标准与法规 - 探讨性论文
电磁环境特点与管理对策—B3-0009
张志刚 发表于 [2013-12-17 19:00:09] 返回上一级浏览5558次

随着科学技术的发展,人类进入信息社会,大量电视塔、广播站、雷达、卫星通信、微波等伴有电磁辐射的设备越来越多,这些设备为人类的生活和发展起到了重要作用。由于大部分电磁波都是有用发射,所以环境中电磁能量密度增大,频谱增密,将是社会发展的必然趋势。但当环境中电磁场强度超过一定限值时,它却是一个重要的环境污染要素,对公众的身体健康有潜在的、长期的影响;对家用电器、医疗设备、军用设施等,都有一定的干扰。所以,电磁波既是有益于社会发展的信息载体和能量流载体,又是潜在的环境污染要素,其危害效应已受到国际环保领域的高度重视。所以,既要把电磁能作为一种资源,充分加以利用;又要加强管理,将其负面效应控制在最小的程度。

 、电磁辐射与电磁环境污染的概念

变化的电场会引起一个变化的磁场,同时,变化的磁场亦会引起一个变化的电场。不断变化的电场和磁场,就会形成一个向空间传播的电磁波。从专业角度说,电磁辐射一般指频率在100KHz以上的电磁波。是指变化的电场和变化的磁场相互作用而产生的一种能量流的辐射。但国标《电磁兼容术语》GBT4365中也注释:“可将电磁感应引申包括在电磁辐射中”。所以,环境保护中的电磁辐射概念包括:辐射和感应。

环境中产生电场、磁场、电磁场的设施大致可分为五类:

1、广播电视发射系统:电视发射塔、广播传播台站等

2、无线通信发射系统:手机基站、雷达等

3、高压送变电系统:如高压线、变电站、换流站等

4、电气化铁道:如磁悬浮列车等

5、工业、科学、医疗用电磁能设施:如高频冶炼炉等

电磁环境污染:是指相关设施在环境中所产生的电磁能量或强度超过国家规定的电磁环境质量标准,并影响他人身体健康或干扰他人正常生活、正常工作的现象。

二、电磁环境污染的危害

当环境中电磁场水平超过一定程度时,就会对周围的人和设施产生一定的影响,其危害主要包括两方面:对人体的危害和对其他电信设施的影响:

1、对人体及生物的热效应危害:

热效应:人体内所含的蛋白质和水分子等都是不均匀电介质,在变化的电磁场中,随电场的变化而不断振动,分子之间相互摩擦产生热量。一般情况下,人体对这种热量有调节和扩散功能。但如果热量产生的速度太快,超过人体正常的调节能力时,这种热量就会在人体中积累,从而使蛋白质温度升高。我们日常使用的微波炉就是利用电磁辐射热效应原理工作的。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)报告表明:“在10MHz300GHz范围内,个体暴露在能量比吸收率SAR4W/kg的电磁场中30分钟,体内蛋白质温度升高将超过10C......”。“在对细胞和动物的研究中,当体内蛋白质温度上升1-20C时,已有大量的生理影响表现出来:血-脑屏障渗透率的增加、神经和肌肉神经功能的改变、细胞膜功能的改变、后代的变化(精液制造的减少和畸变)、眼睛障碍(晶体混浊和角膜异常)......”(注释:ICNIRP Guidline. p504-p506, April 1998. Volume 74. Number 4. Health Physics.

2、对人体及生物的非热效应危害:

非热效应:是指电磁场对人体产生的、除了由于热量积累而引起的生理效应以外的其他生理病症。例如:人体长期处在强磁场中,则会影响神经系统正常功能,导致做恶梦,产生幻觉,甚至神经紊乱等。

目前科学研究,对热效应已有定量的结论。对非热效应,还没有定量的值,只有定性的结论。

不同的人,对电磁辐射的抵抗能力不同,孕妇、老人、儿童、病人称为脆弱人群;同一个人,不同的器官,抵抗能力也不同:眼晴、大脑、心脏、生殖系统称为脆弱器官。

3、对电器设施的影响

环境中电磁本底水平的增高,会对其他用电设施或信号系统产生影响和干扰。

三、电磁环境污染的确定

电磁场的来源有自然和人工两类。首先,地球本身就是一个大的磁场,太阳光也是电磁波的一个频段,还有雷电和其他星球产生的电磁波,这都是自然产生的。人类就是在这种环境中进化过来,与自然形成了一种和谐。所以,天然本底水平的电磁环境,对人体没有任何危害。然而,随着科学的发展,人类发明了许多利用电磁能工作的设施,这些设施大量的向环境中发射电磁辐射或产生电场、磁场,使环境中的电磁本底水平极大的增高。从而产生了电磁环境保护问题和电磁辐射(电磁感应)防护问题。

所以,由电磁场本底水平对人体没有任何影响,到电磁场超过一定强度会对人体产生一定的生理危害,这一强度称为阈值。而根据该阈值再考虑其他社会因素,留有一定的安全余量后,确定的环境控制限值作为对电磁场的控制标准。超过该控制标准的电场和磁场称之为电磁环境污染。

四、电磁辐射暴露限值及标准的制定:

国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)组织专家评述了目前国际上已取得并已经过专家认可的科学实验,综述了不同频率电磁场对人体影响的机理,提出了各频率电磁场对人体影响的阈值。然后,取阈值十分之一作为职业照射限值,五十分之一作为公众照射限值。也就是说,国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)推荐的标准中,职业照射有十倍的安全余量,公众照射有五十倍的安全余量。

电磁场不同频率的作用机理不同:

