電磁輻射及其防護

05物教(2)班權(quán)家祥PAGE電磁輻射及其防護摘要：隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，一種看不見、摸不著的污染源日益受到各界的關(guān)注，這就是被人們稱為“隱形殺手”的電磁輻射。今天，越來越多的電子、電氣設(shè)備的投入使用使得各種頻率的不同能量的電磁波充斥著地球的每一個角落乃至更加廣闊的宇宙空間。對于人體這一良導體，電磁波不可避免地會構(gòu)成一定程度的危害。引言：電磁波是一種隨時間變化的電磁場，而電場和磁場歸根到底是由電荷和電荷運動所產(chǎn)生的。作為產(chǎn)生電磁波的電荷應(yīng)具有什么特性，在什么條件下才能產(chǎn)生電磁波，這是一個使人們感興趣的問題。產(chǎn)生電磁波的過程稱為電磁輻射。關(guān)鍵詞:電磁輻射軔致輻射回旋輻射同步輻射電磁屏蔽一：電磁輻射的定義考察分布在某一小范圍內(nèi)的電荷系統(tǒng)，假定電荷系統(tǒng)能輻射電磁波，電磁波向四面八方傳播出去，我們稱這種電荷系統(tǒng)為輻射源。與機械波傳播過程相似，我們預(yù)期在離輻射源較遠的地方，應(yīng)觀察到一個沿徑向傳播并攜帶著能量的球面電磁波或準球面電磁波。如果輻射源周圍是真空，那么通過任一半徑為r的球面被電磁波帶走的能量應(yīng)與球面半徑r無關(guān)。由于包圍輻射源的球面面積與成正比，這就要求電磁波的能流密度S或其對應(yīng)時間的平均值與成反比。球面電磁波的電矢量和磁矢量應(yīng)具有以下的形式：、分別代表產(chǎn)生電磁波的源的特性有關(guān)的某種量，它取決與輻射源的電荷分布以及電荷的運動狀態(tài)，與r的比值則代表r處的振幅。二：電磁輻射的若干概念1.常見的電磁輻射源一般來說，雷達系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、射頻感應(yīng)及介質(zhì)加熱設(shè)備、射頻及微波醫(yī)療設(shè)備、各種電加工設(shè)備、通信發(fā)射臺站、衛(wèi)星地球通信站、大型電力發(fā)電站、輸變電設(shè)備、高壓及超高壓輸電線、地鐵列車及電氣火車以及大多數(shù)家用電器等都是可以產(chǎn)生各種形式、不同頻率、不同強度的電磁輻射源。

2.電磁輻射場區(qū)的劃分電磁輻射場區(qū)一般分為遠區(qū)場和近區(qū)場。2.1近區(qū)場及特點以場源為中心，在一個波長范圍內(nèi)的區(qū)域，通常稱為近區(qū)場，也可稱為感應(yīng)場。近區(qū)場通常具有如下特點：

近區(qū)場內(nèi)，電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關(guān)系。即：E1377H。一般情況下，對于電壓高電流小的場源(如發(fā)射天線、饋線等)，電場要比磁場強得多，對于電壓低電流大的場源(如某些感應(yīng)加熱設(shè)備的模具)，磁場要比電場大得多。

近區(qū)場的電磁場強度比遠區(qū)場大得多。從這個角度上說，電磁防護的重點應(yīng)該在近區(qū)場。

近區(qū)場的電磁場強度隨距離的變化比較快，在此空間內(nèi)的不均勻度較大。

2.2遠區(qū)場及特點在以場源為中心，半徑為一個波長之外的空間范圍稱為遠區(qū)場，也可稱為輻射場。遠區(qū)場的主要特點如下：

在遠區(qū)場中，所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播，這種場輻射強度的衰減要比感應(yīng)場慢得多。

