电磁辐射与电磁防护

2009 年第 5 期 中国个体防护装备 CPPECPPE China Personal Protective Equipment 1 概述 以粒子或波的形式发生的能 量传递、 传播及吸收活动称为辐 射， 主要分为两类： 电离辐射及 非电离辐射。 非电离辐射中的射 频 、 微波等部分统称为电磁辐 射。 随着科技进步， 电磁辐射在 各类作业场所得到广泛利用。 典 型应用包括： 电视和广播发射系 统、 射频感应及介质加热设备、 微波医疗设备、 通信发射台站、 卫星地球通信站等。 除此之外， 生活中接触的一些电气设施也成 为电磁辐射源， 如： 居住地附近 电磁辐射与电磁防护 罗穆夏 张普选 马晓薇 通讯作者 杨文芬 （北京市劳动保护科学研究所 北京 100000 山西元丰防治技术研究有限公司 太原 国家纳米科学中心 北京） 【摘 要】 本文讨论了电气进程带来的电磁辐射污染及其防护问题。 从电磁辐射的来源、 作用人群、 对人 体的影响方式阐述了电磁辐射防护的必要性。 介绍了电磁辐射暴露限值标准、 电磁辐射防护原理、 防护装 备标准及产品现状。 提出了现有电磁辐射暴露限值标准及防护装备产品标准的不足， 指出现阶段应进行的 进一步工作： 考虑非致热效应对人体的影响， 完善统一电磁辐射暴露限值标准； 增加电磁辐射防护装备标 准覆盖面， 以利加强监管， 进一步规范产品市场。 【关键词】 电磁 辐射 电磁辐射 辐射防护 个体防护装备 职业安全健康 Electromagnetic Radiation and Electromagnetic Protection Luo Muxia Zhang Puxuan Ma Xiaowei Yang Wenfen （Beijing Municipal Institute of Labor Protection Beijing 100000, Shanxi Yuanfeng Textile Technology Research Co., Ltd Taiyuan, National Center for Nanoscience and Technology Beijing） 【Abstract】 The article discusses modern usage of electronic devices and the electromagnetic radiation (abbrevi- ated: EM radiation) brought with it. A discussion is set forth about sources of EM radiation, main people groups influenced by the radiation, negative effects on human health of the radiation. The article points out the impor- tance and urgency for EM radiation protection. The article introduces the importance of EM radiation protection and efforts made in order to reduce EM ra- diation hazard: exposure limits standards, principles of EM radiation protection, and personal protective equip- ments against EM radiation: products and relevant standards. The article points out future points of interest toward better EM-radiation protection: consider negative im- pacts on human health induced by non-thermal effects, and make proper revisions of the current exposure limits standards; widen the cover area of EM-radiation protective equipment standards and introduce better market su- pervision. 