孫 歡

(渭南師范學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，陜西 渭南 714099)

隨著人類科技的不斷進(jìn)步，在享受著高科技帶來的便利生活的同時，人類對環(huán)境的污染也達(dá)到了前所未有的程度。相比之下，電磁污染是當(dāng)今社會最為關(guān)注的問題之一。它不僅影響范圍廣，還具有很強(qiáng)的隱蔽性。在很大程度上對環(huán)境造成了諸多污染，同時也嚴(yán)重地影響著人們的身體健康。

本文主要介紹電磁輻射的原理，討論電磁污染和電磁輻射的區(qū)別和聯(lián)系；通過分析電磁污染在不同方面的危害說明電磁污染對人類健康的影響；在探討電磁污染危害的基礎(chǔ)之上，提出一系列控制與防護(hù)措施。

1 電磁輻射與電磁污染

“電磁輻射”和“電磁污染”是兩個有相互聯(lián)系但又不同的概念。眾所周知，地球這個整體就是一個很大的磁場，有南極、北極之分。處在地球上的所有動植物無一例外地被這個磁場所包圍。但這并不是說所有的動植物等都受到了電磁輻射的危害。本文所要討論的電磁污染，則是指電磁輻射的強(qiáng)度超出了一定的限值，即超出了人體或其他生物體所能接受的不受其危害的限值[1]。當(dāng)電磁輻射超出了這個限值，就會對人體形成不同程度的危害。從不同頻率方面去劃分,電磁輻射包括射頻輻射和工頻輻射。射頻輻射就是我們平時所說的無線電輻射，它的頻率由低到高不等，范圍較大，從0.3 MHz到300 000 MHz。與射頻輻射相比，工頻輻射則是頻率極低的電磁場,在我國僅50 Hz,而在有些國家，例如美國為60 Hz。

國家《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》給出了防護(hù)限值的基本限值和導(dǎo)出限值。[2]職業(yè)照射導(dǎo)出限值是指在每天工作的8 h中，電磁輻射場的場量參數(shù)在任意連續(xù)6 min內(nèi)的平均值應(yīng)滿足表1(職業(yè)照射導(dǎo)出限值)要求；公眾照射導(dǎo)出限值是指在一天的24 h中，環(huán)境電磁輻射場的場量參數(shù)在任意連續(xù)6 min內(nèi)的平均值應(yīng)滿足表2(公眾照射導(dǎo)出限值)要求。這就給我們提供了一個電磁輻射的安全標(biāo)準(zhǔn)。不可否認(rèn)，現(xiàn)實(shí)中工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域,人類都在不同程度地運(yùn)用電磁輻射，可見電磁輻射對我們還是有積極的一面。換言之，電磁輻射并不完全是一個多么讓人憂慮的字眼，它并不等同于電磁污染。合理地分析電磁輻射與電磁污染的區(qū)別與聯(lián)系有助于我們更好地利用電磁輻射，也能夠更有效地控制和防護(hù)電磁污染，造福自然和人類。

表1 職業(yè)照射導(dǎo)出限值

注：表中f是頻率，單位MHz；*系平面波等效值，供對照參考；**供對照參考，不作為限值

表2 公眾照射導(dǎo)出限值

注：表中f是頻率，單位MHz；*系平面波等效值，供對照參考；**供對照參考，不作為限值

2 電磁輻射的影響機(jī)制

2.1 基本理論

眾所周知，電磁波是電磁場的一種運(yùn)動形態(tài)。在麥克斯韋經(jīng)典電磁理論中，電場和磁場之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化，前提是需要變化的電場和變化的磁場。[3]換言之，電和磁可謂一體兩面，它們的變化共同構(gòu)成了一個統(tǒng)一的無法分開的場，這便是電磁場。電磁波的形成實(shí)質(zhì)上是空間中電磁場的不斷傳播，它的傳播方向與電場和磁場構(gòu)成的面相互垂直，并且伴隨著能量與動量的傳遞。[4]

圖1 電場與磁場在空間的傳播

2.2 電磁輻射對人體的影響機(jī)理

生物學(xué)知識告訴我們，人體是由多種不同的微粒構(gòu)成的，如水分子、葡萄糖、脂肪、蛋白質(zhì)等。當(dāng)人處在外界電磁場中時，這些不同微粒會在電磁場作用下受到不同程度的影響。由上文我們知道電磁波具有能量,當(dāng)其能量在一定范圍內(nèi)時，人體中的各種微粒受其影響會達(dá)到自身的一種平衡狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)不會對人體產(chǎn)生不好的影響。當(dāng)外界的電磁場能量超過一定范圍時，人體內(nèi)的各種微粒的狀態(tài)會產(chǎn)生極大的變化和不穩(wěn)定，原來的穩(wěn)定狀態(tài)和平衡態(tài)被破壞，它的破壞程度取決于外界的電磁場強(qiáng)弱。本文中所說的電磁輻射的危害就是針對人體內(nèi)異常狀態(tài)的不同程度而言的。

