非电离辐射(10MHz至300GHz)对人体的危害
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摘 要：本文从人体与低频电场的耦合、与低频磁场的耦合、从电磁场吸收能量三个方面论述了非电离辐射（10MHz至300GHz）对人体的影响，介绍了电磁场基本原理和概念，主要包括近场和远场的电磁场特性，以及电磁场作用于人体的主要原理，从低频电磁场到高频电磁场的耦合出发讨论了人体所受的影响，最后介绍了由此得出的对于人体影响的一般结论，并列出了防护的基本方法。
关键词：电离辐射 人体 危害
中图分类号：TL7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0103-02
辐射只是令人生畏的疾病癌症的许多种诱因之一。由于辐射是看不见摸不着的，因而使得这一肉眼无法察觉的危害变得更加令人恐惧。每当人们想起核电站和其他设施发生过的事故以及在现今的某些事例中仍在发生的效应，以及往往把任何形式的辐射都与包括核武器在内的“核”关联起来的倾向，使得他们更加忧心忡忡。
对电离辐射的最大担忧来源于它可能会使受到照射的人员患上致命的疾病，以及会在后代中出现遗传缺陷。出现此类效应的可能性取决于人员受到的辐射照射的量，不管这种照射是来自天然辐射源的还是人工辐射源的。随着近几十年来人们对电离辐射效应的了解越来越多，人们已经开发出了保护人类免受各种辐射源照射的成套的辐射防护办法。尽管如此，公众的忧虑依然存在。
电磁波的频谱，最右方是“电离辐射”（核爆炸、核电站意外、X射线、伽马射线），频率超过1000GHz，电离辐射的频率及光子能量极高（超过10eV），能将电子击离分子（电离），因此能使人的DNA发生改变，引起癌症。低于紫外光频率的电磁波（包括可见光）光子能力不足以产生电离，故称为“非电离辐射”。我们日常使用的广播、通信、雷达等电子设备的电磁波频率一般都在10～300GHz的范围内，属于非电离辐射。经过50多年的研究，目前可证实有害的非电离辐射生物效应是热效应（高频）与电刺激（低频）。人体内的结合水和游离水等水分子由于非电离辐射产生摩擦，积累了大量的热量，宏导致了人体细胞损伤，低频非电离辐射会影响人体内神经电信号传导，导致神经紊乱等症状，人体内的微弱的电磁场也会被影响。
1 基本原理和概念
电场仅与电荷的出现有关系，磁场是电荷的物理运动（电流）的产物。电场E能对电荷产生力的作用，其单位是V/m。同样的，磁场也能对电荷产生力的作用，但是仅当这些电荷处于运动的时候。电场和磁场均有大小和方向，也就是说它们是矢量。磁场可以用两种方式表示，一是磁流密度B（单位是T），二是磁场强度H（单位是A/m）。这两种表示方式有如下的关系：B=μH。其中μ是系数常量（磁导率），在真空和空气中，以及非磁性材料（包括生物材料）中，μ的值是4π×10-7H/m。因此，在为了电磁防护的目的而描述磁场时，只需要确定B或H之中的一个值。
在远场区域，平面波模型是电磁场传播的合理近似。平面波有如下特征：波的前端为平面的几何尺寸;E和H向量与传播方向两两垂直;E和H场的相位是一样的，在整个空间内E/H的比值为一个常量。在自由空间内，E/H的比值为E/H=377Ω，其为自由空间的特征阻抗。功率密度S，即为垂直于传播方向的单位面积的功率，其与电磁场的关系可以如下表示：S=EH=E2/377=377H2。
在近场区域的情况相对而言更复杂，这是因为E和H的最大值及最小值并不像远场那样发生在传播方向上的同一点。在近场区域，电磁场的结构会高度异质化，且其会与平面波的377Ω阻抗有明显差异;也就是说，在一些区域可能是纯粹的电场，而在另一些区域可能是纯粹的磁场。在近场对电磁波的暴露会更难定义，因为E和H场都需要进行测量，而且场的形式会更加复杂;在这种情况下，功率密度不再是一个适合于描述电磁波暴露的量。
