电磁辐射基础知识交流

电磁辐射基础知识交流主要内容电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的历史背景电磁波的发现：1888年德国物理学家赫兹在实验室验证了麦克斯韦的电磁理论，并首次产生了人工电磁波。

电磁辐射伤害的发现：1952年英国人Hirsh首先报道了一名雷达工作人员，因长期接触高强度电磁波，导致双眼白内障的发生，从此以后引起人们对电磁辐射伤害的重视。电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射初步认识概念电磁辐射的定义电磁辐射（electromagneticradiation）：能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象。或称时变电磁场以波的形式向远处传播不再返回的过程称电磁辐射。电磁辐射初步认识按电磁辐射对生物学作用的不同，可分为电离辐射和非电离辐射。电离辐射的量子能量水平较高，可通过电离作用使机体受到严重的伤害；非电离辐射的量子能量水平较低，不会导致机体组织的电离，其主要的生物学作用是引起组织分子的颤动和旋转，常以荧光和热的形式消耗其能量，对人体也会造成某些生理障碍。通常我们所说的电磁辐射就是指非电离辐射。非电离辐射根据其辐射频率又可分为微波辐射（300～300000MHz）、射频辐射（0.1～300MHz）和工频辐射（50Hz或60Hz）三类。而我们常见的各种家用电器、电子设备等装置产生的都是非电离辐射。只要他们处于通电操作使用状态，它的周围就会存在电磁辐射。

与电磁辐射有关的几个概念电场磁场静态场时变场什么是电场?在空间中，任何电荷由于它本身的存在，受一种与电荷成比例的力，则这空间内所存在的物质，也就是给电荷以作用力的物质，就称为电场。+FE什么是磁场？运动电荷受到作用力的空间，称为有磁场存在的空间，而且将这种力称为磁力。因此，磁场是运动电荷产生的。静态场不随时间变化的电场和磁场时变场1.5V-E[V/m]大小或方向随时间改变的电场或磁场电场与磁场的单位描述电场大小的量叫电场强度(E)单位：V/m(伏/米)mV/m(毫伏/米)描述磁场大小的量叫磁场强度(H)或磁感应强度(B)单位：A/m(安/米)mA/m(毫安/米)和T(特斯拉)mT(毫特)二者关系：B=μHμ：磁导率μ0=4π×10-7(亨利/米)功率密度电磁波是能量流,表征电磁波携带能量多少的量用“功率密度”是指与电磁波传播方向相垂直的单位面积所流过的辐射能。通常用P表示。单位：W/m2,mW/m2,μW/m2我们所知道的电磁辐射环境电磁辐射：主要来自移动通信基站、广播电视台站、高压线、雷达站、微波设备、电视机、无线电等工业和生活中所用的电子设备。自然电磁辐射：主要来自地球大气层中的雷电、宇宙射线、天体放电、地球磁场辐射和地球热辐射等。电磁辐射源

天然电磁污染源是由自然现象引起，主要宇宙射线、太阳热辐射、雷电、地球热辐射、还包括火山爆发、地震、太阳黑子活动引起的磁暴现象等。直接危害电气设备和设施产生电磁干扰，严重干扰短波通讯环境电磁辐射源广播、电视发射设备

主要设备广播电视的发射台和中转台。

广播、电视发射设备的辐射功率比较大，一个发射塔上一般几个电台或电视频道的发射天线，总的辐射功率达几十到几百千瓦，是城市中最主要的电磁辐射源。例如：西安电视塔。环境电磁辐射源通信雷达及导航发射设备包括长波、中波、短波发射台，微波通信站、地面卫星通信站、移动通信基站等。其中最常见的是移动通信基站移动通信基站一般功率不大，几瓦到几十瓦。发射天线有一定的方向性。但是移动通信基站主要分布在城市人口密集区。距离人群活动区较近，是近些年电磁辐射纠纷的主要来源之一。环境电磁辐射源高压输变电设施

目前，我国采用110kV、220kV、500kV为主干网的高压线路输电，现在750kV、1000kV高压输变电设施也陆续开始建设并投入使用。高压输电系统周围有高压工频电场、感应磁场，也有射频电磁辐射。

