电磁波辐射防护技术

HT-BEYOND · 发表于 2006-7-5 08:27:10

电磁波辐射防护技术 
 
一、问题的提出： 
电磁辐射在二十世纪末的那几年，已经成为社会的公害之一，它比噪声还重要，但并不引起人们十分注意，高频用于高频热合、高频焊接、高频冲压之后，随着电子工业发展应用更广，如：紫外线和红外线医疗、广播、微波、原子弹核武器操纵，天气预报预测、通讯雷达、电力机车（电气化铁道上方高压线，形成电场辐射）、广播电视、各种工业使用的高频设备，如塑料高频介质热合机，高频切割机等，应用甚广，如不加以防护，危害既广又大。目前世界上美国、日本等发达的国家辐射普遍存在，美国一些大城市距地面10公尺以上若有拉装多条2万伏以上的高压线，电磁辐射很大，群众拿一个小灯泡在路上走，灯泡会亮。在明明之达州，由于射线、辐射的危害，哪里的人们纷纷到当地法院告状。在美国，还有个别地域因辐射严重，拖拉机路过，人身皮肤被烧伤，人的头发会竖起来。目前，因短波和超短波的辐射危害，美国患有心脏病的人数随时间而增多，这种人若站在高频设备旁边，心脏会跟工作机一起跳动。一九六二年，美国中央情报局人员，在美国驻苏联大使馆内，苏联故意在使馆对面楼房放出高频电磁波，使使馆情报人员白血素增多，其中有两个人于76年死于血癌。事后，美国向苏联提出抗议。我们中国广播公司广播电台工作人员，有发现头痛、眼花、烦躁、脱发现象，个别女同志，由于受微波辐射，也影响生育。高频电磁波辐射会影响收音、电视收视效果。北京一所小学位于塑料厂附近，由于该厂使用大功率的高频机（又无采取屏蔽防护），造成高频电磁波远区辐射，致使小学生学习不好，精神不振，也影响到该校招生。 
电辐射对人体、环境、民航、军事、通讯干扰的危害，在二十世纪九十年代后，已引起联合国卫生组织和许多国家的重视，有些国家已制订了《卫生标准》，有些国家研制屏蔽防护技术。问题的提出，有待于人们提出解决问题的办法。 
二、高频电磁场与微波的基本概念 
（一）射频电磁场 
当交流电的频率达到每秒钟十万次以上时，它的周围便形成了高频率的电场和磁场，也就是所说的射频电磁场。而一般将每秒钟震荡十万次以上的交流电，又称为高频电流，在高频进行的电磁场，通称为电磁波。 
一般电磁波采用波长—毫米、厘米、米……来表示，有时也可用震荡频率—周、千周、兆周……来表示。 
无线电波（即射频电波）在电磁波谱中占有很大的频段。无线电波按其波长和频率分为八大类。 
 
 
 
无线电波（电磁波）分类表 
名称 
波长 
频率 
甚低频率（VLF） 
万米波（甚长波） 
3～30千赫 
低频（MF） 
千米波（长波） 
30～300千赫 
中频（MF） 
百米波（中波） 
300～3000千赫 
高频（HF） 
米波（短波） 
3～30兆赫 
甚高频（VHF） 
米波（超短波） 
30～300兆赫 
特高频（UHF） 
分米波 
300～3000兆赫 
超高频（SHF） 
厘米波（微波） 
3000～30000兆赫 
极高频（EHF） 
毫米波 
＞30000兆赫 
无线电波长从10000米至1毫米。继无线电波之后为红外线、可视线、紫外线、X射线、Y射线。大致划分如表所示： 
电磁波谱 
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 
F 赫兹 
 
 
 
 
15 14 13 12 11 9 8 7 6 5 4 3 2 1 –1 –2 –4 –5 –6 -7 
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 
A 
7 6 5 4 3 2 1 -1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9-10-11-12-13-14-15 波长 
OM 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 
 