1、频率从1Hz-10MHz,是根据预防神经系统功能影响的电流密度作为确定基本限值的基础。

2、频率从100kHz-10GHz,采用能量比吸收率SAR来预防全身的热效应以及局部组织的过热;

100kHz-10MHz范围内,同时用电流密度和能量比吸收率SAR来确定限值。

3、频率在10GHz-300GHz之间,采用基本限值功率密度来预防组织内和体表过热。

在频率从几赫兹到1kHz,感应电流超过100 mA/m2,中枢神经系统兴奋程序有急剧变化和其它的严重反应,如引起视觉颠倒等。所以,从安全角度考虑,在频率4Hz-1kHz范围内,职业暴露应限制在电磁场引起的感应电流密度小于10 mA/m2,公众暴露应限制在2 mA/m2 。由此推导出50Hz高压线的职业暴露控制限值是:电场强度不超过10kV/m,磁感应强度不超过0.5mT。公众暴露控制限值是:电场强度不超过5kV/m,磁感应强度不超过0.1mT

10MHz到几个GHz频率范围内,是根据体内温度升高超过1℃来确定的。这一温升水平是个体暴露在一般环境下全身的能量比吸收率SAR阈值大约为4W/kg维持30分钟的结果。所以,职业暴露限值的能量比吸收率SAR0.4W/kg,公众暴露限值为0.08W/kg

五、我国的电磁环境标准制定原则

国际非电离辐射防护委员会ICNIRP关于电磁辐射暴露限值的推荐标准,是基于热效应和即时效应的科学数据基础上制定的,推荐给各个国家参考。世界各国参考该标准,制定了等于或严于该标准的国家标准。我国考虑到电磁辐射的非热效应和各种设施建设的历史原因,采取国际上对未知因素可能产生不利影响而推荐的“谨慎的预防原则”,参考该标准并留有较大余量,制定了比ICNIRP的暴露限值相对严格的标准。50Hz高压线的公众暴露控制限值是:电场强度不超过4kV/m,磁感应强度不超过0.1mT。而100 kHz3GHz的能量比吸收率SAR阈值大约为1W/kg。职业暴露的能量比吸收率SAR限值为0.1W/kg,公众暴露限值为0.02W/kg。各频段的电磁场限值由国标《电磁辐射防护规定》GB8702-88来判断。

也就是说,我国的电磁环境标准,比ICNIRP标准留有更大的安全余度。但在管理措施方面,只要超过我国标准,就要对相关设施进行管理,采取措施,使之符合标准的要求。这些标准和规定有助于产生电场、磁场、电磁场的设施合理规划和科学利用。

六、电磁环境污染的特点和目前我国电磁环境现状

电磁环境污染有如下的特点:

1、有用信号与污染是共生的:

水、气、声、碴等污染要素,与其产品是分开的。例如:生产合格的纸,排出污水。而电磁辐射不同,发射的就是有用信号,但其对公众健康来讲,同时具有污染的特性。在一定程度上,电磁波的有用性和污染是共生的,其污染不能单独治理。

2、产生污染的可预见性:

电磁辐射设施对环境的辐射能量密度可根据其设备性能和发射方式进行估算,具有可预见性。在设计阶段,对于不同方案,可以初步估算出对环境污染的不同结果,由此可以进行方案的比较取舍。

3、产生的污染具有可控制性:

电磁辐射设备向环境发射的电磁能量,可以通过改变发射功率,改变增益等技术手段来控制。一旦断电,其污染立即消除。而且与周围建筑物的布局和人群分布有关。所以,为了科学的管理,最大限度的发挥电磁辐射的经济性能,减少对环境污染,对电磁辐射设施的建设项目,必须进行环境影响评价。

根据长期的管理和监测数据表明,目前我国电磁环境的整体状况比较好,大部分情况都基本保持在本底水平的涨落范围内。但在一些大型电磁辐射设施周围,也有超标甚至严重超标的情况。对于这些设施,我们要采取相应的管理措施,消除污染。但随着经济的高速发展,电磁辐射设施急剧增加,电磁辐射环境管理的任务将越来越重。

七、电磁辐射的防护措施:

根据电磁辐射污染的特点,可以采取如下的防护措施:

1、屏蔽防护:对电磁辐射的屏蔽难度较大。只有在一些特殊情况下,采用专业的设施对职业人群进行屏蔽防护,或者对设施本身进行屏蔽,适当降低电磁场强度。一般在公众中难以广泛推广。

2、距离防护:电磁场强度随发射源距离增大而急剧减少。所以增大与辐射源的距离,能有效地起到防护作用。对大型电磁辐射设施,划定规划控制区可保持公众活动区域的较低电磁场水平。

3、时间防护:尽量缩短受到电磁场暴露的时间,如减少手机通话时间等。

4、科学管理:合理规划大型电磁辐射设施布局,减少大型设施电磁辐射高场强区域叠加而导致超标的概率。

5、源头控制:从环境影响评价入手,对发射电磁能的设施有关指标进行管理并采取措施。

6、“规划控制区”管理措施:

由于大功率电磁波发射设施,尤其是中波发射台,其产生的电磁辐射衰减较慢,在较大范围内电磁强度都很高。而业主所能控制的土地范围是有限的。所以,必须划定规划控制区(包括控制区和限制发展区两部分),在土地规划部门的配合下,要求在期“控制区”内,严禁公众进入,而外围的“限制发展区”内的土地,不得修建居民住房或其他敏感建筑。

所以,电磁辐射对人体和环境的影响,是在一定的程度上发生的。只要合理规划,制定出合适的管理指标,并采取严格的管理措施,可以实现既保护环境和公众,又发展经济的可持续发展战略。

      原文链接:http://jy.nanning.gov.cn/3069/2005_5_24/3069_61122_1116910449655.html 

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