【Keywords】 electromagnetism radiation electromagnetic radiation radioprotection personal protective e- quipment occupational safety and health 防护装备技术研究 26 2009 年第 5 期 中国个体防护装备 CPPECPPEChina Personal Protective Equipment 的变电设备、 高压及超高压输电 线 、 家用电器 （如电磁炉等 ）。 在电气技术应用给人类带来生活 便利性及生产效率提升的同时， 与之相伴的电磁辐射正成为新的 污染来源。 由于人类生活作业环境中电 磁辐射的普遍程度不断加深， 世 界各国越来越重视电磁环境， 重 视电磁辐射对人体伤害的研究； 电磁辐射对人类健康的影响及其 防护已经成为一个迅速发展的科 学新领域。 针对电磁辐射的国际 性合作研究也已展开： 世界卫生 组织在全球范围内发起了 “国际 电磁场” （The International EMF Project） ， 旨 在 针 对 0 ~ 300GHz 的电磁辐射对人体带来 的健康影响进行研究。 该计划自 启动以来， 吸引了世界范围内的 科学家与职业健康安全专家参 与， 推动了人类对电磁辐射危害 的了解［1］。 2 电磁辐射对人体的危害 2.1 电磁辐射对人体的主要影响 形式 电磁场对人体的主要影响形 式可以归结为以下几种： （1） 热效应 （thermal effect）： 电磁场作用于人体 （细胞和 生物介质 ） ， 引起组织温度升 高。 （2） 非热效应 （non-thermal effect）： 电磁场通过使人体温度升高以 外的方式改变生理生化过程。 （3） 累积效应： 热效应和非热效应作用于人 体后， 人体遭受的伤害未得到自 我修复 （通常所说的人体承受 力———内抗力） 前， 再次受到电 磁波辐射， 伤害就会发生累积。 长期接触电磁辐射的人群， 即使 接触功率很小， 频率很低， 也可 能受累积效应影响， 产生不同程 度的健康危害。 2.2 电磁辐射对人体的损伤 受电磁辐射影响， 易产生损 伤的机体系统包括： 中枢神经系 统、 内分泌系统、 心血管系统、 免疫系统 、 造血系统 、 生殖系 统、 视觉系统。 2.2.1 中枢神经系统 接触高频电磁场时， 人体中 枢神经系统受其中的中波和短波 部分影响， 出现以下症状： 中枢神经系统和植物神经系 统功能紊乱： 头疼、 乏力、 失眠 多梦、 白天嗜睡、 记忆力减退等 精神衰弱症状。 2.2.2 内分泌系统 在对内分泌系统的影响方 面， 普通功率电磁波早期即可造 成下丘脑、 腺垂体及外周靶腺激 素分泌失调。 在影响前期， 肾上 腺糖皮质激素、 甲状腺激素水平 升高， 后期则呈现下降趋势。 与 此同时， 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［2］。 2.2.3 心血管系统 长期受电磁波辐射的人患心 血管疾病的概率会大大增加， 研 究表明， 电磁波影响会改变心室 肌膜表面钠离子、 钙离子通道对 这两种离子的转运， 影响心室肌 复极化时间， 从而影响心肌收缩 能力［3］。 此外， 患者的心电图上 还可能呈现 RT 波电压下降， PQ 波的延长， P 波加宽等非正常现 象。 2.2.4 免疫系统 早在 1979 年 ， Shandala 等 人就报道了微波辐射会刺激动物 脑部电生理活动， 引起脑皮质中 心区改变 ， 并抑制免疫系统功 能， 如造成血液中淋巴细胞功能 紊乱和脾脏中玫瑰花结形成细胞 减少等［4］。 2.2.5 造血系统 人体受中低功率电磁波照 射， 可造成血红细胞、 白细胞、 血小板不同程度降低； 受高功率 照射后上述现象更加明显， 可造 成 1 年以上的持续损伤及造血组 织重建不良现象。 2.2.6 生殖系统 电磁波照射对生殖的影响主 要为流产率升高 、 胚胎发育迟 缓、 畸胎率增加等。 据调查， 受 孕前 6个月和/或妊娠前 3 个月从 事微波热透疗法的女理疗师早期 流产的危险性明显增加 ［5］。 男性 接受电磁辐射 ， 后代也受到影 响 。 