标准与法规 - 探讨性论文
解读电磁辐射的两种标准—B3-0011
奥卡姆剃刀 发表于 [2015-1-26 16:38:05] 返回上一级浏览2856次

转载自奥卡姆剃刀的博客:http://blog.sina.com.cn/s/blog_6c7e111d0101fmp2.html

手机和基站的辐射会不会危害人体健康?这是个老生常谈的话题了,国内媒体充斥着形形色色的专家建议,公众也都有着自己的看法。事实上,国外发达国家对此已经有过很多研究,结论是其与脑瘤等疾病无关。“日常生活中的电磁辐射对人体健康没有危害”早已是科学界的共识。


《破解手机辐射危害健康的流言》http://songshuhui.net/archives/59315 分析了手机辐射问题,《基站与健康》http://songshuhui.net/archives/75943 分析了基站辐射问题,还特别解释了“若想减轻辐射,应把基站请进小区”的道理。但尚无全面介绍电磁辐射标准的科普文章,文献库里的科技文章专业性太强,不适合公众阅读,因此我整理了相关内容写就此文,以期帮助公众对此产生清晰明确的认识。


从对人体健康潜在影响的角度来看,国际上对电磁辐射的测量标准有两种,分别是功率密度标准和比吸收率标准,前者属电磁学领域,后者仍与电磁学相关,但已扩展到生物学领域了。

1、 功率密度标准

功率密度指的是单位面积所接收到的辐射功率,它所测量的是信号强度,可以用电场强度和磁场强度来表示,但更普遍采用的是功率密度。下图是我国现行的《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)中对公众照射限值的规定,图中的前两行属中短波,不属于移动通信频段,其中3MHz30MHz是军队使用的短波波段,跟公众关系不大,不必关心。在30MHz30000MHz范围内的电磁波,频率越高则穿透人体能力就越差,因此从对人体影响的角度出发,频率越高则允许的功率密度就越大,即从30MHz0.4W/m230000MHz2W/m2


手机的峰值功率2W,美国电气电子工程师协会(IEEE)不考虑发射功率7W以下的安全问题,但美国国家辐射防护测量委员会(NCRP)主张更严格标准,美国联邦通信委员会(FCC)对2G手机所集中使用的900MHz频段规定的辐射限值为6W/m2,比我国的0.4W/m2宽松了15倍。

我国现行的电磁辐射防护规定GB8702-88是国际上最严格的标准之一,通信公司建基站和国家环保部的检查,依据的就是这个标准。有网友觉得这是88年定的标准,那时手机远未流行,现在手机这么普及了,标准应该提高。而实际上,基站现在越建越密,单基站的辐射功率在变小,辐射功率密度呈现下降趋势。由于新技术的应用,手机的功率也在减小,手机和基站对人体潜在的威胁程度不是增加了,而是降低了。

88年的国标毕竟年头久了,现在环保部推出了拟替代GB8702-88标准的征求意见标准,其中手机频段的限值并没有变化,仍然是0.4W/m2,标准中将1MHZ~300GHz的电磁设备的豁免管理等效功率定为了100W,即100W(含)以下的向没有屏蔽空间辐射的设备并不需要报批,高过100W的也不是说不能搞,只是要报批而矣。现在基站单站功率不过20W左右,按这个征求意见标准,根本不用报批,而且也不可能超标。

一般GSM基站天线高度为3555米,国家环保部曾监督测试过上千部基站,结果表明:射功率为20瓦的基站,基天线前10米的功率密度是0.006W/m2,远低于苛刻的中国限值标准。

手机和基站等电磁辐射不会影响人身健康,这本是科学界共识,在国外也从来不是个问题,但在中国却引起了公众恐慌。究其原因,运营商为竞争而散布的辐射谣言是源头,当初推广CDMA手机时,某运营商打出了“绿色手机”的伪概念,拿低辐射作为卖点,用欺骗公众的手段来提高竞争力。其实CDMA手机的辐射功率并不比GSM小,GSM手机峰值功率2W,实际使用过程中,只在1/8的时间发射,所以最大平均功率为250mW,而CDMA是连续发射的,最大平均功率也约为250mW,两种差别不大。

公众不必知道具体原理,只凭常识就能判断CDMA手机辐射与GSM大体相当,因为两种手机的电池容量差不多,除系统运行所需要基本相同的能量外,其余能量都辐射出去了,两者的待机和连续通话时间又差不多,若CDMA手机辐射功率远小于GSM的话,那余下的能量哪里去了?难道能量守恒定律不成立了吗?