 
紫外线 射频电磁波红外线X射线 
Y射线 
 
可视线 
 
（二）射频电磁波的场区分类 
射频电磁波为非电离辐射。任何射频电磁场的发射源周围均有两个作用场存在着，即以感应为主的近区场（也称感应场）和以辐射为主的远区场（也称辐射场）。它们的相对划分界限为波长的六分之一处（即长波１６０～５００米、中波１６～１６０米、短波１.６～１６米、超短波０.１６～１.６米、微波０.１６～１.６米处）。 
对于中短波和超短波其辐射强度分别用电场强度（Ｅ）和磁场强度（Ｈ）表示。 
对于微波，其辐射强度用能量通量密度（毫瓦／平方厘米或微瓦／平方厘米）（即ＭＷ／ＣＭ２或UW／cm2）来表示。 
（A）近区场的特点 
①在近区场内，电磁强度E与磁场强度H的大小没有确定的比例关系。一般情况下，电场强度比较大，而电场强度值则最小。 
总的来看，电压高，电流小的场源（如天线、馈线等），电场强度比磁场强度大得多；电压低，电流大的电源（如电流线圈），磁场强度有远大于电场强度。 
②近区场电磁强度要比远区场电磁强度大得多，而近区场电磁强度衰减速度比远区场强度快。 
③近区场电磁场感应现象与场源密切相关，近区场不能脱离场源而独立存在。 
（Β）远区场的特点 
远区场以辐射形式存在，电场强度与磁场强度之间具有固定关系，且电场与磁场的运动方向互相垂直。并均与它们的传播方向垂直。 
电磁波在传播过程中，当与遇到物体时，将发生绕射。随着频率的增加，电磁波就越来越和光相似，即有沿直线传播。且具有反射与折射性质。 
三、射频作业的工种 
高频作为一种先进技术已在工业上广泛应用。主要是金属熔炼热处理和焊接、半导体材料加工、加热干燥、杀菌消毒、通讯导航等方面。按频率波段的适用范围划分为： 
（一）高频波段 
1.无线电广播：在电台机房工作的作业人员和发射天线周围的居民接触高频电磁的辐射。 
2.工业上应用：主要用于加热。 
①高频感应加热：淬火、熔炼、焊接、切割、电子管和显象管封口前的排气； 
②高频介质加热：木材、药材、棉纱、粮食、纸张、皮革、火柴、烟、茶叶的加热干燥，面包烘烤、塑料加工热合等作业。 
（二）超高频波段： 
1.军事方面：雷达、导航、火炮瞄准； 
2.通讯：卫星通讯、接力通讯、外国电视频段； 
3.工业上应用：原煤脱硫、橡胶硫化、高分子聚合、铸模脱蜡、破碎岩石； 
4.医学方面：理疗、微波加热、冷藏血浆肾脏、治疗癌症、测量温度； 
5.民用方面：食品工厂脱水蔬菜、奶糕加热脱水、灭菌（主要食品保存）。 
四、射频辐射对人体的危害 
（一）危害的特点 
通过大量的国内现场调查和动物实验材料的介绍，认为射频的危害具有三个特点： 
1.射频辐射的危害取决于电磁强度外，与电磁波的频率及波长有密切关系。高频电磁波对人体的影响是：波长越短，即频率越高，危险越大。超短波大于短波和中、长波。但微波波段是厘米危害最大。波段长的厘米波能透射，波长最短的毫米波反射增加，危害性比厘米波小，因而是：厘米波＞毫米波＞分米波。 
2.高频波段对人体的危害主要表现在非致热作用方面；微波除非致热作用外，还有致热作用的一系列表现；超短波的危害处于两者之间。 
3.高频波段对人体的危害属于生理性的，当作业人员脱离接触或场强降到卫生标准以下时，自觉症状均可消失，而微波由于致热效应所引起的损害均不能恢复，因此，属于病理性的，应更引起注意。 
（二）危害的临床表现 
在电磁场作用下，经受一定强度和一定时间的暴露，作业人员以及高场强作用范围内的其他人员会产生不适反应。射频辐射对机体的主要作用，是引起神经衰弱症候群和反映在心血管系统的植物神经功能失调，主要症状为神经衰弱症候群。比如普遍感到头痛、头晕、周身不适，疲倦无力、失眠多梦、记忆力减退、口干舌燥；部分人员则发生嗜睡、发热多汗、麻木胸闷、心悸等症状；女性人员月经周期紊乱现象发生。体检发现，少部分人员血压下降或升高，皮肤感觉低下，心动过缓或过速、心电图窦性心律不齐等；且发现少数人有脱发现象。 
由于超短波与微波的频率很高，特别是微波频率极高，均在3108赫兹以上，在这样高的频率微波辐射作用于人体下，一部分被反射，一部分被吸收，被吸收的微波辐射能量使组织内的分子和电解质的偶极子产生振动。媒质的摩擦把动能转为热能，从而引起温升。微波辐射的功率、频率、波形、环境、温度和湿度以及照射的部位等，对伤害的深度和程度都会产生一定的影响。 
微波对人体的影响，除引起比较严重的神经衰弱症状外，最突出的是造成植物神经功能紊乱，主要反映在心血管系统及交感紧张反应，如心动过缓、血压下降或心动过速、高血压等。 
微波可以引起眼睛损伤，在大强度、长时间作用下，会造成晶体混浊，严重的导致白内障。 
在血象方面，呈现白细胞数下降或增高的趋势，变化极不稳定。 
机体对无线电波危害的反应过程是：反应—适应—恶化。初始一个多月，大部分人有神衰主诉，以后几个月，反而有所好转。然而随着时间的延长，症状会再次增多，即由于积累作用，引起适应以后机能状况的恶化，发展的过程是逐渐的慢性作用。并往往没有剧烈的特殊表现，这种机能性改变，具有可复性特征。往往在停止接触数周后可恢复。 
造成辐射危害作用主要取决于下列诸因素： 
1.场强：场强愈大，对机体的影响愈严重； 
2.频率或波长：一般来说，长波对人体影响较弱，而微波作用最突出； 
3.作用时间（即暴露时间）愈长，一般对人体影响愈严重，作用周期愈短，影响相对较小； 
4.人体与辐射间距愈大，影响愈弱； 
5.脉冲波比连续波影响大； 
6.作业现场环境温度和湿度：温度愈高，机体所表现的症状愈突出。湿度愈大，愈不利于散热，也不利于作业人员的身体健康。所以，加强通风降温，控制作业场所的温度和湿度，是减少射频电磁场对机体影响的一个重要手段； 
7.作业人员的年龄和性别不同，受高频电磁场的影响程度也不一样。初步认为，女性工作人员对射频辐射的刺激感性最大，其次是少年儿童。 
电磁场的其他危害： 
1.对通讯、电视信号造成干扰 
射频设备通过振荡器以及射频回路所引起的电磁能泄漏和通过电源线引起的电磁能量输出，广播发射机等是通过振荡回路的电磁泄漏和电源线以及馈线、天线向外辐射电磁能，对工作在射频设备附近的其它电子仪器、精密仪表、通讯信号、参数测试等产生严重干扰，影响上述设备的正常工作，甚至破坏它们的工作。电视机受到射频设备的干扰将会引起图象上有活动波纹或斜线，出现雪花现象，使图象不清晰，影响效果。 
 
