁辐射防护规定》（GB 8702—88）； 《环境电磁波卫生标准》（GB 9175—88）； 《微波辐射卫生标准》（GB 10436—89）。 二、电磁辐射防护措施 （1）屏蔽

高频磁场的屏蔽原理也是基于电磁感应原理。当高频磁场穿过金属板时，在金属板上产生的感应电势被金属板短路而产生涡流。由于此涡流产生的反向磁场足以抵消穿过金属板的原磁场，从而使磁力线在金属板旁绕行而过。

按屏蔽原理，它通常可分为二类：静电屏蔽，亦称为电场屏蔽，用于屏蔽电场；磁屏蔽，主要用于低频，多使用高磁导率的铁磁材料（铁、硅钢片、坡莫合金等）；电磁屏蔽，对电场和磁场同时屏蔽，一般也是指高频波的屏蔽，多使用低电阻金属。按屏蔽结构，常分为板状屏蔽和网状屏蔽。

屏蔽主要采用良导体材料制成，屏蔽盒无需很厚，仅由工艺结构与机械性能决定即可。实践中，盒子的厚度一般取0.2～0.8mm。必要时还可加设双层屏蔽，且随着其厚度增加，屏蔽效能更好。电磁波进入导体后会很快衰减，一般板状屏蔽的厚度达1mm即可满足屏蔽要求。对于网状屏蔽，其网孔越密，线径越大，则屏蔽效果越好。

在生产工艺允许的情况下，应适当加大屏蔽与电场源之间的距离，以免影响高频设备的正常工作，并能提高屏蔽效果。屏蔽体的边角要圆滑，以避免尖端效应。当工作需要不得不在屏蔽上开孔或开缝时，孔洞直线尺寸不宜超过电磁波波长的1/5，缝隙宽度不宜超过电磁波波长的1/10。

较大区域的整体屏蔽即构成所谓屏蔽室。除用于防止电磁场泄漏造成危害外，还用来防止外界电磁场对屏蔽范围内设备或仪器的干扰。屏蔽室也有板状屏蔽室和网状屏蔽室之分。为了防止电磁场可能从屏蔽室缝隙、门窗和通风孔道泄漏，应在这些部位适当采取防止泄漏的措施。屏蔽室各部分的连接应力求严密。

对于微波电磁场，为了防止泄漏，除可采用—般屏蔽措施外，还可采用抑制电磁场泄漏和吸收电磁场能量的办法（如使用由石墨粉、炭粉、铁粉、合成树脂等材料制成的吸收屏蔽）。对实现屏蔽或吸收有困难的某些场合，可以考虑工作人员穿特制的金属服，戴特制的金属头盔和戴特制的金属眼镜等防护措施。 （2）吸收

吸收装置是利用特殊材料制成的装置。吸收材料大致可分为两类，一类是谐振型吸收材料，另一类是匹配型谐振材料。谐振型吸收装置是利用某些材料的谐振特性制成的，厚度较小，对频率范围很窄的微波辐射能量有吸收作用。匹配型吸收装置时利用材料和自由空间的阻抗匹配，达到吸收微波辐射能量的目的。它与材料的谐振特性无关，适用吸收频率范围很宽的微波辐射。

吸收材料种类较多，如在塑料、橡胶、陶瓷等材料中加入铁粉、石墨、木炭和水等，可制成吸收材料。

此外，设置防护板、防护屏风等均可防止微波辐射的定向传播，防护板，防护屏风可以用屏蔽材料和吸收材料叠加组合而成。 （3）高频接地

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