暴露于时变电磁场会导致身体中产生电流和机体组织吸收一部分能量，这种现象取决于耦合机理并且与频率相关。内部的电场与电流密度的关系如欧姆定律所示：J=σE，其中σ是介质的电导率。人体内存在微弱的电磁场，在人体庞大的神经系统中时刻进行着电信号的传输，暴露于时变电磁场环境下，会导致电磁场和电信号被影响。人体内介质的电导率在各处分布不均匀，电导率和人体体液内离子含量有关，比如常见的钠钾离子等，这些离子主要是平衡细胞液浓度而存在，二时变电磁场下，离子由于携带电荷而发生转移，就会影响到细胞的正常活动，而且离子异常转移和累计也会改变人体收到时变电磁场的影响的部位。
2 与低频电场的耦合
时变电场与人体的相互作用导致了电荷的流动（电流），表面电荷的极化（电极的产生），组织中电极的重定位。这些不同现象的相对幅值取决于人体的电性质——也就是，电导率（决定了电流的流动）和电介质常数（决定了极化效应的幅度）。电导率和电介质常数根据人体组织的不同而不同，而且取决于外加电场的频率。人体的外加电场会在机体表面产生表面电荷，这导致在身体中产生电流，电流的分布取决于电磁场暴露条件，人体的大小和形状，和人体在场中的位置，一般意义上，距离场源越近，暴露面积越大，世界越長，对人体影响越大。
3 与低频磁场的耦合
时变磁场与人体的相互物理作用导致感生电场和环形电流。感生电场和电流密度的幅度正比于环的直径，组织的电导率，磁流密度的变化率和幅度，当环的尺寸最大时最产生最强的电场。在人体具体部位产生电流的确定路径和幅度取决于组织的电导率。
人体的电特性并不是一致的，然而，感生电流的计算可以利用人体的解剖和电特性的计算模型，这种模型具有很高的解剖学精确度。
4 从电磁场吸收能量
在低频电磁场中的暴露会导致可以忽略的能量吸收和人体中不可测量的温度上升。然而，暴露于频率高于100kHz的电磁场中会导致显著的能量吸收和温度上升。一般来说，暴露于一个高度一致的电磁场（平面波）中会导致人体不同部位的高度不一致的能量吸收和能量分布，这需要进行具体的测量和计算，而且这种能量具有累积效应，热效应和电刺激在人体中作用之后，在人体自我修复功能完全起作用之前，会累计这些伤害，久而久之就会变成永久性伤害。
5 防护的三大原则
（1）时间防护：不论何种照射，人体受照累计剂量的大小与受照时间成正比。接触射线时间越长，放射危害越严重。尽量缩短从事放射性工作时间，以达到减少受照剂量的目的。
（2）距离防护：某处的辐射剂量率与距放射源距离的平方成反比，与放射源的距离越大，该处的剂量率越小。所以在工作中要尽量远离放射源。来达到防护目的。
（3）屏蔽防护：就是在人与放射源之间设置一道防护屏障。因为射线穿过原子序数大的物质，会被吸收很多，这样达到人身体部分的辐射剂量就减弱了。常用的屏蔽材料有铅、钢筋水泥、铅玻璃等，常见的方式是防护服或者设置操作间。
6 结语
本文从基本原理和概念，人体与低频电场的耦合、与低频磁场的耦合和从电磁场中吸收能量等方面论述了非电离辐射（10MHz至300GHz）对人体的影响。只要采取合适的防护措施，非电离辐射对人体的不利影响是可以避免的。
参考文献
[1] 国际原子能机构（IAEA）.辐射、人与环境[M].北京：原子能出版社，2006.
[2] 张思文.时变电场和磁场与身体之间的耦合机制[J].科学网，2006（6）：52.
[3] 夏玉静.小功率微波对人体健康影响的国内研究进展[J].中国职业医学，2001，28（2）：49-50.
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