据 NORDSTORM 对瑞典发 电厂工人进行的流行病学调查， 在高压装置附近工作的男性， 后 代围产期死亡率增加 3.6 倍、 先 天性畸形增加 3.2倍［6］。 2.2.7 视觉系统 电磁辐射对视觉造成的伤害 主要为对眼睛的长期累积伤害， 造成晶状体、 角膜的结构性损伤。 曾有未采取防护措施的雷达操作 防护装备技术研究 27 2009 年第 5 期 中国个体防护装备 CPPECPPE China Personal Protective Equipment 员在 100mW/cm2 的微波辐射下 工作一年后发生双眼白内障［7］。 2.3 电磁辐射的影响对象 2.3.1 输变电线路、 无线基站附 近的居民 随着城市人口密度的增大及 城市住宅建设的升温， 输变电设 备、 高压线路等电磁辐射源与居 住区的距离无法得到完全控制。 一些住宅楼与高压输电线路相距 过近， 住户健康受到威胁 。 另 外， 无线通讯网络的覆盖范围拓 宽过程中， 一些无线通讯基站也 可能对周边居民产生影响。 2.3.2 特种作业人员 暴露在高强度电磁场中对人 体健康造成的不良影响早已被确 认， 而越来越多的研究揭示， 长 期暴露在低频或低强度电磁辐射 中， 也会损害人体健康。 电磁辐 射环境中的作业人员， 同时受到 这两类不同强度的电磁场威胁： 一般作业时处于低强度辐射环境 中， 在某些特殊情况下有接受高 频高强辐射的危险 （进行设备抢 修等需要靠近强电磁源的时候）。 对这些作业人员来说， 电磁辐射 造成的影响与普通人相比更加严 重。 由于电磁辐射的不可见性， 很多作业者并不清楚其对人体的 危害， 造成安全意识淡薄， 与之 相关的特种作业人员有缺乏适当 防护的危险。 随着人类对电磁辐 射及其对人体负面生理作用的认 识不断加深， 电磁环境作业人员 防护的紧迫性和重要性应被给予 应有的重视。 3 电磁辐射防护 3.1 电磁辐射防护的重要性和必 要性 人们在认识电磁伤害， 研究 电磁辐射对人体伤害过程中， 也 在积极思考电磁辐射的防护， 早 在上个世纪 50年代以原苏联和美 国为代表的许多国家就开展了电 磁辐射防护标准的研究， 研究对 象主要为电磁辐射环境中作业者 的防护问题。 3.2 国内外电磁辐射防护标准现 状 目前国际上的代表性电磁辐 射防护标准为美国电子电器工程 师协会 （IEEE） C95.1 和国际非 电离辐射防护委员会 （ICNIRP） 导则。 IEEE C95.1 被美国、 澳大 利亚、 加拿大和韩国采用， 而欧 盟、 日本等国采纳 ICNIRP 导则。 我国相关标准的制定过程中， 也 借鉴和参考了上防护标准及导则 （表 1）。 我国的电磁辐射防护体系中 包括一系列由卫生部、 国家环保 总局制订的标准， 包括 GBZ-1- 2002 《工业企业设计卫生标准》、 GB 18555-2001 《作业场所高频 电磁场职业接触限值》等［8］。 IEEE C95.1 标准和 ICNIRP 导则均以电磁场热效应为基础， 制定最大容许暴露水平或限值。 但是电磁场生物效应的研究表 明， 低于这些标准限值的电磁辐 射会通过非致热效应影响人体健 康， 而大量流行病学资料也表明 低强度长期电磁场暴露对人体健 康的不良影响。 因此上述导则还 存在不足之处， 有待完善。 “卫生部标准” （包括： GB 18555-2001 《作业场所高频电磁 场职业接触限值 》、 GB 10437- 1989 《作业场所超高频辐射卫生 标准》、 GB 10436-1989 《作业场 所微波 辐 射 卫 生 标 准 》 、 GB 16203-1996 《作业场所工频电场 卫 生 标 准 》 和 GB 9175 -1988 《环境电磁波卫生标准》） 的特点 是： ———给出了各频段的场强计 算公式， 为电磁辐射水平的预测 提供了依据； ———以电磁辐射强度及其频 段特性对人体可能引起潜在不良 影响的阈值为界， 将环境电磁波 容许辐射 强度标准分为二级 （超过二级标准， 对人体可能带 来有害影响）； ———分别制订了工频 、 高 频、 超高频、 微波等频段的辐射 表 1 世界主流电磁辐射防护标准 标准名称 制定者 采用该标准的国家和地区 IEEE C95.1 美国电子电器工程师协会 美国、澳大利亚、加拿大、韩国 ICNIRP导则 国际非电离辐射防护委员会 欧盟、日本等国 GBZ-1-2002 GB 18555-2001 中国国家卫生部、中国国家环保 总局 中国 防护装备技术研究 28 2009 年第 5 期 中国个体防护装备 CPPECPPEChina Personal Protective Equipment 卫生标准； ———标准中采用了最大容许 暴露量的概念。 