虽然GSMCDMA两种手机的最大平均功率均在250mW左右,但实际发射功率会远低于这个水准,这源于基站对手机功率的自动控制机制。由于手机距离基站的远近不同,手机辐射相同的功率,基站接收到近处手机的信号功率就强,接收到远处手机的信号功率就弱。手机自己不知道距离基站的远近,开头会采用最大功率发射,基站收到后会向手机发送逐阶降低发射功率的指令,1秒钟内会发送几十到几百次指令,处于近处的手机会在极短的时间时把发射功率调整到很低的水平,例如0.02W

基站发射功率虽然比手机大,但由于手机距离人体近,综合比较后,还是手机对人体的辐射量更大得多。因害怕辐射而抵制基站是最二的做法,没有之一,因为手机与基站的距离远了,手机使用者反而要遭到更强的辐射,这恐怕是抵制者们所没有想到的。

现在运营商已经为当初的辐射谣言付出了代价,基站很难进入小区了,到处被居民驱赶,把基站伪装成灯杆和大树的招数也已经不灵了。时至今日,仍有运营商打虚假的绿色牌,还在做这种饮鸠止渴的傻事,真令人叹为观止。

2、 比吸收率标准

比吸收率(SAR)的定义是:给定密度的体积微元内质量微元所吸收的能量微元对时间的微分值,它说的其实就是单位时间和单位生物体质量所吸收的电磁能量,单位是W/kg

相对前面介绍的功率密度标准,这个标准更多地考虑了人体情况,应该是更值得参考的标准,但它却很难以操作。功率密度标准的检验很简单,拿个场强仪或频谱分析仪就可以测量,但比吸收率标准的检验却需要人体模型来配合,而且后续的数据算法也非常复杂。

美国辐射保护与测量委员会(NCRP)和美国电气电子工程师协会(IEEE)所制定的美标为SAR1.6W/kg,国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的欧标为SAR2.0W/kg,其中欧标是世界卫生组织(WHO)推荐的标准。我国的《移动电话电磁辐射局部曝露限值》(GB21288-2007),主要内容只有一页纸,其实就说了一句话:我国遵从世卫组织推荐的欧标2.0W/kg标准。

标准有了,但该如何测试呢?现行的是中国人民共和国通信行业标准 YD/T 1644.1-2007 手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射--人体模型、仪器和规程,该标准的第1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率范围300MHz~3GHz),第2部分:手持和身体配戴设备在人体头部和身体内的SAR评估规程(频率范围300MHz~6GHz)。

测试头颅内部所吸收的电磁能量,当然不能把活人开瓢,只能制作一个跟头颅形状、密度、电介常数相当的标准人头模型,上述的标准对模型进行了规范化,以保证测量结果的一致性和可比性。标准中要求用糖盐为主的悬浮液来模拟头部的组织液,手机有贴脸和倾斜两种标准测试位置,对信号频率和功率、探头规格、测试程序等也都有着一整套的规范。



这个标准内容非常详尽,共参考了65篇欧美国家的相关标准和文献。但实际的内容基本都是移植于欧美的相关标准。有趣的是,我国标准中所采用的头部模型数据,居然来自1988年的美国军人的人体测量报告,这倒是与美国的相关标准完全一致。

标准中,根据美国男军人头部尺寸的统计数据,将成年男子的头部按从小到大的次序分成110号,1号最小10号最大,模型选择了9号,考虑到妇女儿童的头部尺寸肯定比9号小,这样就可以保证所有使用者有超过90%的人的头部比模型小,会遭受更低的辐射,从而使基于这个9号模型所得到的SAR标准是保守和安全的。


媒体经常称SAR值是根据成年男子的头部模型制定的,对孩子应该采取更加严格的标准,这种说法没有科学根据,根据剂量学的研究,成年男性头部比妇女儿童的大,吸收的辐射量更大,这就已经构成了最坏情况下的电磁辐射。

在人头模型中测量用的探头,并不是温度计,而是一个接收天线,接收的是电磁辐射能量,得到测试数据后,还要经过复杂的算法处理,才能得到SAR的值。探头天线要根据不同频段进行精度校准,其测量步骤和数据推算是非常专业和复杂的。

根据以往的测试结果,手机辐射在头部引起的最大温升为0.194摄氏度,根据IEEE的安全标准,人体内局部温度升高的阈值为不超过3.5摄氏度,若人体正常温度若是36.5摄氏度,局部温度不能高过40摄氏度,而手机辐射所能引起的最高温度还不到37摄氏度,当然是无关紧要的,而且人类还可通过本身的体液流动来调节自身局部的温度。