由電動力學(xué)理論可知，一些物質(zhì)處在電磁場中會被極化和磁化。[5]在經(jīng)典電磁學(xué)理論中，有以下方程成立：

(1)至熱作用。外界的電磁輻射強(qiáng)度很高時，人體會對其輻射能量進(jìn)行吸收，與此同時體內(nèi)將會發(fā)生一系列的變化和生物反應(yīng)。由上文中介質(zhì)極化和磁化的相關(guān)理論可知，人體內(nèi)的極性分子會在電磁場的作用下被極化并產(chǎn)生熱量，使得人體的體溫升高，對生命體的各個部分的正?；顒赢a(chǎn)生影響，危害健康，這便是電磁輻射對人體產(chǎn)生的至熱作用。

(2)非至熱作用。與至熱效應(yīng)不同，非至熱效應(yīng)不需要很高的外界電磁輻射強(qiáng)度，它是在人體受到較長時間的電磁輻射后產(chǎn)生的效應(yīng)。[7]雖然沒有體內(nèi)熱量的明顯增加，但長時間的輻射會導(dǎo)致細(xì)胞膜共振，限制細(xì)胞活動，這是電磁輻射對人體產(chǎn)生的非至熱作用。

(3)累積作用。顧名思義，累積效應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是長期受到電磁輻射的作用而產(chǎn)生的傷害。人體接二連三地暴露在外界的電磁輻射下，其危害就會不斷累積，達(dá)到一定的時間積累后會嚴(yán)重影響和危害生命健康，誘發(fā)各種病變。

(4)刺激作用。這里所說的刺激效應(yīng)主要是當(dāng)人體的神經(jīng)細(xì)胞受到外部電磁場產(chǎn)生的電流刺激時，會產(chǎn)生和觸電一般的感覺，嚴(yán)重時可以造成心臟停止跳動的可怕后果。

由此可見，當(dāng)電磁輻射一旦對人體產(chǎn)生上述危害其電場就表現(xiàn)為破壞性。人體則相應(yīng)表現(xiàn)為上文中所指的“非平衡狀態(tài)”，從而引起人體的某些疾病和危害。由于在射頻和工頻電磁場中射頻的頻率會相對大一些，因此電磁場對人體的輻射和影響主要來自于射頻電磁場。

需要說明的是，以上只選取了電磁學(xué)理論中的一些基本的物理量和方程式作為說明電磁輻射對人體產(chǎn)生危害相關(guān)原理的理論依據(jù)，實(shí)際中則為在不同介質(zhì)(例如各向同性或各向異性)中比較復(fù)雜的關(guān)系式(麥克斯韋方程組)的討論和應(yīng)用[8]。

3 電磁污染對人體的主要危害

3.1 電磁污染對人體的影響因素

我們知道，電磁場對人體的輻射和影響主要來自于射頻電磁場。這是由于在射頻和工頻電磁場中射頻的頻率會相對大一些。即頻率的大小是電磁輻射人體的影響因素之一。除了頻率之外還有哪些影響因素呢？其實(shí)在對電磁輻射對人體產(chǎn)生影響作用機(jī)制的討論中我們已經(jīng)大致從四個方面說明了電磁污染的影響，即電磁輻射的至熱效應(yīng)、非至熱效應(yīng)、累積效應(yīng)和刺激效應(yīng)。這些內(nèi)容使得我們定性地了解了一些影響因素。下面我們將重點(diǎn)放在一些具體的可測量的物理量上。因?yàn)橹挥猩钊氲匮芯窟@些物理量的影響作用，才能定量地了解電磁污染在不同程度上的危害。

(1)電磁波功率的大?。弘姶泡椛涞挠绊懪c電磁波的功率有關(guān)。電磁設(shè)備的輸出功率越大，其輻射的強(qiáng)度就越大，即對人體的危害也就越大。