在遠區(qū)場，電場強度與磁場強度有如下關(guān)系：在國際單位制中，E=377H，電場與磁場的運行方向互相垂直，并都垂直于電磁波的傳播方向。

遠區(qū)場為弱場，其電磁場強度均較小。

2.3近區(qū)場與遠區(qū)場劃分的意義通常，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強度的電磁輻射源來說，近區(qū)場輻射的電磁場強度較大，所以，我們應(yīng)該格外注意對電磁輻射近區(qū)場的防護。對電磁輻射近區(qū)場的防護，首先是對作業(yè)人員及處在近區(qū)場環(huán)境內(nèi)的人員的防護，其次是對位于近區(qū)場內(nèi)的各種電子、電氣設(shè)備的防護。而對于遠區(qū)場，由于電磁場強較小，通常對人的危害較小，這時我們應(yīng)該考慮的主要因素就是對信號的保護。另外，應(yīng)該有對近區(qū)場一個概念，對我們最經(jīng)常接觸的從短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段范圍，其波長范圍從10米到1米。三：幾種輻射介紹1.軔致輻射電子通過介質(zhì)時因與介質(zhì)中其他粒子碰撞而加速或減速，從而輻射電磁波，這種在碰撞過程中產(chǎn)生的輻射稱為軔致輻射，用高能電子轟擊金屬靶時就能產(chǎn)生軔致輻射。在外層空間中，電離物質(zhì)的巨大云塊處于完全電離狀態(tài)，其中所有的原子至多失去一個電子作為自由離子存在。在這種所謂等離子體介質(zhì)中，自由電子與自由離子的碰撞將發(fā)出無線電波和微波訊號，地球上裝有射電望遠鏡的電臺就很容易接受到這種訊號。對于能量較低的所謂非相對論性粒子，碰撞過程中因軔致輻射引起的能量損失比較少，可以忽略不計，但對相對論性粒子，軔致輻射是碰撞過程中能量損失的一種主要方式。2.回旋輻射運動電荷在磁場的洛倫茲力的作用下作圓周運動時具有向心加速度，因此電荷將輻射電磁波。用回旋加速器加速帶電粒子時，粒子因作圓周運動而輻射電磁波，成為回旋加速器的一種能量損失途徑。由于這種輻射與回旋加速器相聯(lián)系，故被稱為回旋加速器輻射，簡稱回旋輻射。在回旋加速器中，帶電粒子的向心加速度為式中q為被加速粒子的電量，m為其質(zhì)量，B為磁場的磁感強度，v為粒子的速度。由于回旋加速器中，粒子獲得的速度比較小，即v<<c，故相對論效應(yīng)可以不計。若用表示粒子作圓周運動的圓頻率，則，回旋輻射功率可以用拉莫爾公式表示：回旋輻射的電磁波僅含有一種單一的頻率，這是不難理解的，因為粒子沿精確的圓周軌道的運動與頻率為的兩個相互垂直的簡諧振動是等價的?；匦椛涞哪芰髅芏鹊慕欠植伎捎帽硎荆鐖D所示，其中電荷沿半徑為R的圓周運動。3.同步輻射（1）定義用回旋加速器加速粒子的過程中,當粒子的速度與光速可以比較時,粒子的質(zhì)量與速度有關(guān),即有式中為靜止質(zhì)量。速度越接近光速，粒子的質(zhì)量越大，粒子在磁場中作圓周運動的周期將因質(zhì)量的改變而改變。為了能使回旋加速器仍能有效的加速粒子，就應(yīng)根據(jù)圓周運動周期的變化，調(diào)節(jié)加速器兩半圓扁盒間的加速電場的周期，使粒子進入扁盒縫隙時能繼續(xù)加速，這就設(shè)計出了同步加速器。在同步加速器中，粒子作圓周運動的向心加速度非常大，產(chǎn)生強烈的電磁輻射，這種輻射稱為同步加速輻射，簡稱同步輻射。同步輻射造成大量能量的損失，降低了加速粒子的效率。（2）同步輻射的重要特性輻射功率非常大輻射出的電磁波分布在一個很寬的頻率范圍內(nèi)，且頻率連續(xù)可調(diào)輻射強度分布在一個很小的錐角內(nèi)，有很高的準確性（3）應(yīng)用由于同步輻射具有以上特性，近年來許多國家建造高能同步回旋加速器，作為極好的光源對固體物理、材料科學和生命科學進行研究，開拓了廣闊的前景。四、電磁輻射危害人體的機理電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)等。1．熱效應(yīng)：人體70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到體內(nèi)器官的正常工作。2．非熱效應(yīng)：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場即將遭到破壞，人體也會遭受損傷。3．累積效應(yīng)：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復(fù)之前（通常所說的人體承受力內(nèi)抗力），再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)，危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也可能會誘發(fā)想不到的病變，應(yīng)引起警惕。五、常見電磁輻射的防護（1）電磁屏蔽