射频设备，特别是大功率的高频设备在它的整个工作期间，所形成的高频辐射对通讯、电视等所造成的干扰，更为严重。 
2.对武器弹药的危险性 
强的电磁辐射可能构成对某些武器或弹药的严重威胁。例如：辐射场强能使导弹制导系统控制失灵，电爆管的效应提前或滞后；射频辐射场强还会使金属器件与金属件互相碰撞时打火而引起火药的燃烧或爆炸等事故，危及人身安全与财产安全。 
3.对可燃性油类和气体也有危险性 
这主要是由处于强场之中的某些金属器材互相接触或碰撞时，所出现的打火而引起可燃性油类与气体的燃烧，甚至爆炸。虽然这种事故不易发生，然而，一旦发生，其生命财产的损失将是十分巨大的。 
五、射频辐射的防护技术 
（一）电磁屏蔽目的和种类 
1.目的：屏蔽，就是采取一切手段，将电磁辐射的作用与影响局限在指定的空间范围内。电磁屏蔽的目的在于防止射频电磁场的影响，使其辐射强度被抑制在允许范围之内。 
2.种类：电磁屏蔽主要是用来抑制交变电磁能量的辐射、干扰。若从屏蔽的作用来分，电磁屏蔽主要分为两大类： 
⑴主动场屏蔽 
需要将电磁场的作用限定在某个范围之内，使其不对限定范围之外的任何生物机体或仪器设备发生影响。这种屏蔽为主动场的屏蔽。主动场屏蔽，场源位于屏蔽体之内，主要是用来防止场源对外的影响。其特点是场源与屏蔽体间距小，所要屏蔽的电磁辐射强，屏蔽体结构设计要严谨，屏蔽体要妥善进行符合技术要求的接地处理。 
⑵被动场屏蔽 
需要在某指定的空间范围之内，使其不对范围之内的空间构成干扰和污染，也就是说外部场源不对指定范围之内的生物的机体或仪器设备发生作用，这种屏蔽称为被动场屏蔽，被动场屏蔽的特点是屏蔽体与场源间距很大，屏蔽体可以不接地（电磁屏蔽分类如下图）。 
 
