电磁辐射相关物理防护

张琳琳，战略支援部队特色医学中心（原306医院），研究部二室

医研部医学科普中心 刘燕/崔彦 编辑

电磁辐射已成为继空气污染、水污染和噪声污染后的第四种污染源，频谱很宽(0~1025Hz)，通常意义上的电磁辐射指频率小于300GHz的辐射。

长期暴露在电磁辐射环境中，身体会受到不同程度的伤害。

为防止电磁辐射的危害，应采取屏蔽、吸收等专门的预防措施，人们一直在积极研制有效的防护材料。

下面就电磁辐射暴露限值、防护材料与措施进行简要阐述。

暴露限值

我国环保标准已经正式颁布了有害电磁波的环境允许能量强度。

GB 8702-2014《电磁环境控制限值》对公众暴露控制限值规定：30MHz-3000MHz频率范围内的电磁波，电场强度限值为12V/m，磁场强度限值为0.032A/m，磁感应强度限值为0.04uT，等效平面波功率密度限值为0.4W/m2。

美国斯坦福直线加速中心（SLAC）和美国能源部（DOE）提出了职业接触磁场暴露限量。

SLAC：全身暴露日平均为20mT，短时间（数分钟）为200mT；肢体暴露日平均为200mT，短时间为2000mT。

DOE：全身暴露日平均为10mT，短时间为100mT，肢体暴露日平均为100mT、短时间为1000mT。

豁免范围

对于100kV以下的交流输变电设施，只要达到电器安全距离要求，其电磁场强度均符合公众暴露控制限值要求。

对于0.1MHz~300GHz频率的发射设施，考虑最大发射功率、最严格的限值，在距离天线4.5m以外的电磁场强度必定达标，其中与公众最密切的移动通信微蜂窝天线、Wifi 无限路由器、交通测速雷达，在0.5m以外的场强基本达标。

在电磁环境角度，上述设施具备固有安全性，对公众的电磁暴露很小。

因此，从电磁环境保护管理角度，下列产生电场、磁场、电磁场的设施（设备）可免于管理：(1)100kV以下电压等级的交流输变电设施；(2)向没有屏蔽空间发射0.1MHz~300GHz电磁场的，其等效辐射功率小于表1所列数值的设施（设备）。

表1.可豁免设施（设备）的等效辐射功率

电磁辐射防护材料

电磁辐射防护材料可分为屏蔽材料与吸收材料两大类，电磁波屏蔽材料是指对入射电磁波有强反射的材料。

电磁波吸收材料指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。

电磁波屏蔽材料

电磁波屏蔽材料需要对电磁波有强烈的反射作用，主要有金属电磁波屏蔽涂料、导电高聚物、纤维织物屏蔽材料。

(1) 电磁波屏蔽涂料与薄膜：随着电磁场频率的增加，电磁波穿透电磁辐射屏蔽材料深度减小，屏蔽方式可采用导电涂料和薄膜，能够大大降低材料的消耗，并且工艺简单、可喷射、可刷涂，成本也较低，因此得到广泛应用，国外使用的屏蔽涂料占屏蔽材料的 80% 以上。

电磁屏蔽涂料也称作导电漆，采用含铜、银等作为导电颗粒，具有良好导电性能的一种油漆，通常分为：银系、炭系、镍系、铜系。

银系屏蔽涂料由于价格所限只能用在某些特殊领域；碳系屏蔽涂料具有密度小、成本低的优点，但导电性差，屏蔽效果不理想；铜系屏蔽涂料导电性好，屏蔽效果显著，但容易被氧化， 在聚合物中的分散性不理想；镍系屏蔽涂料化学稳定性好，屏蔽效果好，是目前欧美国家电磁屏蔽涂料的主流。

电磁屏蔽薄膜则为将金属涂层或金属网加工在聚酯膜材上，与导电涂料具有类似作用。

(2) 导电高聚物：导电高聚物屏蔽电磁辐射通常以金属箔的形式，或在合成树脂中填充导电材料。

最常见的电磁屏蔽导电高聚物为金属片材，除了连续的金属片状外，还可以使用由金属网制成的屏蔽结构，具有灵活性与透气性。

为了提高屏蔽效率和扩大屏蔽频率范围，连续交替的金属片状多层组合结构得到应用，各层的摆放位置及片材厚度对屏蔽效果起决定性作用。

此外，树脂类导电高聚物通常有以下三种：①导电橡胶：将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能。