环境电磁辐射源工业、科学和医疗射频设备工业：高频炉、塑料热合机、高频介质加热机等。医疗：高频理疗机、超短波理疗机、紫外线理疗机等。科学：电子加速器及各种超声波装置、电磁灶等。环境电磁辐射源电力牵引系统电气化铁路、轻轨及电气化铁道、有轨道电车、无轨道电车等电力机车和电车的供电母线与导电弓架之间，由于振动或接触不光滑，经常出现部分接触不良，甚至形成小的放电间隙，这些问题都可能引起火花放电和弧光放电，产生电磁噪声。环境电磁辐射源家用电器电磁辐射计算机、显示器、电视机、微波炉、电磁炉、无线电话、无线路由器等电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的产生及应用电磁波的产生电场的产生：电荷周围或变化磁场周围将产生电场。磁场的产生：运动电荷周围将产生磁场。电场与磁场的关系：运动电荷（电流）产生磁场；变化的磁场产生电场。电场、磁场方向相互垂直、交替产生、由近及远向外传播。形成辐射电磁场，即电磁波。c=λ∙fm/smHz电磁波传播示意图表征电磁波的三个基本参数

振幅、波长、初相角电磁波的振幅振幅：变化量偏离平衡点的最大值。它反映了波的振动强度。电磁波的频率频率（f）:是指每一秒钟电磁波发生全变化的次数，每秒钟发生一次变化称1赫兹单位:（Hz）kHzMHz周期（T）：电磁波每发生一次完全变化所用的时间。单位：秒频率与周期的关系：T=1/f电磁波的波长波长（λ）：是指电磁波每发生一次全变化所传播的距离。单位m（米）、km波长与频率的关系波长=速度×周期λ=c/fC是光速，约30万公里/秒。3×108m/s电磁波在真空中的传播速度等于光速电磁波的初相角初相角：指变化量通过平衡点时距离参考点的时差。

反映了波的时域关系。电磁波的类型1、平面电磁波：等位面是平面的电磁波2、球面电磁波：等位面是球面的电磁波电磁波极化：表述电场方向的量。E与地面平行称水平极化波E与地面垂直称垂直极化波电磁波的基本传输特性电磁波的反射、折射、绕射和散射现象1、传输损耗：传输过程产生的损耗现象

（1）自由空间基本传输损耗（2）电离层吸收损耗（3）地面反射损耗（4）附加系统损耗

2、衰落现象：在传播途径上遇到各种障碍物(包括地面)，使接收点的场强为干涉场，从而引起接收信号强度突然的、无规则变化的现象，称为衰落

（1）衰落时的信号强度（2）极化衰落（3）吸收衰落（4）跳越衰落电磁波的基本传输特性(续)3、多径效应：电波传播中，由于建筑物、树木或起伏地形的影响，以致到达接收天线的信号是来自不同传播路径的矢量合成，由于各分量的互相干涉而引起信号传播幅度衰落和信号传播时延色散，严重地影响通信的传输质量，这就是多径效应

4、传输失真：一个在有限时间内存在的信号可以看成是若干不同频率的单色波的叠加，由于媒质的色散特性，这些不同频率的单色波在媒质中的相速是不一样的，导致波形在信号传播过程中产生畸变，这就是传输失真电磁波谱分布长/中波高频/射频微波红外线可见光X线波长100.000km100km1km1m1mm780nm10nm频率3Hz50/60Hz3kHz300kHz300MHz300GHz3*1016Hz地磁场工业频率微波炉非电离电离CO2激光UV0Hz直流电磁辐射能量划分射频辐射-----红外线----可见光----紫外线-----x射线----γ射线

非电离辐射电离辐射几个常用的典型频率频率(f)

应用领域 波长()50/60Hz 电力 6000/5000km50kHz 高频焊接 6km27MHz广播,透热疗法 11.1m100MHz FM广播 3m433MHz 工业应用 0.7m900MHz 移动电话，寻呼机0.33m2.45GHz 微波，工业 0.12m6GHz 数字广播 0.05m20GHz卫星传输0.015m电磁波的传播途径1空间辐射：电子设备与电器装置在工作中，本身相当于一个多发射天线，不断地向空间辐射电磁能。3复合传播：属于同时存在空间传播与导线作播所造成的电磁辐射污染。2导线传播：当射频设备及其他设备同一电源、或者两者间有电气联接关系，电磁波通过导线进行传播。此外，信号输出输入电路、控制电路等，在强磁场中拾取信号进行传播。无线通讯中常用的电磁波传播方式一、地波传播二、天波传播三、空间波传播视距传播。例如：电视、手机等四、散射传播散射通信等