(2) 電磁波的頻率高低(或者波長大小)：在上文的理論討論中我們已經(jīng)指出，電磁波的輻射能量越大，對人體的危害就越大。也就是電磁波的波長越短,頻率越高,對人體的影響就越大。所以長波對人體的影響作用比較弱,隨著波長的減小,相應(yīng)地對人體的影響會加大。由于微波的頻率很高，波長很小(頻率在300 MHz～300 GHz之間，波長在1 mm～1 m之間)，故微波對人體的影響作用最為突出。

(3)電磁輻射的時間長短：由電磁輻射的累積效應(yīng)可知電磁輻射作用的時間越長，影響越大。

(4)離輻射源的距離遠(yuǎn)近：由于電磁波這種物質(zhì)攜帶著能量，而能量是隨著電磁波的傳播而逐漸衰減的，故電磁波的影響也是和距離有關(guān)。離輻射源越近,輻射的強(qiáng)度就越大,對人體的影響也就越大。

(5)環(huán)境的溫度和濕度：在炎熱多雨的夏季，周圍環(huán)境的溫度很高，濕度也比較大，相應(yīng)地人體也很難將自身產(chǎn)生的熱量散出去，因此受到輻射的影響也就越大。

(6) 振蕩性質(zhì)：電磁脈沖對人體有比較特殊的傷害作用，它在人體當(dāng)中引發(fā)的電流及電磁場的分布是比較復(fù)雜的。相對于連續(xù)波而言，這種電磁脈沖波對機(jī)體的影響是比較嚴(yán)重的。[8]

3.2 電磁污染對人體的主要危害

電磁污染對人體的危害是無處不在的，同時也是多方面的?？梢钥吹剑┠陣鴥?nèi)外媒體對電磁輻射有害的報(bào)道屢見不鮮。很多資料顯示，在高壓線周邊工作的人會比其他人患癌幾率更高，兒童得白血病的病因很可能是距離高壓電線太近等。

(1)對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。電磁輻射首先影響人的感覺神經(jīng)末梢，進(jìn)而對中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響，不僅使腦電發(fā)生改變，人體的新陳代謝也會相應(yīng)改變，產(chǎn)生紊亂。進(jìn)一步說，這種內(nèi)部信號通過對人體神經(jīng)系統(tǒng)的影響會使人的行為發(fā)生變化。人就很有可能行為錯亂、做噩夢等。其嚴(yán)重程度和電磁污染的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，只要在安全限值以下，電磁輻射對人的工作、生活便不會有影響。當(dāng)超出限度后則要采取一定的防護(hù)措施了。

(2)對心血管系統(tǒng)的影響。電磁輻射在對神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害后，人體內(nèi)的新陳代謝也會發(fā)生改變。在這種改變之下，進(jìn)一步會引起心臟、胰腺等臟器的變化，如心跳加快、心悸、失眠和血壓下降等，其具體的影響還在進(jìn)一步討論中。

(3) 電磁輻射與癌細(xì)胞的關(guān)系。電磁輻射威脅人體健康還表現(xiàn)在它能激活原癌基因，誘發(fā)癌癥。原癌基因在電磁輻射下有可能會被激活。經(jīng)激活原癌基因后誘發(fā)癌癥并加速人體的癌細(xì)胞增殖，這是電磁輻射的又一危害。事實(shí)證明，不僅高頻短波的電磁輻射對人體有害，極低頻長波的電磁場也是和白血病(特別是兒童白血病)、乳腺癌、神經(jīng)系統(tǒng)腫癌、皮膚惡性黑色素癌等有一定的關(guān)系。

(4)對視力的影響。電磁輻射對視力的影響涉及各類人群。電磁輻射強(qiáng)度很高時，可使人眼晶狀體蛋白質(zhì)凝固，引起眼睛不適等損傷，這種損傷在夜晚更加明顯。更強(qiáng)的輻射會使角膜、虹膜、前房和晶狀體同時受到傷害而導(dǎo)致白內(nèi)障，嚴(yán)重者甚至造成視力完全喪失。

必須指出，除以上介紹的4種影響之外，電磁輻射對人體健康的影響是多方面的。例如對呼吸系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等都會產(chǎn)生不同程度的影響。這里需要說明的是，不同的人(或同一人在不同年齡階段)對輻射的耐受力是不相同的，通常而言，老人、幼兒和孕婦是敏感人群。[9]

4 電磁污染的控制與防護(hù)

4.1 電磁輻射防護(hù)原理

為了預(yù)防和減少電磁輻射對人體的傷害，人們需采取一定防范措施。其根本目的是除去或減小人體所處的磁場強(qiáng)度，這里根據(jù)電磁學(xué)基本原理，從兩個方面說明電磁輻射防護(hù)的原理: 屏蔽和吸收[1]。