②导电塑料：将树脂和导电物质混合，用加工塑料的方式进行加工的功能型高分子材料。

③导电玻璃：夹有金属丝网的屏蔽玻璃，在保持合理透光度情况下，对频率1MHz~1GHz电磁波屏蔽效能均较高。

(3) 纤维织物：为了降低电磁辐射水平，可以使用带有微丝的纤维织物，也属于网格屏蔽。

电磁辐射防护织物主要是基于电磁波穿过织物时产生波反射、波吸收导致电磁波能量衰减的原理。

屏蔽效果取决于微丝材料与微丝密度。

瑞士Shield公司的电磁防护织物用一种非常细的金属丝作芯纱，通过特殊的纺纱工艺将棉或涤纶等纤维包在外面，可反射99% 的电磁波。

Asahi Kasie公司将导电纤维交织到涤纶面料中，可以屏蔽97% 甚至更高的电磁波，还具有良好的抗静电性能。

我国利昂高科技公司已成功推出多离子织物产品，织物经精纺加工柔软舒适、除臭抗菌性强、耐洗、耐磨、使用寿命长，电磁屏蔽衰减值达到99.4%，能够有效防止电磁波对人体的危害。

上海华天电磁波防护材料有限公司研制开发的HTCU特种纤维是金属正离子在纤维表层、中层和局部深层成膜的有机导电型纤维，具有较强的电磁波屏蔽功能。

防辐射服即是利用服装织物内金属纤维构成的环路产生感应电流，由感应电流产生反向电磁场从而进行电磁屏蔽。

电磁辐射吸波材料

电磁屏蔽材料虽能对电磁波进行有效的屏蔽作用，但其会产生二次反射，造成新的电磁污染。

这就需要在辐射源与自由空间之间有一个平滑的过度，该过程便可由电磁波吸收材料来完成。

电磁波吸收材料能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失。

吸波材料通常由吸收剂、基体材料、黏结剂、辅料等复合而成，其中吸收剂起着将电磁波能量吸收衰减的主要作用，按吸波原理可分为电阻型、电介质型和磁介质型。

1）电阻型吸波材料的电磁波能量损耗在电阻上，吸收剂主要有碳纤维、碳化硅纤维、导电性石墨粉、导电高聚物等。

2）金属短纤维、钛酸钡陶瓷等属于电介质型吸波材料，其依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化等驰豫损耗衰减吸收电磁波。

铁氧体、羰基铁粉、超细金属粉等属于磁介质型吸波材料，主要依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等极化机制衰减吸收电磁波,比较成熟的是铁氧体吸波材料。

Ponomarenko描述道，较宽的工作范围(6-6000MHz)和与自由空间较好的过度是吸波材料的特点，如铁磁性小碎片分布在非传导性粘合剂中的复合材料。

电磁辐射防护措施

(1) 屏蔽装置：利用防辐射材料或电磁辐射吸波材料将辐射源与外界隔离开，使辐射限值在一定范围内，达到防止电磁污染的目的。

屏蔽装置通常为金属材料或导电性好的非金属制成的封闭壳体，并与地相接。

根据辐射源与屏蔽体的相对位置，屏蔽方式可分为以下两类：①主动场屏蔽，即将电磁场限定在某一范围内，用屏蔽壳体将电磁辐射源包围起来，使其不对此范围以外的生物集体或仪器设备产生影响。

②被动场屏蔽，即将辐射源放置于屏蔽体之外，用屏蔽壳体将需要保护的区域包围起来，使场源对限定范围内的生物机体及仪器设备不产生影响。

屏蔽材料可用低电阻率的铜、铝、铁等金属材料。

屏蔽装置根据不同的屏蔽对象与要求，采用不同屏蔽体的结构形式，主要有屏蔽罩、屏蔽墙、屏蔽室等。

(2) 个人防护措施：在平时工作中应自觉采取措施，减少电磁波危害。

尽量增大人体与辐射源的距离。

因为电磁波对人体的影响，与发射功率大小及发射源距离紧密相关，危害程度与发射功率成正比，与距离的平方成反比。

当因工作需要操作人员必须进入辐射源的近场区作业时，或因某些原因不能对辐射源采取有效的屏蔽、吸收等措施时，必须采取个人防护措施，以保护作业人员安全；个人防护措施主要为穿防护服、戴防护头盔和防护眼镜等。

（配图来源于网络）