手機電磁輻射安全評價

1、!50!工業(yè)安全與環(huán)保IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection2007年第33卷第4期April2007手機電磁輻射安全評價李艷強 吳超(中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院 長沙410083)摘 要 綜述了手機輻射的原理、輻射危害、輻射場計算和輻射評價技術(shù)標準及其檢測儀器,并提出了一些減小手機輻射的措施和建議。關(guān)鍵詞 手機 電磁輻射 安全評價SafetyAssessmentonElectromagneticRadiationofMobilePhonesLIYanqiang WUChao(SchoolofResourcesandSafetyEngineerin

2、g,CentralSouthUniversity Changsha410083)Abstract Discussionsareconductedontheradiationprinciples,hazards,radiationfieldcomputation,assessmentstandardsandthemeasur ingapparatusofmobilephones,andalsosomemeasuresandsuggestionsforthepreventionofmobilephoneradiationareputforward.Keywords mobilephone elec

3、tromagneticradiation safetyassessment在通訊技術(shù)越來越發(fā)達的現(xiàn)代社會,手機已經(jīng)越來越普及。據(jù)統(tǒng)計,中國制造了全球超過1/3的手機,銷售了全球10%以上的手機。不僅中國,世界的手機市場也在迅速擴大?，F(xiàn)在有許多國內(nèi)外廠商生產(chǎn)手機,許多質(zhì)量高的產(chǎn)品按照嚴格的健康標準生產(chǎn),但也有些廠商生產(chǎn)的手機不合格以及假冒偽劣產(chǎn)品的存在,其所產(chǎn)生的電磁輻射在某些情況下會對人的健康造成危害,現(xiàn)在有許多研究和標準出臺來限制和控制手機輻射的危害。1 手機輻射的危害實踐已經(jīng)證明電磁波有許多危害。手機接收和發(fā)射也是以電磁波的形式,手機如果輻射量過大或者長期在一定強度的手機電磁輻射下會對身體

4、有一定的副作用和危害。1.1 電磁波的危害1-5手機輻射具有與提到的電磁輻射同樣的電磁輻射特征,有研究表明手機輻射在一定條件下會對人體局部造成危害,所以值得注意、研究和解決。(1)市場上銷售的有些手機,在最大發(fā)射功率下,電磁輻射量嚴重超過衛(wèi)生部發(fā)布的國家標準GB9175-88 環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準 中規(guī)定的公眾照射劑量限值40 W/cm218倍以上。(2)國內(nèi)外預(yù)防醫(yī)學(xué)專家及研究人員通過用動物及人群進行衛(wèi)生學(xué)、免疫學(xué)方面的實驗研究表明,當高頻(微波)電磁輻射大過某界限值(通常稱為高頻電磁輻射衛(wèi)生標準或防護標準)時,會使人引起神經(jīng)和精神紊亂性疾病,有關(guān)人員做實驗6得到結(jié)論,通過手機輻射所形成的電磁

5、場可以影響大腦正常的生理活動,有可能是通過改變大腦皮層的興奮性來實現(xiàn)的。(3)科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),使用手機時,40%的輻射能量被人腦和手吸收。手機輻射對人的最大危害是破壞基因組織。也有科學(xué)家認為,手機輻射不一定直接破壞基因組織,但它影響了基因組織在因其他原因產(chǎn)生異變時自我修復(fù)的能力。手機輻射在對人健康有許多影響的同時,還干擾和破壞了其他生產(chǎn)生活的正常進行。有許多事故都是因為手機輻射干擾了其他重要的電磁波而造成的。1.3 手機輻射對人體危害的原理輻射之所以能對人體造成危害,是人體的機理和輻射特性共同作用的結(jié)果。電磁波(微波)能夠深入物質(zhì)內(nèi)部與物質(zhì)產(chǎn)生相互作用7,導(dǎo)體中存在自由電子,在電磁波的作用下

6、,自由電子運動形成傳導(dǎo)電流。電流產(chǎn)生的焦耳熱使電磁波能量不斷損耗,因而在導(dǎo)體內(nèi)部的電磁波是一種衰減波,在傳播過程中,電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。雖然導(dǎo)體內(nèi)部的電荷密度為零,但只要存在電磁波,就會出現(xiàn)傳導(dǎo)電流,同時含水較多的物質(zhì)對微波等電磁波有很強的吸收作用。,迅速發(fā)展的3C產(chǎn)業(yè)(計算機,通訊和消費型的電子電器)已經(jīng)引起了環(huán)境能量水平的顯著提高。許多能量存在于電子模塊和以電流、磁力、輻射、電磁波和熱形式彼此轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。電磁干擾在今天無所不在。電磁波對人體組織的作用分為2種:一種是致熱效應(yīng),即電磁波會使人體發(fā)熱。電磁振蕩頻率越高,體內(nèi)分子取向作用越劇烈,熱作用也就越突出,產(chǎn)生的損傷也越嚴重。另一種是非致熱效