(1)屏蔽。屏蔽是為了防止外界電場或磁場進(jìn)入某個需要保護(hù)的區(qū)域。它是對兩個空間進(jìn)行金屬的隔離，用以控制外場和電磁波從一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的電磁感應(yīng)和輻射。具體地講，就是用屏蔽體將元部件、組合件或系統(tǒng)的干擾源和接收電路、設(shè)備或整個系統(tǒng)包起來以防止干擾電磁場的擴(kuò)散和接受系統(tǒng)受到電磁場的影響。這是因?yàn)槠帘误w對干擾和內(nèi)部電磁波有著反射能量和抵消能量的作用，反射體現(xiàn)在電磁波的界面反射，抵消體現(xiàn)在屏蔽層上反向電磁場的產(chǎn)生上。真正影響屏蔽效能的因素，其一是在屏蔽體表面上必須是導(dǎo)電連續(xù)的，其二是不能存在直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。倘若屏蔽體上有導(dǎo)電不連續(xù)的點(diǎn)，屏蔽體不同部分的結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙會產(chǎn)生電磁泄漏；若存在直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體，則電磁波亦會隨導(dǎo)體而充滿空間，失去了屏蔽的作用。

(2)吸收。吸收是我們用某些材料將電磁輻射能吸收掉完全量或部分量以降低電磁輻射的強(qiáng)度。電磁波吸收的原理為：當(dāng)給定了電磁波的吸收材料時，外加電磁場與吸收材料中的電偶極子抑或磁偶極子相互作用，由于磁疇的轉(zhuǎn)動和移動及滯后效應(yīng)等原因使得電磁能量被消耗，這種能量將轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)一步使得干擾源的能量被大大削減。

這里吸收材料的選擇頗為重要，因?yàn)椴煌奈詹牧掀湮招Ч遣煌摹?shí)驗(yàn)證明材料的吸收作用與磁導(dǎo)率、介電系數(shù)和導(dǎo)電率三者的數(shù)值大小有關(guān)系：磁導(dǎo)率越高，介電系數(shù)越大，導(dǎo)電率越高，材料的吸收作用越強(qiáng)。根據(jù)這一點(diǎn)，在具體的實(shí)際應(yīng)用中我們所用的吸收材料主要是一些電的良導(dǎo)體和鐵電性較強(qiáng)的物質(zhì)，電磁波在良導(dǎo)體中的衰減量很大，幾乎可以全部被吸收。

表3 家庭常用電器電磁輻射量參考值

4.2 電磁污染的主要來源

由以上討論可知，只有當(dāng)電磁輻射的強(qiáng)度超出一定量時，才會對人體產(chǎn)生影響。例如我們一直所處的地球磁場或者是閃電造成的輻射(較強(qiáng)作用的雷電或核爆炸等強(qiáng)電磁除外)是不必在意的。這是因?yàn)槿祟惖牟粩噙M(jìn)化使得我們對一定的電磁輻射是能夠抵抗的。一般的電磁輻射類型分為自然輻射和人工輻射。這里所說的電磁輻射的主要污染源是指來自于各種不同的發(fā)射設(shè)備和各種系統(tǒng)帶來的輻射，如通信設(shè)備的輻射、電力系統(tǒng)的輻射等。在家庭生活中影響我們的主要是廣播、電視、移動通信設(shè)備和微波爐等。

4.3 日常生活中電磁輻射的防護(hù)與控制

除生產(chǎn)工業(yè)輻射外，電磁輻射對人體健康的影響主要來自于日常生活。下面我們將家庭常用電器電磁輻射檢測數(shù)據(jù)(參考值)[10]列入表3。

由表3可知，在常用家電中電磁輻射危害相對比較嚴(yán)重的就是空調(diào)、手機(jī)、電腦和微波爐產(chǎn)生的輻射。因此，針對不同的家用電器，我們應(yīng)該采取不同的電磁輻射防護(hù)措施和防護(hù)方法。

5 結(jié)語

本文從電磁輻射對人體產(chǎn)生危害的基本原理出發(fā)，簡述了電磁輻射和電磁污染的區(qū)別以及聯(lián)系，探討了電磁污染輻射源和影響其輻射量大小的關(guān)鍵因素。分析電磁輻射對人體的作用機(jī)理及其影響，并從不同方面提出了一系列控制和防護(hù)措施用以減少其對環(huán)境、人體的危害。最后需要指出的是，電磁輻射對人體危害大小的定量分析還有待進(jìn)一步深入研究。