电磁波的应用高频波段的应用一、工业上的应用1、感应加热

（1）高频淬火（2）高频熔炼（3）钢管焊接（4）热轧工艺（5）半导体材料的制备（6）高频焊接、高频切割高频波段的应用（续）2、介质加热3、高频等离子体

二、无线电广播

三、超高频波段的应用高频电磁波在广播中的应用广播发射机房设备照片特高频段(微波)的应用一、在农业上的应用二、在工业上的应用1、橡胶硫化2、烤烟叶加热制备（卷烟厂微波加热制丝机）特高频段(微波)的应用(续)3、塑料生产和聚和物热加工4、铸模脱蜡

5、原煤脱硫6、微波化学7、科学研究8、通信9、雷达电磁辐射在医学中的应用一、微波在治疗癌症中的应用二、电磁辐射热疗三、电磁辐射促进组织生长和愈合电磁辐射在医学中的应用(续)四、电磁辐射在诊断上的应用1、高频电磁波的直线传播特性和致热性2、利用热辐射特性3、利用测定运动物体的多普勒频移，检测心脏和动脉有关的疾病五、微波在针炙医术上的应用六、磁共振成像七、磁疗电磁辐射在军事上的应用一、电子战二、电子战新技术三、电磁辐射污染电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁污染概念及电磁污染源电磁污染的概念电磁辐射是能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象，能量以电磁波形式在空间传播。而电磁污染是指当空间的电磁场的强度达到一定的量后造成对环境的污染现象，才是电磁污染。电磁辐射污染源

1、以其来源分（1）天然(自然)电磁辐射

（2）非天然(人为)电磁辐射

2、以其频率分（1）工频场源

（2）射频场源

（3）微波场源3、以发射的电磁波的连续或间断分

（1）连续波源（2）脉冲波源电磁辐射污染源（续）4、从便于环保管理和治理的角度分（1）高空高频电磁辐射源（2）高空低频电磁辐射源

（3）地面高频电磁辐射源（4）地面工频电磁场源

5、依电磁辐射污染来源分（1）直接利用电磁能时产生的污染（2）伴电磁能应用时产生的污染

电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的检测

电磁波看不见摸不着只有特殊的测量仪器才能感知电磁辐射测量仪器（1）非选频式宽带测量仪（综合场强仪）（2）选频式宽带测量仪（频谱分析仪）电磁辐射测量仪综合场强仪系统架构基本测量原理常见电磁辐射场强仪非选频综合场强测量仪（射频）EMR300、NBM520/550、PMM8053A/B、HI2200等常见电磁辐射场强仪综合场强测量仪（工频）常见电磁辐射场强仪频谱分析仪（选频）电磁辐射监测方法辐射环境保护管理导则--电磁辐射监测仪器和方法（HJ/T10.2-1996）500kV超高压送变电工程--电磁辐射环境影响评价技术规范（HJ/T24-1998）移动通信基站电磁辐射环境监测方法（试行）电磁辐射初步认识电磁辐射的产生及应用电磁污染的概念与电磁污染源电磁辐射的检测电磁辐射的危害与防护与环评有关的标准及要求补充和总结电磁辐射的危害及防护一、电磁辐射污染对人体健康的危害

二、电磁干扰危害

1、电磁干扰途径2、电磁干扰危害事例三、引爆引燃危害1、对武器弹药的危险性

2、对可燃性油类与气体的危险性电磁辐射与生物体的相互作用

热效应（短期效应）生理反射、眼睛晶状体的影响、心脏起博器的影响

非热效应（长期效应）细胞窗效应、分泌系统的影响、免疫系统的影响、癌症危险度的增加

种群效应电磁辐射与生物体的相互作用概述

一、生物组织的介电特性水是一种电介质，同时水是生物体中含量最丰富的成分，它几乎占人体体重的60%。根据含水量的多少，将生物组织分为两种：（1）含水量在70％以上的组织，如皮肤组织、肌肉、肝脏、肾脏、心脏等，频率在100～1000MHz，其介电常数为50～70，电阻率为100Ω/cm。（2）含水量在70％以下的组织，如脂肪、骨骼、骨髓等其介电常数为4～8，电阻率为600～3500Ω/cm。这类物质含水量少，对电磁辐射能量吸收少。由于组织的含水量不同，就会影响电磁波能量的吸收。1、电磁波作用于人体的频段及其响应特性