電磁屏蔽是利用一些能抑制電磁輻射擴散的材料，將電磁輻射源與外界隔離開來，使輻射能被限制在某一范圍內(nèi)，從而達到防止電磁污染的目的。屏蔽裝置一般為金屬材料（或?qū)щ娦院玫姆墙饘伲┲瞥傻姆忾]殼體，并與地相接。屏蔽防護主要是利用其對電磁能進行反射與吸收，使得傳遞到屏蔽體上的電磁場，一部分被屏蔽體反射，進入屏蔽體內(nèi)的電磁能又有一部分被吸收，因此透過屏蔽的電磁場強度會大幅度衰減，從而避免了對人與環(huán)境的危害。

根據(jù)場源與屏蔽體的相對位置，屏蔽方式可分為以下兩類：

一類是將電磁場的作用限定在某一范圍內(nèi)，用屏蔽殼體將電磁污染源包圍起來，使其不對此范圍以外的生物機體或儀器設(shè)備產(chǎn)生影響的方法，稱為主動場屏蔽或有源場屏蔽。

另一類是將場源放置于屏蔽體之外，用屏蔽殼體將需保護的區(qū)域包圍起來，使場源對限定范圍內(nèi)的生物機體及儀器設(shè)備不產(chǎn)生影響，稱為被動場屏蔽或無源場屏蔽。

屏蔽材料可用低電阻率的銅、鋁、鐵等金屬材料。普通玻璃、纖維板、塑料板、有機玻璃等材料缺少屏蔽電磁波的性能，不宜單獨使用。

屏蔽裝置可以根據(jù)不同的屏蔽對象與要求，采用不同的屏蔽體的結(jié)構(gòu)形式，主要有屏蔽罩、屏蔽墻、屏蔽室等形式，可根據(jù)具體情況設(shè)計制作。（2）吸收防護

吸收法是利用電磁匹配、諧振的原理，采用對電磁輻射能量具有吸收作用的材料，將電磁能量進行衰減，并吸收轉(zhuǎn)化為熱能。吸收防護是減少微波輻射危害的一項積極有效的措施，可在場源附近將輻射能大幅度降低，多用于近場區(qū)的防護上。

石墨、鐵氧體、活性炭等是較好的吸收材料。也可在塑料、橡膠、膠木、陶瓷等材料中加入鐵粉墨、木材和水等制成，如泡沫吸收材料、涂層吸收材料和塑料板吸收材料等。

（3）個人防護

我們在平時工作和日常生活中，應(yīng)自覺采取措施，減少電磁波的危害。應(yīng)盡量增大人體與發(fā)射源的距離。因為電磁波對人體的影響，與發(fā)射功率大小及與發(fā)射源的距離緊密相關(guān)，它的危害程度與發(fā)射功率成正比，而與距離的平方成反比。當因工作需要操作人員必須進入微波輻射源的近場區(qū)作業(yè)時，或因某些原因不能對輻射源采取有效的屏蔽、吸收等措施時，必須采取個人防護措施，以保護作業(yè)人員安全；個人防護措施主要有穿防護服、戴防護頭盔和防護眼鏡等。

（4）區(qū)域控制與綜合治理

對工業(yè)集中城市，特別是電子工業(yè)集中城市或電氣、電子設(shè)備密集使用地區(qū)，可以將電磁輻射源相對集中在某一區(qū)域，便其遠離一般工作區(qū)或居民區(qū)，并對這樣的區(qū)域設(shè)置安全隔離帶，如利用綠色植物對電磁輻射能具有較好的吸收作用，可采用綠化隔離帶，從而在較大的區(qū)域范圍內(nèi)控制電磁輻射的危害。六、國內(nèi)電磁輻射防護材料的最新研究動態(tài)防護服裝是根據(jù)屏蔽或吸收原理制作的。隨著人們對電磁環(huán)境的重視和科學技術(shù)的進步，近一兩年來，又有許多新型的屏蔽織物研制成功。比較典型的是由北京某公司研制的新型防輻射服裝面料，這種服裝面料是用不銹鋼纖維、棉纖維、滌纖維和麥飯石纖維混合紡織而成的，這種面料做起來的服裝穿起來和普通服裝沒什么差別，但具有防電磁輻射、抗靜電、耐洗滌、透氣性好、柔軟、舒適和保健等功能。此外，上海研制成功采用多離子織物和金屬化纖維織物的電磁輻射屏蔽材料。多離子織物是采用目前國際最先進的物理和化學工藝，對纖維進行離子化處理。該產(chǎn)品以吸收為主，將有害的電磁輻射能量通過織物自身的特殊原理轉(zhuǎn)變成熱能散發(fā)掉，從而避免了環(huán)境二次污染、凈化了空氣。由于織