石墨烯機理系列B之卅二：漫談電磁輻射

2018-03-12

電磁輻射分兩個級別，「工頻段」國家標準電場強度為 4000v/m，磁感應強度為 0.1mT；「射頻輻射」國家標準限值為 40μW/cm2，對於一般公眾環評取值為 20%。前述所謂 50 赫茲的工頻輻射稱為「電磁感應」，其輻射性質較弱，不會危害人體健康。至於在 220 千伏以下，工頻電場和磁場的影響小，主要是「電磁輻射干擾」（以電暈放電和間隙擊穿為主）和地電位。這種現象出現對離電力線幾十米的信息設備來說是致命的，而電話等線路與高壓線平行的話，電磁輻射干擾和噪音就會很大。不過，電場與磁場的強度都會隨著與發生源的距離加大而急速的降低，如發生源的電壓、電流消失，電磁場也會消失不見。也就是說，隨著距離的增加，電磁輻射衰減較為明顯。

射頻電磁輻射包括「電離輻射」及「非電離輻射」，電離輻射是指一些電磁波的每個光子攜帶的能量可以大到擁有破壞分子間化學鍵的能力，電離輻射是能使受作用物質發生電離現象的輻射，即波長小於 100nm 的電磁輻射。電離輻射的特點是波長短、頻率高、能量高，只有這部分的電磁波輻射是危險的，在電磁波譜中，X 射線（X Ray）以及伽瑪射線（γ Ray）具有這種特性。而非電離輻射是指與X射線相比之下波長較長的電磁波，由於其能量低，不能引起物質的電離，如近紫外線與可見光、紅外線、微波和無線電波等電離能力較弱的電磁波。我們常說的電磁輻射就是指「非電離輻射」性質的微波輻射。到目前為止，沒有任何科學實驗或研究或事實數據能夠明確證明射頻電磁波會對生物體造成不良影響。經過證實的非電離輻射對生物組織能夠產生的效果主要是其加熱效果，但需要很強並且集中指向的電磁場。

微波輻射對人體的危害分為「熱效應」和「非熱效應」二大方面。

熱效應

人體 70% 以上是水，水分子受到電磁波輻射後相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到體內器官的正常工作。體溫升高引發各種癥狀，如心悸、頭脹、失眠、心動過緩、白細胞減少，免疫功能下降、視力下降等。產生熱效的電磁波功率密度在 10MW/cm2；微觀致熱效應 1MW-MW/cm2；淺致熱效應在 10MW/cm2以下。當功率為 1000W 的微波直接照射人時，可在幾秒內致人死亡。

非熱效應

人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，處於平衡狀態的微弱電磁場將遭到破壞，人體也會遭受損害。這主要是低頻電磁波產生的影響，即人體被電磁輻射照射後，體溫並未明顯升高，但已經干擾了人體的固有微弱電磁場，使血液、淋巴液和細胞原生質發生改變，對人體造成嚴重危害，可導致胎兒畸形或孕婦自然流產；影響人體的循環、免疫、生殖和代謝功能等。

接著，我們來談談「微波輻射標準」：SAR = 肌肉吸收功率/肌肉質量。職業照射要求在每天八小時工作時間內，任意連續六分鐘按全身平均的比吸收率 SAR 應小於 0.1W/kg。例如 50公 斤體重的人應小於 5W。在公眾照射要求在一天 24 小時內任意連續六分鐘按全身平均的比吸收率 SAR 應小於 0.02W/kg，電場強度小於 12V/m 或者功率密度小於 40mW/cm2 （0.4W/m2）。而移動通信基地站包括無線發射/接收設備、天線和無線介面特有的信號處理部分，基地站發射功率一般為 10-30W，邊遠地區會達到 300W，當基地站天線高度 35-55 米時，國家環保部曾監測過上千部基地站，結果表明：發射功率為 20W 的基地站，天線前 10 米的功率密度是 0.006W/m，遠低於安全值。

其次，無論是多少千伏還是多少萬伏的高壓電線、變電站、高壓電塔、變壓器，還是家裡用的電線，以及所有和能源用電有關的設備，它們的工作頻率在中國都是 50 赫茲。這種頻率的電磁輻射的波長長達 6 千千米，按照電磁輻射發射天線的理論分析，想要發射這種波長的電磁輻射，那麼其天線的尺寸也要達到上千千米才能做到。所以對於 50Hz 的輸電設施來說，只能在其很近距離的周圍產生感應電磁場，很難做到向外輻射能量。至於大家擔心的手機電磁波，以現有的 WCDMA 手機的發射功率幾乎是實時跟隨信號電平的波動，信號電平下降，發射功率隨之下降。但手機發射功率一直維持在很低的水平，很少超過 100mW。同樣的，由於 WiFi 發射功率低於 100mW，低於手機功率，所以也不必太擔心！

最後，我們來談談為微波爐。微波爐分為商用（頻率 915MHz，用於烘烤和消毒）及家用（頻率 2450MHz，用於加熱食物）兩種。微波爐系利用 2450MHz 的頻率穿透食物，當微波被食物吸收時，被食物內的極性分子（如水、脂肪、蛋白質、糖等）取向將隨微波場而變動（每秒 24 億 5000 萬次的速度快速震蕩），食品中水的極性分子通過這種運動與相鄰分子間相互作用，產生了類似摩擦的現象，使水溫提高，另物質加熱。事實上，微波爐泄露的電磁輻射值微乎其微，穿透力極低，不會危害健康更不會致癌。實驗結果顯示微波爐的輻射至為 278 毫高斯，而真正對人體可以造成傷害的的輻射值強度不超過 833.3 毫高斯就不會對人體造成傷害，所以微波爐對人是不會造成任何傷害的。