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1、1 防辐射服的原理分析与利弊探讨 2012,6,22 摘要：本文从电磁辐射的分类本文从电磁辐射的分类，电磁屏蔽的基本原理电磁屏蔽的基本原理，及防辐射服的设计问题及防辐射服的设计问题， ， 进行了简要的分析探讨，并且对央视的报道的防辐射服进行了简单论述进行了简要的分析探讨，并且对央视的报道的防辐射服进行了简单论述 关键字：电磁辐射；电磁屏蔽；穿透深度；反射投射；利弊电磁辐射；电磁屏蔽；穿透深度；反射投射；利弊 防辐射服，从字面上分析这一名词，防辐射，防的是什么？首先对于辐射，我认 为应该分为两种：1、电离辐射 2、非电离辐射。 1、电离辐射：射线（粒子） 、射线（粒子） 、中子等高能粒子流与射线
2、、 X 射线等高能电磁波高能电磁波，而被称为宇宙射线的高能粒子射线则两者皆有。电磁波（光 子）的电离能力电离能力，随着电磁波谱变化，电磁波谱中的射线、X 射线几乎可以电电 离离任何原子或分子。电磁波的频率愈高，能量愈强，电离能力愈强。在电磁波谱 上，远紫外线（频率大于紫外线很多） ，电离能力较强； 这一类电磁波或物质波 的辐射往往指的是能量较高，能够使原子或分子电离的辐射。 2、非电磁辐射：是指与 X 射线相比之下波长较长的电磁波波长较长的电磁波，由于其能量低，不不 能引起物质的电离能引起物质的电离， 故称为非电离辐射。 如紫外线或近紫外线 （频率接近紫外线） 与可见光、红外线、微波和无线电波
3、等电离能力较弱的电磁波。 对于第一种辐射，我们在实际生活中并不常见，唯一的机会可能是我们在医 院作 X 光时会遇到，因此对于此类电离辐射，不是在这探讨的重点。我们的防 辐射服主要的针对对象应该是波长较长的，能量较低的，由电器产生的非电离辐 射。 由于目前的所学知识还不够全面，下面仅有电磁场的基本理论，对防辐射原 理进行简要分析： 电磁波的屏蔽原理屏蔽原理， 主要从三个方面 1、 波吸收 2、 波反射 3、 电磁波在材料内部多次反射导致能量衰减。 一一、 波吸收的角度波吸收的角度： 电磁波电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波 的形式移动， 其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，
4、有效的传递能量和动量， 符合右手螺旋定则。 那么可以说电磁波是有电场和磁场两部分组成， 但是我认为， 由于电磁波在与物质相互作用时，主要是电矢量在起作用，电矢量的状态使电磁 波具有各种偏振状态， 所以我们在研究电磁波时主要研究电矢量即可。电磁波的 传播不需要介质，但是在不同的介质中，其传播特性也会发生改变，而对于正弦 变化的时谐电场，其在不同的媒质中，传播参数也可能会是角频率 的函数，根 据这一原则，我们可以将媒质分为两种，色散媒质（有损媒质）和非色散媒质， 而这里我们研究的反辐射服， 就是利用电磁波在媒质中的色散的这一原理，及电 磁参数随频率变化： = -j = -j ，由于滞后效应磁导率和
5、电导率均变为复数， 2 并由 + =j ( -j)E =jf H E ；定义等效复介电常数： = + -jf . 并且根据 | = E jE 的大小将媒质分类，对于防辐射的材料，通常取良导体良导体此 时有 1 ，并且此时的滞后效应可忽略，那么有 =0 。 ，在有损媒质中，根据齐次亥姆霍兹方程： 22 22 +=0=0 = f f f E k EE k （） ，可推导出平 面波的传播方程： - 0 = f jkr E E e ， （这里不妨假设波矢量是沿 Z 方向的） ，由于媒质 是有损的，及存在滞后效应，那么 f k 是一个复数， = -j f k ，并假设，是同 方向的这样还可以写成： ()
6、=-j f kn ； - 0 = zj z E E ee 。由上面的式子，并且假设 媒质是良导体（电导率 ， =0 ） ，可以得出 = =f ，并且可已看 出如果 0 ，则电矢量的强度 E 随着 Z 的增大，会呈指数递减，如图所示 这样也就是说电磁波在该媒质中传播会有空间上的限制， 因此可以定义为穿透穿透 深度深度，即 0 E 衰减为 0 1 E 时的 Z 方向的传播距离。也就是说。 1 = 那么只要保证 足够大的话， 0 E 的衰减会很快，那么也就在一定的程度上可以认为，电磁波被 阻挡了， 也就可以达到了防护电磁波的辐射了。 当然对于良导体 11 = f ， 在 f 一定的情况下，电导率越大
