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快转给你的父母,告诉他们辐射的真相!| SciFM Vol.04

2017-05-17  木头1018

今天,我们聊一聊最常见的电磁辐射~


我们日常可以见到哪些辐射?

辐射的强度指标是什么?

各种辐射和人体怎么相互作用?会不会对人体有害......


一条防辐射的音频

来自中科院物理所




相信大家听完我们的节目后,马上就能分辨出朋友圈里转的各种关于辐射的谣言啦~


1

什么是电磁辐射?


说白了,电磁辐射就是常见的电磁波。那么第一个问题就来了,电磁波是怎么产生的呢?负责任地说,把麦克斯韦方程组里的方程代换一下就得到电场和磁场的波动方程,解出来的解就是电磁波。当然这等于没说,所以通俗一点来说呢,变化的电场会产生磁场,而变化的磁场又会产生电场。这样电场和磁场交替相互产生,向远处传播出去,就得到了电磁波。


2

电磁辐射的分类


主要按照频率或者波长进行分类:


频率比较低,波长比较长,对应的单光子能量比较低,对物质的电离能力比较弱,叫作非电离辐射;频率比较高,波长比较短,对应的单光子能量高,对物质电离能力强,叫作电离辐射。


除此之外,频率处于不同范围的电磁波有各自的日常用途和名称,主要分为无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线。用图表示出来就是所谓的电磁波谱。


今天我们主要讨论的是非电离辐射,就是频率相对比较低的电磁辐射。



3

我们日常生活中都有哪些电磁辐射?

来源是什么?


按照来源分类,有:


1.输电设备,如变电站、电线

2.家用电器,所有使用交流电的电器

3.用于通信的电磁辐射


按照频率分,主要分为:


低频(1Hz-100kHz),主要来自于供电设施,和大多使用交流电的家用电器和电子产品。


高频(100kHz-300GHz),主要用于通信、手机信号、WIFI信号、收音机、电视,和一些安全检查设备和医学检查设备(比如MRI),这些都会产生高频电磁辐射,以及用于加热的微波炉。



4

 如何衡量电磁辐射的强弱?


衡量电场强弱的物理量是电场强度E,单位是伏特/米(V/m),衡量磁场强弱的物理量是磁感应强度B,单位是特斯拉T。(但是这个单位比较大,我们一般考虑微特斯拉μT)。


此外也会用到电磁波的功率密度,单位是瓦特/平方米(W/m^2),表示每平方米的面积上电磁波的功率大小。


一些常见的家用电器周围的电磁场强度:


1.电场强度


2.磁场强度

(来源:德国辐射安全联邦办公室,1999年)



5

电磁辐射对于生物体有什么影响?


在低频的电磁场下,人体是一块良导体,电场线基本垂直于人体,由于电磁场在不断震荡,在人体表面会产生震荡的电荷;同时呢,人体内的磁场和外加的磁场基本是一致的。在复杂的耦合作用下,低频的电磁场会在人体内感生出电场和电流。


由于人体内本身就有微弱的生物电流和电场在参与人体内的各种生理过程,如神经信号的传递,大多数生物化学反应比如消化过程,心脏活动等等,如果感应出的电流大小达到一定的强度,会对影响到一些人体内的生理过程,比方说会刺激人体的神经和肌肉,在视场边缘产生一些光幻视等等。这些影响都是可逆的,不会影响健康。但如果达到非常大的强度,就可能会对心脑血管产生不可逆的影响,甚至烧伤人体组织。


高频电磁辐射作用于人体,主要的效应为加热效应。高频电磁场可以一定程度上穿透人体,频率越高,穿透深度越大,身体里带有电偶极矩的分子会在电磁场的作用下震动,这个动能会因为摩擦耗散变成热能释放出来……其实就是微波炉的原理,跟我们用微波炉加热鸡腿是一个道理。


由于人体内有温度调节机制,我们的身体是能够承受一定的升温的,比如当我们大量运动完后体内也会释放很多热量,但并不会对身体健康造成什么影响。这里是一样的道理。但是当超出一定水平时,这种效应会给人体带来严重的伤害,例如中暑和烧伤。


总结一下,低频的电磁场主要作用是在体内感应出电流和电场,从而影响人体生理活动,而高频的电磁场主要作用是加热,跟微波炉一个道理。



6

安全标准的制定


那么我们日常生活中接触到的各种电磁辐射到底会不会影响身体健康呢?