SAR与手机的制式(例如GSMCDMA)没有关系,国外许多实验室多年的研究资料表明,SAR与功率密度也没有换算关系,但在国内常常将两者比较,以期定性地说明问题。

2012423日,美国联邦通信委员会(FCC)发布了关于RF曝露和SAR符合性要求的6KDB文件的修订草案,其中KDB865664是关于100MHz6GHzSAR测试的,这次修订主要是顺应LTE等新一代移动通信规范中无线电信号频率上升到700MHz6GHz的客观要求,而以前的所考虑的无线电信号主要是2GHz以下的。

新文件有三个主要变化,一是原2GHz以下信号使用的插入头部模型中的天线直径为6mm~7mm,现在信号频率变高了,因此波长就相应地缩短了,需要3mm~4mm,在接近6GHz时需要使用直径1.5mm的天线。为什么信号频率高了天线就要短呢?因为信号的频率与波长成反比,当天线的长度与波长成正比时,发射和接收的效率会更高。所以,信号频率高了,波长短了,天线也要短些了;二是由于单一信号的频带宽了,单探头就不适合了,分离的多个探头就成为了未来测试的趋势;三是头部模型中的模拟液,以前的糖盐液体不适合1G以上的信号,需要使用矿物油、甘油等新型混合液体。通过文献检索,尚未发现国内的相关部门和机构对这些变化进行跟进研究。

CCTV曾对“防辐射孕妇装”做过一期节目,介绍了陈姓研究人员做的实验,在穿上防辐射孕妇装的假人上方安置了八木天线,把场强仪的探头放进防辐射孕妇装和假人之间的缝隙进行测量,结论是辐射反而增强了,理由是电磁波来回振荡叠加导致功率增强,这个结论很令人遗憾,因为这是典型的伪科学说法。虽然防辐射孕妇装无用的节目结论是正确的,但却使用了错误的论据,这种“以假打假”是最有危害的。

后来CCTV又做了一期节目,请来了中国工程院刘尚合院士,他是国内静电防护和电磁辐射方面的顶级专家,他也当场做了实验,结论是防辐射孕妇装有一定的防辐射作用,这是个科学结论。但有个扩展到生物领域内的科学说法没有介绍,那就是衰减的这点辐射对人体健康没有意义。

“防辐射孕妇装”也不是一点作用没有,穿上它可以得到更多的关照,在公交车上被让座的机率会大增。欧美日等国家从没有过这种产品,但在中国却已经成为了一个庞大的产业。

《移动电话电磁辐射局部曝露限值》(GB21288-2007)标准的最后一条对移动电话产品的标识提出了要求,应在说明书中以黑体字表示产品的SAR,并鼓励在产品外包装上标明SAR的最大值。起码在现阶段,我对这个要求并不抱希望,前面已经介绍过,测量一个产品的SAR是个专业性很强的复杂过程,能有这个能力的科研机构并不多,而且必须要有国家授予的检测资质,否则就跟屠户在猪肉上扣个自己刻的检疫合格章一样是无效的。因此,在SAR检测尚未展开的情况,若某款移动电话的说明书上标明了SAR值,我们反而要核实下,这个数据是在哪里测出的?这个机构被授予了相关资质了吗?

与其它盛行的流言一样,电磁辐射恐惧在国内大行其道,包括我在内的科普人士曾做过很多努力,但远没有成为主流的声音,“日常生活中的电磁辐射对人体健康没有危害”这个真相也未能令多数人认同,这令多年来致力于消除电磁辐射恐惧的我感到有些无奈。

闻道有先后,术业有专攻,您不必懂得此文中所提及到的科学知识,但您可以把选票投给科学,您不应弃权,更不能把选票投给流言。请您转发此文给更多的朋友看,为“免除不必要的恐惧,追求更美好的生活”贡献一份正能量。

【参考文献】

1.电磁辐射防护规定 GB8702-88

2.移动电话电磁辐射局部曝露限值 GB21288-2007

3.辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法HJ/T 10.2-1996

4.电磁环境公众曝露控制限值 (征求意见)修订GB8702-88

5.手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射--人体模型、仪器和规程 1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率范围300MHz~3GHzYD/T 1644.1-2007

.SAR Measurement Requirements for 100MHz to 6GHz (KDB865664, Federal Communicantions Commission Office of Engineering and Technology)

7.中国泰尔实验室:手机电磁辐射研究报告

8.中国泰尔实验室:基站电磁辐射研究报告

9.手机辐射导致大脑温度升高的研究,赵志华,信息技术,2008年第8

10.人体对手机辐射吸收剂量的仿真研究,王曼珠,电子科技大学学报,2008年第2

11.手机及基站远场辐射安全距离计算,姚立杰,安全与电磁兼容,2012年第3

12.各国移动电话比吸收率SAR标准介绍与SAR值数据分析,石颖,环境工程,2011年第29卷增刊

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