 
 
主动场屏蔽被动场屏蔽 
 
（二）高频电磁场的屏蔽防护技术 
1.场源的屏蔽，根据工艺过程和操作情况，采用金属网或板包围发射场源予以屏蔽，高频电磁场源有高频振荡电路系统（高频振荡管、振荡回路---电容器组、电感应圈）、高频馈线和高频感应线圈或工作电容极板。 
2.屏蔽材料：铜、铝丝（板）为佳，（紫铜比黄铜效果更好）以及铁网（板）材等。在中、短波段以铜为宜，（也可用铝）在微波段，可以选择铁材。屏蔽材料的厚度可以选择薄铜、铝板（厚度1毫米）。因为经过实验的效果介绍，电磁感应由于存在集肤效应，电流在表面通过，屏蔽材料提高到很厚的程度没有必要，在1毫米以上的屏蔽效能的差别并不显著。 
3.高频电磁波辐射屏蔽应符合国家规定：即电场辐射（工人操作位置：头部、胸部、腹部）20VM以下，磁场辐射（工人操作位置：头部、胸部、腹部）5A/M以下，高频防护接地采用铜板、屏蔽体不能有棱角（材料铜网、铜板或铝板），接地铜板宽：10CM～12CM，长应符合避开波长的1/4奇数倍，接地电阻4Ω。屏蔽体上开孔，开缝时，孔洞尺寸应小于波长的1/5缝隙，宽度应小于波长的1/10为好。 
⑴高频切割、焊接、冲压机械： 
淬火：一般为电场辐射大大超过国家规定，磁场辐射不会超过国家的规定；因此只需要采用铜或铝材料制成屏蔽体并良好接地，接地电阻在6Ω以下均可消除电场辐射。 
⑵高频介质热合机： 
①电场和磁场辐射两项均超过国家规定，防护时可以采取重点部位屏蔽振荡源、输出馈线、工作电极板（刀口）三个主要部位需要铜材制作屏蔽体并良好连接后接地，注意屏蔽体根据需要形状制作时不能有棱角，应是过渡圆角，接地铜板的长度应避开波长的1/4奇数倍，屏蔽体上开孔、开缝其孔洞尺寸应小于波长的1/5缝隙、宽度应小于波长的1/10为好，接地电阻应＜4Ω，接地板越短越好，使高频磁场辐射尽量减少泄漏，处理好等电位。 
②对于电子设备一类的高频设备，为了防止干扰，外壳和屏蔽装置都需要接地，若能各自分开接地更好，接地电阻达4Ω以下。 
③若屏蔽防护确实有困难的，可以采用工作人员穿金属服，戴特制的金属头盔和金属眼镜。 
⑶微波设备： 
微波是电磁波，微波的频率范围为300兆赫，波长从1米到1毫米。可见，微波指波长很短、频率很高的无线电波。如果微波设备使用不合理或缺乏必要的防护措施，形成高强度的微波辐射，则会影响人体的健康（分热效应和非热效应两种，主要对人体中枢系统、血液系统影响，如：白血球总数不稳定，消化系统不良引起溃疡、视觉为眼晶体损伤或白内障。微波能损害骨髓，对人体肺、肝、肾等器官的损害），（使人体糖代谢紊乱，对孕妇影响到发育中的胚胎，对妇女乳腺分泌机能降低等等）。 
根据卫生部、第四机械工业部1979年1月20日发布的《微波辐射暂行卫生标准》规定： 
A.一天八小时连续工作辐射时，微波辐射不应超过38微瓦/厘米2； 
B.短期间间断辐射及一天超过8小时辐射时，一日总计量不超过300微瓦时/厘米2。一般不允许在超过5毫瓦/厘米2辐射的环境下工作。 
C.由于特殊情况，需要在大于1毫瓦/厘米2的环境工作时，必须使用个人防护用品，但日剂量不得超过300微瓦时/厘米2。一般不允许在超过5毫瓦/厘米2辐射的环境下工作。 