俗话说,抛开剂量谈毒性都是耍流氓。每个国家和一些国际性的组织都制定了一系列的标准,来确保公众接触到的辐射强度足够低,身体健康不会受到影响。各种电器和通信设备在制造和建立时都必须确保不会超过这个标准,因此可以说我们平常是非常安全的。

图:中国《GB8702-2014 电磁环境控制限值》中对于各频率电磁辐射的公众暴露限值的规定


我知道我这么说大家肯定不放心,凭啥你说没影响就是没影响呢?而且,万一我一不小心超了这个标准怎么办?


这就需要我们了解一下这个标准是怎么制定的。


为了找到辐射开始影响生物体健康的临界值,我们需要做实验。当然人体是不能拿来做实验的,所以会用各种动物做实验。在加大电磁辐射的过程中,动物的健康受到影响之前,它的正常行为一定会先发生改变。那么这个值就被记录下来,作为最小的有害健康的辐射强度值。但是呢,为了保险起见,我们也不会把这个值直接拿来作为人体的安全标准,所以要把这个值除以50,再来作为公众安全限值。不同的国家制定的标准各有不同,大多数国家都参考了国际非电离性辐射防护委员会(ICNIRP)定义的一套标准。

 

除此之外,我们在制定安全标准时,总是假设电磁场和人体有最大程度的耦合。但由于人体形状非常复杂,还有各种不同的组织,实际上人体和电磁场的耦合程度并没有那么强,或者说,人体屏蔽了一部分电磁场,使得实际上在你体内感生出来的电压电流和加热效应并没有那么强。


综合以上两点,短时间地处于超过安全标准限值的电磁辐射下,对健康也是没有什么影响的。不过,我们普通人也很难处于超出安全标准限值的环境中就是了。


顺带一提,某些职业需要暴露在一定的电磁辐射下,这些从业人员的安全标准限值比公众的限值要高5倍。这是因为他们一般都经过培训,对可能的风险有足够认知并且会有一些相应的防护措施。对于普通公众来说,这个标准自然是越严格越好啦~



7

 我们每天都待在电磁辐射里面,长期接触会不会带来健康问题呢?


实际上,到目前为止,人们已经基本把有可能和电磁辐射有关的疾病都担心了一个遍。过去的几十年里,各国的科学家们也在积极研究电磁辐射和各种疾病的关系。然而直到目前为止,结论是:

 

无论是低频还是高频电磁辐射,都没有有效的证据支持电磁辐射会导致任何健康问题。

 

从癌症、白血病、白内障,到失眠、头痛、情绪低落,经过各国科学家的各种实验和调查统计,到目前为止都没有任何有效的证据表明电磁辐射和这些症状有任何关系。当然,相关的各种研究仍然在继续,各国的电磁辐射最大暴露值标准也会根据相关的研究进展不断更新。

由于篇幅有限,我们也只能简略地介绍一些概念。其实关于上文的每一个陈述,背后都有许多调查报告和论文在支撑。所以以后再看到朋友圈里转的“震惊!电磁辐射的十大危害不转不是中国人”之类的文章时,我们要先冷静下来,先看看他说的是什么东西的辐射有危害,然后去搜索一下它产生的电场强度磁场强度有多大,功率密度是多少,再比对一下安全标准,马上就可以知道他是不是在胡说八道了。关于辐射的可靠消息都会公布在国际非电离性辐射防护委员会(ICNIRP)的网站上,那里还有相关的报告和参考文献以及一些更细节的科普,大家有兴趣可以继续深入阅读。


总之,只要这篇文章能够让大家在看到相关的谣言文章时能够停下想一想他说的到底靠谱不靠谱,然后动手搜索求证一下,那我们本期节目的目的就算达到了。

 

所以手机通信基站到底会不会对附近居民健康造成影响呢?大家不妨动手查一下?

扩展阅读

国际非电离性辐射防护委员会网站

http://www.icnirp.org/

世界卫生组织WHO网站

http://www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/en/index3.html


编辑:shining


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