国家环保总局制定的 “环保 标准 ” （包括 GB 8702-88 《电 磁辐射防护规定 》 、 HJ/T 10.3- 1996 《电磁辐射环境影响评价方 法 与 标 准 》 和 HJ/T 24 -1998 《500kV 超高压送变电工程电磁 辐射环境影响评价技术规范 》） 特点如下： ———采用 “限值” 的概念， 认为 “限值” 是可以接受的辐射 水平的上限， 并包括各种可能的 电磁辐射污染的总量值； ———采用比吸收率 （SAR） 作为基本限值单位； ———适 用 频 率 范 围 为 10kHz~300GHz， 未包括工业频 率； ———10kHz~300GHz 内均采 用 SAR 作为基本限值单位 ， 未 考虑不同频率电磁场及近场、 远 场电磁辐射对人体作用形式及结 果的不同。 3.3 电磁辐射防护装备 3.3.1 概述 国内对电磁辐射防护的研究 早已开始， 但电磁辐射防护装备 的概念与应用被广泛接受较晚。 减少电磁辐射的伤害， 主要从两 方面入手： （1） 降低辐射源的辐射强 度。 如在辐射源周围铺设特殊材 料， 材料受电磁场作用产生感应 电流， 由电流热效应将辐射能量 转换为热能。 （2） 被动屏蔽法。 无法有效 降低辐射源辐射强度时， 多采用 被动屏蔽法， 即配备电磁辐射防 护装备。 由于电磁辐射特性的复杂 性， 难以单纯通过对辐射源屏蔽 的合理设计消除其危害。 配备防 护装备， 对确保作业者的安全健 康是十分必要的。 3.3.2 电磁辐射防护服装 电磁辐射防护服装对电磁辐 射起屏蔽作用， 降低其对人体的 伤害， 是电磁辐射作业场所应用 的主要防护装备。 电磁辐射防护服装按原理主 要分为两种： 导电型和导磁型。 导电型防护服在受到外界磁场作 用时， 产生感应电流， 感应电流 又产生与外界磁场方向相反的磁 场 ， 抵消外界磁场达到防护作 用； 导磁型防护服则通过磁滞损 耗和铁磁共振损耗大量吸收电磁 波的能量， 并将其转化为其它形 式的能量， 达到对电磁辐射的衰 减效果。 根据屏蔽服装材料， 又可以 将市面上主要防护服装分为 4 类： （1） 碳纤维、 不锈钢纤维等 与纺织纤维制成的混纺材料： 优点为手感柔软 ， 透气性 好。 缺点为制成的防辐射织物屏 蔽效率较低， 一般为 15~30dB 左 右， 且不同频段差异很大， 限制 了其使用范围， 目前正在逐步被 取代。 （2） 多离子织物 通过一定物理过程 （真空喷 洒法、 真空镀法等） 或化学反应 （如电解法等） 制成。 优点为屏 蔽效率高， 使用频段宽， 性能稳 定， 并且兼具混纺织物柔软、 透 气的特点。 （3） 电磁辐射防护纤维制成 的织物 主要包括本征型导电聚合纤 维及复合型高分子导电纤维。 （4） 涂层防辐射织物 使用掺入金属氧化物或金属 粉末、 高分子成膜剂等制成的涂 层制剂， 使织物获得电磁辐射防 护能力［9］。 3.3.3 性能评价及技术要求 目前我国市场上有大量电磁 辐射防护服存在， 应用范围覆盖 了一般居住环境 （如提供给孕妇 穿着的电磁辐射防护服） 到作业 场所 （如防微波辐射服）。 评价电磁屏蔽的效果， 常用 屏蔽效率 （SE）， 单位为dB ［10］。 定义为空间某点未加屏蔽时的电 场强度 E0 （或磁场强度 H0、 功 率 W0） 与加屏蔽后该点的电场 强度 E1 （或电压、 磁场强度 H1、 功率 W1） 之比 （式 1）。 SE = 20lg E0E1 = 20lg U0U1 = 20lg H0H1 20lg H0H1 = 10lgW0W1 ———式 1 屏蔽 效率定义 国家标准 GB 6568.1 -2000 《带 电 作 业 用 屏 蔽 服 》 中 对 10kV~500kV 电气设备上进行带 电作业的作业者穿戴的屏蔽服提出 了技术要求 （表 2、 表 3）［11］。 防护装备技术研究 29 2009 年第 5 期 中国个体防护装备 CPPECPPE China Personal Protective Equipment 3.4 我国电磁辐射防护存在的问 题 早期的电磁辐射防护服装受 工艺限制， 存在沉重、 穿着舒适 性差、 成本高等问题， 因此仅在 极少数作业场所使用。 