微波辐射防护： 
A.合理设计使用：正确设计并采用扼流门、抑制器、1/4波长短路器，并在微波设备的出入口（如微波炉出入口）使用微波吸收材料制成的缓冲器，把设备泄漏控制在国家规定标准以下，对于易泄漏部位制造单位应设置明显的警告标记。工业微波设备上加设一个连锁装置，使设备打开的同时切断微波管的电源，终止辐射。在使用开启高功率微波设备时，其输线的终端应尽可能接上匹配的负载，（等效天线）对发射天线的辐射。对工作人员要限制辐射的时间。对微波辐射区应设置醒目的警告标志，如《严禁无关人员进入》。对微波工作场所保持干燥降温，也是一种行之有效的防护措施。 
B.辐射源的遥控和屏蔽吸收： 
首先操作者应尽量远离辐射源，最好是将整个微波设备置于屏蔽吸收装置的暗室内，而电源及其它控制部分放置在室外，另外，应增大微波发射天线的架设高度，合理选择方向图主瓣的指向，以减弱工作场所辐射强度，设备与操作者之间装置吸收屏蔽档板，对辐射源加屏蔽罩，在微波管的灯丝部分可采用专门的滤波电路，减少灯丝引线的辐射。特别对一些大型微波设备一定要用金属网或金属薄板隔开，其网、薄板适当根据工作需要放观察窗孔，其窗孔上应复盖有真空喷涂二氧化锡透明铝膜，以防微波泄漏辐射。 
C.操作者要注重保护眼睛，采用专门的防护用具和防护眼镜，（防护头盔有机透明，表面喷极薄的导电铝膜或半导电的二氧化锡膜，这种面具起的屏蔽作用可减弱15—30倍）对大型微波设备，为了保护人体，可穿戴微波防护服装（防护服外层涂金属反射层或金属纺织层材料在中间层，而屏蔽层外面需加一层介电绝缘材料以防久用腐蚀，同时防电弧，其服内层是石棉），该服可防护2000毫瓦/厘米2之强的微波辐射，以上结构相同，还有工作手套、鞋、袜等。 
4.接地装置（接地极） 
⑴作用原理 
射频接地是指能够将射频场源屏蔽体部件内由于感应电流产生而采取的迅速引流。造成等电位分布的措施；也就是说，射频接地是将设备屏蔽体和大地之间，用低电阻的导体连接起来，形成电气通道，造成屏蔽系统与大地之间提供一个等电位分布。 
⑵接地的原则 
射频电磁场的屏蔽与接地，既有电场的屏蔽接地问题，又有磁场屏蔽不接地的问题。那么应当如何处理呢？一般来看在电磁感应近区场里，若电压大、电流小，则主要呈现电场作用，可以采取屏蔽接地为主的方案；若电流大、电压、低，则主要呈现磁场作用，以实施屏蔽不接地的方案为好。至于在具体条件下，应视现场实测结果给予综合考虑。 
⑶接地的要求 
①由于射频电流的集肤效应，要求屏蔽体的接地系统表面积要足够大，立埋应注意接地极腐蚀现象。 
②为了保证接地系统具有相当地低的射频阻抗，接地线要尽量地短，一般接地线的电阻要小于4Ω。 
③为了保证接地系统的作用良好，要求接地线的长度应避开波长1/4的奇数倍。 
④接地方式有埋铜板、埋接地棒、埋格网等形式，无论采用何种形式，都要求有足够的厚度，以维持一定的机械强度和耐腐蚀。 
⑤埋接地极时，必须埋置足够的深度，以免土壤中水分蒸发而引起接地阻抗变化，同时要把接地极周围的松土夯实，埋些金属屑等。 
⑷接地设计与实施 
接地系统包括接地线与接地极，其结构如图所示： 
 