2、生物组织厚度对电磁能量吸收的影响

电磁辐射在生物组织中的传播与吸收3、不同频率电磁波对人体的不同作用：1）<150MHz，电磁波在体内衰减少，为透过性。2）150－1200MHz，主要为体内吸收，转化为热量。3）1000－3300MHz，体表与体内均有吸收。4）>3300MHz，皮肤成为反射体，主要是体表吸收。衡量机体对电磁能的吸收情况，引入比吸收率的概念SAR(W/kg)。SAR表示生物体单位质量吸收的电磁辐射功率。SAR＝σE2/ρJ=σE式中：σ－电导率（S/m）；E－电场强度(V/m)ρ－密度kg/m3；J－感应电流密度A/m2。电磁辐射对机体的穿透深度与机体组织类型及频率有关穿透深度随频率升高而减小10GHz以上:表面吸收频率(GHz)穿透深度cm10010,110肌肉脑皮肤脂肪致热效应一、致热效应的产生二、致热效应的表现三、电磁能的吸收

四、致热效应的影响因素从频率高于100kHz的电磁场中吸收能量，可导致明显发热：电介子（如水）在电磁场的作用下，分子取向不断变化受热非致热效应一、非致热效应的提出二、非致热效应的表现1、中枢神经系统的表现

2、心血管系统的表现

3、听觉系统的表现

4、内分泌系统的表现

5、染色体的表现6、其他方面的表现非致热效应的特点1、非线性表现2、“窗”特性表现3、协同性表现4、相干性表现5、非热形式可能各异影响生物效应的物理量场强暴露时间频率生物体曝露物理长度(局部或整体)调制或脉冲场的类型(电磁或磁场)生物效应与电磁场强度(E)的关系通常情况下：电磁场强度越强，生物效应越明显例如：雷达兵的工作场所、微波炉生物效应与频率的关系频率

Hz kHz MHz GHz刺激神经系统、热作用LF(低频)HF/RF(射频)大多数人而言，能感觉到人的体表带电对身体表面有直接作用，静电场强度25kV/m长期暴露大于200mT的磁通量密度对健康产生不良影响频率低于100kHz的时变场的健康效应感应电流密度为10mA/m2或低于10mA/m2时，对细胞和动物进行的实验室研究没有发现低频场能产生明确的不良效应。当感应电流密度较高（10-100mA/m2）时，可致观察到明显的组织效应，如神经系统的功能变化。对于频率为10Hz-1KHz的时变场，感应电流密度高于100mA/m2时，就会超过神经元和神经肌肉的刺激阈值。频率为1KHz时对神经系统功能产生微弱影响的阈电流密度为10mA/m2。没有证据表明这种短暂效应与长期健康危害有关。没有确凿的实验证据表明电磁场会引起遗传物质损伤，有关暴露电磁场癌症危险度的流行病学数据尚不足以提出暴露限值的推荐值。频率为100KHz-300GHz场的健康效应热效应和非热效应并存，频率越高热效应越明显。射频（RF）从内部加热

生物体内部无调节功能

生物受热通常从皮肤开始

生物体不能及时做出反应整体暴露于4W/kg

30分钟，加热升高1℃脑++眼睛晶状体+++牙齿龈+++肺+心脏+皮肤+内部器官+膝盖+++金属植入器+++不同的暴露位置的影响效果不同电磁波的调制方式

对生物效应的影响脉冲或连续波电磁污染的危害总结电磁干扰（ElectromagneticInterference，EMI）电磁辐射最严重的危害之一是会导致电磁干扰，电磁干扰的三要素：A电磁干扰源B耦合途径C敏感设备电磁干扰的危害电磁辐射的防护国外电磁辐射防护标准

由于各国对电磁场生物效应的研究水平及制定标准限位依据的选取等方面存在着较大的差异，各国间的标准限值差别很大。目前国际上尚未形成统—的电磁辐射防护标准。国外现行的电磁辐射防护标准主要有美国国家标准协会（ANSI)和美国电子电气工程师协会(IEEE)共同制定的IEEEC95.122005（最新版）以及国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定的ICNIRP导则（1988年出版）国内现行的电磁辐射防护标准我国现行的电磁