随着电磁 辐射伤害研究的发展、 纺织科学 的进步， 电磁辐射防护服装的舒 适性及便利性增强， 应用范围也 不断扩大。 虽然电磁辐射防护的概念普 及程度逐步加深， 电磁辐射防护 越来越受重视， 但电磁辐射防护 的相关标准及防护装备市场仍存 在以下问题： （1） 电磁辐射限值标准制定 的理论依据为致热效应， 不能完 全体现电磁辐射对人体的影响； 限值标准评价方式不统一， 影响 其有效实施及作业场所电磁辐射 的有效评估。 （2） 我国现行的电磁辐射防 护装备国家标准为 GB6568.1 《带 电作业用屏蔽服装》， 主要针对 高压电气设备作业者， 针对微波 辐射的防护标 准 GB/T 23463 《防护服装 微波辐射防护服》 为 2009 年新制定标准， 尚未实施。 因此微波等电磁辐射成分的防护 还有待加强。 （3） 民用电磁辐射防护装备 的研究应用不足 ， 存在标准缺 失， 缺乏监管， 产品夸大宣传等 情况。 在国外， 电磁辐射防护服装 已走入普通家庭， 而我国的电磁 辐射场所作业人员尚未配备足够 的防护装备。 随着对电磁辐射特 性及其短期和长期生理伤害的了 解日益加深， 我国对作业场所电 磁防护的重视程度将不断提升。 应结合已有成果， 在以下问题上 做进一步工作： （1） 完善和统一电磁辐射暴 露限值标准。 进行电磁辐射伤害 机理的进一步研究， 充分了解非 致热效应对人体健康危害， 并作 为参考依据， 进行电磁辐射暴露 限值标准修订。 （2） 完善电磁辐射防护服装 国家标准， 增加覆盖面， 将民用 防护服装纳入标准管理范围。 参考文献 ［1］ http：//www.who.int/peh-emf/project/ EMF_Project/en ［2］ 电磁辐射的损伤与防护 王德文，彭 瑞云 《中华劳动卫生职业病杂志》 2003 年 10 月 第 21 卷 第 5 期 ［3］ Influenceofexposureto electromagnetic fieldon the cardiovascular system. J. H. Jeong，J. S. Kim，B. C. Lee，Y. S. Min，D. S. Kim，J. S. Ryu，K. S. Soh，K. M. Seo & U. D. Sohn 《Autonomic&Autacoid Pharmacology》 25，17-23. ［4］ Study of Nonionizing Microwave Radiation Effects upon the Central Nerve Systems and Behavior Re- actions. M.G.shandala、 U.D.Du- manskii、 M.I.Rudnev、 L.K.Ersho- va、 I.P.Los. 《Environmental Health Perspectives》 Vol.30.pp.115 - 121.1979. ［5］ 电磁辐射对妊娠及子代的影响 王 永明，王德文《解放军预防医学杂 志》2002 年 10 月 第 20 卷 第 5 期 ［6］ 电磁辐射对男性生殖功能影响的 研究现状 闫蓓，袁伟，高尔生 ，李 德昆 《环境与职业医学》2007 年第 四期 ［7］ 论常见电磁辐射对眼的危害及防 护 亓昊汇 李新华 王淮庆 《中国 医学装备 》2008 年 第 5 卷 第 12 期 ［8］ 国内外现行电磁辐射防护标准介 绍与比较 刘宝华 孔令丰 《辐射防 护》 第 28 卷 第 1 期 ［9］ 电磁污染及电磁辐射防护材料 王 生浩，文峰，郝万军，曹阳《环境科 学与技术》 第 29 卷 第 12 期 2006 年 12 月 ［10］ 防电磁辐射纺织品屏蔽效果测试 孙润军 来侃 张建春 《毛纺科技》 2004 年 第 9 期 ［11］ GB 6568.1-2000 《带电作业用屏 蔽服》 类别 屏蔽效率/dB 熔断电流/A I 型 ≥40 ≥5 II 型 ≥40 ≥30 类别 屏蔽效率/dB 熔断电流/A 电阻/Ω 燃烧炭化面积/cm2 I 型 ≥30 ≥5 ≤1 ≤100 II 型 ≥30 ≥30 ≤1 ≤100 表 2 带电作业用屏蔽服技术要求 表 3 带电作业用屏蔽服技术要求（洗后） 防护装备技术研究 30