 
 
接地系统组成 
⒈1 1.射频设备；2.接地线； 3.接地极 
 
 
 
①接地线：任何射频屏蔽的接地线都要有足够的表面积，要尽可能地短，以宽为10厘米的铜板为好。 
②接地极：一是埋接地极板。一般是将1.5～3平方米的铜板埋在地下，并将接地线良好地接在地极板上。埋置的方式有立埋、横埋和平埋三种，分别如图： 
 接地线接地线接地线 ↑ ↑ 
1.5-2CM→← 长边 2CM 接地极 
↓焊接点 ↓焊接点焊接点 
短边 
立埋方案横埋方案平埋方案 
 
二是埋接地格网板。在一块1.5～2平方米的铜板上立焊井字形铜板，使之成为格网结构而埋入土壤中（如图） 
 
接地线 
 
 
2～2.5M接地极 
 
 
格网式接地极 
 
三是埋置接地棒。一般可将长度为2米，直径为5～10厘米金属棒大入土壤中，或挖坑埋入，而后再把各金属棒的上端焊在一个金属带上，与地线连接。（如图） 
 
 
接地线 
 
2米↑ 
↓ 接地带 
↑接地棒 
2米↓ 
 
 
接地棒极 
⑸接地作用与效果 
①直接接地与屏蔽效果的关系： 
在中波波段，直接接地反映在电场屏蔽上对屏蔽效能的影响极大，接地的屏蔽效能与不接地的屏蔽效能比较，相差30分贝以上。而磁场方面无明显变化。 
在短波波段，尤其是20～30兆赫频率范围，接地作用不甚明显，而微波的屏蔽接地的问题不突出。 
②当频率增加，接地回路阻抗匹配与谐振问题愈加明显化。 
③接地极与接地极之间的屏蔽效应，在实践工作中，若采用多根金属棒作接地极或采用几块金属板作接地极时，要注意它们之间所存在的屏蔽效应现象问题。当出现此种现象时，接地级附近的土壤均得不到充分利用；泄漏面积减少，流散电阻变大，使接地作用变差，所以一定要保持棒与棒或板与板之间的适当距离，一般选为3～5米范围。

cdksir · 发表于 2006-7-11 11:34:21

学习了，好文章,但发展中的中国对这方面的意识还是差了点.

游神暴风 · 发表于 2006-11-24 14:48:46

真正的要解决好辐射带来的干扰很难的。要不网络不线一不一不的考虑好搞好才行.

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电磁波辐射防护技术

re:学习了，好文章,但发展中的中国对这方面的...

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