7、應(yīng),當超過一定強度的電磁波長時間地作用在人體時,雖然人體的溫度沒有明顯升高,但會引起人體細胞膜的共振,使細胞的活動能力受限。電磁場的水平可以通過分析暴露在高頻電磁場的人的熱效應(yīng)來量化。如果被人體吸收的電磁場能量足夠大以至于人體控制熱量機制遭到破壞,那么有害的熱效應(yīng)就會使人無法控制身體溫度的上升。電磁場中在高的能量水平,更多的靶子蛋白質(zhì)發(fā)生褶變。在非常高的能量水平,蛋白質(zhì)迅速聚集,盡管整個壓力響應(yīng)活躍,但是可以發(fā)現(xiàn)細胞發(fā)生災(zāi)難性的效應(yīng)(例如死亡)。1.!51!含水量大。在手機電磁場里,由于使用手機時與大腦比較接近,所以電磁波與人體的作用主要就是與人大腦的作用。由于大腦含有大量的水分、蛋白質(zhì)等,對

8、電磁波有很強的吸收作用。在人體包括大腦,由于生物體作用,能產(chǎn)生生物電場和磁場,例如臨床醫(yī)學(xué)講的腦電波、心電圖等。在大腦里神經(jīng)組織以及其他生物信息的傳遞都需要生物電的激發(fā)來實現(xiàn)。由于手機的輻射波是高頻率的,具有比較高的能量,在人體內(nèi)存在的電磁場中的電偶極子和磁偶極子跟隨外場的變化而運動,從而引起電磁能量的損耗或?qū)⒉糠蛛姶拍芰看鎯υ谌梭w內(nèi)部。這些能量對人體局部造成熱效應(yīng)和其他效應(yīng),對人體的健康造成危害。在電磁場中有坡印亭定理7,即一個電磁場的能量守恒定理。在某一區(qū)域中單位時間內(nèi)電磁場能量的減少等于電磁場對該區(qū)域的電荷、電流所做的功。圖1是手機對人體輻射平面示意圖?？怂鬼f微分方程進行簡化,以便能夠用

9、分離變量法、格林函數(shù)法等解得電磁場的解析解,但工程實踐上,要精確得到問題的解析解,除了極個別情況,通常是很困難的。于是只能根據(jù)具體情況給定邊界條件和初始條件,用數(shù)值解法求其數(shù)值解。如圖2所示,對于手機的輻射場9,是一個以天線為中心的球形區(qū)域,有近場和遠場,而普遍關(guān)心的輻射問題主要是近場的問題,所以重點在手機近場輻射上。研究電磁波輻射的散射和吸收問題是以一個像人大腦一樣的電介質(zhì)模型為基礎(chǔ)的。電場強E(x)滿足簡化的三維空間微波方程(1)。圖2 散射和系統(tǒng)的模型#(1#E)-( 2 -i !)E=-i Jimp(1)式中, ,!, ,代表相對磁導(dǎo)率、傳導(dǎo)率和相對介電常數(shù),假設(shè)這些數(shù)據(jù)在某一區(qū)域內(nèi)是

10、恒定的。Jimp是一個指定的受控電流, 代表在空間脈沖波的頻率。圖1 手機對人體輻射平面在平面波里,附加線性極化平面波的強度為E0,空間自由度為k0。假設(shè)1個沿x軸方面的極化波,沿z軸方面?zhèn)鞑?Eincx=E0eikz從圖1中可以看到,人的大腦處于手機電磁輻射散射場中,在人使用手機時,整個大腦緊貼著發(fā)射源,在輻射頻率比較高、持續(xù)時間比較長的情況下,人體吸收了大量的輻射能量,這無疑會給人的身心健康帶來影響甚至損害。2 手機輻射的評價2.1 現(xiàn)行計量標準手機輻射的大小在國際科學(xué)界有一套比較完備的計量標準,就是所謂的SAR值。SAR是SpecificAbsorptionRate的縮寫,中文意思是比吸

11、收率,也就是單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收的電磁輻射能量。通俗地講,就是測量手機輻射對人體的影響的大小。目前國際通用的標準有2個,一個是歐洲標準2W/kg,一個是美國標準1.6W/kg,其具體含義是指,以6min為計時,每kg人體組織吸收的電磁輻射能量不得超過2W。我國對于手機輻射標準的爭論由來已久。由于通信行業(yè)生產(chǎn)廠商及運營商與環(huán)保部門、衛(wèi)生部門難以達成一致,很有可能把SAR2.0作為硬性規(guī)定的、必須要達到的標準,而把SAR1.0作為盡力而為、力爭達到的標準。另外作為電磁輻射的一種,也必須滿足國家標準GB9175-88、GB8702-88、GB8702-88、GB9175-88的要求。2.2

12、手機輻射場計算有限元方法已成為求解微分方程近似解的重要方法,在電磁場工程、流體力學(xué)、物理學(xué)以及其他工程科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用7。電磁場理論由一套麥克斯韋方程組8描述,分析和研究電磁場的出發(fā)點就是對麥克斯韋方程組的研究,包,(2)總的電場強度Etot=Einc+Esca滿足提到的微波簡化方程(1),這里Esca是1個未知的量。實際上這個給定的附加場Einc滿足同樣的方程(1),在自由空間里,可以表明受限控流Jimp可以表達為:Jimp=對于一個相當短沿z軸方向的流通密度可以描述為:J=z(Idl)(r)ej t( - 0)+i !inc-i(3)(4)式(4)中,I是流通量,r是和球形區(qū)域相一致的

13、量。對于這一有限線段,電場矢量A(r)可以通過把流通密度的效應(yīng)和三維自由空間格林公式g(r,r%)結(jié)合來得到。A(r)=&g(r,r%)Jdr=z&3VVe-jk0|r-r%|(Idl)(r%)d3r%4%|r-r%|(5)結(jié)果,附加的電場強度可表示為:Ej 0A+1!A!52!式(6)中, 是拉普拉斯算子,Einc通常由式(3)中Jimp得到。2.3 SAR的計算10由于手機的電磁輻射是近區(qū)場,應(yīng)該采用基本限值SAR。SAR定義為:SAR=(!/&)E2(5)為了減少手機輻射,長時間通話最簡易的防護辦法是配置外接耳機和麥克;使用手機時應(yīng)與人體保持適當距離;手機信號剛接

14、通時,因為這時信號傳輸系統(tǒng)還不穩(wěn)定,處在最大工作功率,最好把手機放在離頭部遠一點的地方;如果身邊有其他電話可用,就不要使用手機,盡量減少每次通話的時間。(6)研究出防輻射的材料12,使電磁場能量的運動方向與電波方向相反。有人提出一種由金屬導(dǎo)磁性顆粒組成的材料,基于有效的介質(zhì)相似性,通過把金屬電磁性顆粒物質(zhì)與適當?shù)慕^緣物質(zhì)混合在一起,并控制金屬磁極元件的磁化方向和他們的量的大小,有可能形成一種低渦流損失的復(fù)合介質(zhì),形成左手電磁波形式,使電磁波朝某個特定方向。(7)要研究出方便、低廉、實用的測量儀器及裝備。參考文獻1TsaiHan-Chang.Impactofelectromagneticradi

15、ationinducedbycon ductingwireantennaonopticalfibercommunicationsystems.OpticsCommunications,2003,223(1-3):81-89.2Han-ChangTsai.Investigationofelectromagneticradiationinducedbyconductingwireofnanometermulti-quantumwelldeviceonInGaNLED.MicroelectronicsJournal,2005,36(8):712-717.4DraganPoljak,AndresPer

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17、microwaveradiationonproteinconformation.JournalofTheoreticalBiol ogy,2000,206(2):220-234.6CurcioG,FerraraM,MoroniF,etal.Isthebraininfluencedbyaphonecall?AnEEGstudyofrestingwakefulness.NeuroscienceRe search,2005,53(3):265-270.社,2004.8唐興倫,范群波,張朝暉,等.ANSYS工程應(yīng)用教程(熱與電磁學(xué)篇).北京:中國鐵道出版社,2003.9DongXue,LeszekDe

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19、nmetallicmagneticgranularcomposites.PhysicsLetters,2003,319(1-2):85-88.作者簡介 李艷強,男,1980年出生,黑龍江省牡丹江人,中南大學(xué)安全技術(shù)及工程專業(yè)在讀碩士,研究方向:安全與環(huán)保。(收稿日期:2006-10-16)(7)式(7)中,SAR為比吸收率;!為生物組織的電導(dǎo)率;&為生物組織的密度;E為生物組織中的電場強度。在有限元計算方法基礎(chǔ)之上,應(yīng)用基于有限元的ANSYS工程軟件,可以很方便而準確模擬和計算出電磁場。通過以上的數(shù)值計算方法、測試手段以及應(yīng)用軟件,可以模擬、計算和測量出電磁場的大小,與各種情況下要求的電磁輻射標準相比較,達到評價的目的。2.4 電磁輻射的測量儀器11目前,市場上已經(jīng)有成套的手機輻射測試設(shè)備出售,而且常見品種不下10余種,價格也相差比較明顯,因此選擇功能合適的產(chǎn)品成為可能。下面這些是比較常見的系統(tǒng),這些系統(tǒng)都符合歐洲和美國的相應(yīng)標準。(1)DASY系列。DASY系列的手機輻射SAR測試設(shè)備是由瑞士的SPEAG公司推出的,是目前在市場上最常見也是使用最廣泛的手機電磁輻射測試系統(tǒng)。該公司針對高端用戶推出的DASY4,包括了上面介紹的典型測試系統(tǒng)的所有部分;針對簡易