7、，穿透深度会很小，并且对于高平电磁波，起 电磁场仅会存在于导体表面的很薄的一层， 且高频的电流也只会及集中在导体表 面很薄的一层，这就是电磁波在有损媒质中传播的 趋肤效应。趋肤效应。这样在设计防辐 射服时，在材料的选择上，应该选择良导体，并且要电导率越小越好，所以市面 3 上的孕妇防辐射服，都采用金属纤维，甚至还有价格不菲的含银材料，Ag： 7 =6.3 10/S m ，所以对于一般的电器辐射的电磁波和无线通信的电磁波，其频 率范围为几十 Hz几百 MHz，计算得穿透深度，最大不足2cm，由此可见电 磁波会在导体材料中迅速衰减，起到了防辐射的作用。 二二、波反射的角度波反射的角度：事实上，上面
8、讨论的原理仅仅是从第一方面波吸收的角度来 看待这一问题的， 而实际制造中，多次反射这一原理也是研究人员重点考虑的对 象，其原理图可简化为如下 在电磁波的折射与反射理论中， 我们一最简单的垂直入射垂直入射为例， 根据菲涅尔原理菲涅尔原理， 无论是垂直极化波还是，平行极化波透射系数均为 2 21 2 = + T ； 1 2 2 = 1+ T 也就是说， 从这一公式的层面上考率，可以通过减小 2 （媒质2的特性阻抗）的方式来有效 减少透射强度。当然这只是理论的简化模型，实践中还需要考虑波的传播方向， 还有空气本身的特征阻抗就不是很大，因此减小媒质2的特性阻抗可能不会有很 大的差距。 以上便是两种防电
9、磁波辐射的基本原理，以上就是导体材料作为防辐射服材 料的基本原理分析， 但是实际情况并非这么简单， 受限电磁波的传播方向并不是， 固定不变的，其在空间分布是复杂多变的，并且电磁波的频率也是跨度很大的， 同一种材料并不能够完全的消除所有电磁波， 同时也没有考虑电磁波的折射和反 射，因此防辐射服还有许多具体的细节需要讨论。下面据此总结一下，影响防辐 射效果的具体因素。 最理想的防辐射状态时将人完全的用金属导体包围起来，当然这一定不便于 实现（宇航服是特例） ，因此在设计时应尽可能的逼近理想的状态。 （1）织物的涂层应选用电阻率大的金属材料。 （2）服装的缝隙，洞口（领口，袖口，扣口）会对防辐射效果
10、产生显著的影响， 根据所查的资料， 应尽可能的减小服装的缝隙， 因为如果缝隙的尺寸接近波长是， 缝隙会产生天线效应天线效应，服装本身可能会成为一个电磁波辐射器，会严重影响服装 的屏蔽效果。 4 （3）洞口的存在会产生电磁波的泄漏，一旦进入内部，由于本身服装具有屏蔽 作用，那么电磁波亦不容易从内部逃出，可能会在内部多次反射，多次叠加， 产 生不良的影响，但是我认为，由于能量守恒定律能量守恒定律，这一类电磁波的能量应该不是 很多， 因此它的影响应该不会那么严重，并且电磁波的泄漏也只有在某些特定的 方向才会通过洞口进入防辐射服的内部，比如头顶，脚部，而大部分从侧面来的 电磁辐射还是可以吸收屏蔽的，因
11、此还是可以理性的看待这一弊处的。 （4）防辐射服可以采用多层屏蔽:由电磁波在理想导体中穿透深度公式 11 = f ，导体对高频电磁波有很好的吸收效果，但是对于低频的电磁辐 射，会变大，效果会变差，因此可以采用，多层的高电导率高电导率的金属材料来进行 有效的屏蔽。 （5）服装应尽量的贴合人的体型，以期最小的减少电磁泄漏的问题。 根据我所看到央视防辐射服的报道， 我认为首先应该肯定防辐射服在一定程度 上是利大于弊的， 但也没有生厂商所描述的夸大效果，并且还有一个问题目前还 没有明确的定论， 生活中的电磁场究竟会对人体的健康产生多大的影响，或者有 没有影响， 这一问题根据所查资料还没有权威的解释，因
12、此关于防辐射服的问题 更应该冷静科学的判断： 1） 日常电磁环境的辐射水平大都满足标准要求， 对人体是无害的。 从目前 WHO 和 ICNIRP 的标准和研究报告来看， 没有证据表明日常工作生活环境对人体的伤没有证据表明日常工作生活环境对人体的伤 害害，一般日常环境大都满足现行标准要求。在这种安全情况下，防辐射服的作用 就是求个心安。 2） 对于周围环境中的可疑辐射源需要经过权威机构判断是否符合标准要求； 3）多数防辐射服采用内嵌金属纤维内嵌金属纤维，对于单一垂直照射的电磁辐射单一垂直照射的电磁辐射具有良好屏 蔽效果。 的但是因为不可能定位周围一切辐射来源及其波长和传播方向。如果防 护服不是全封闭的， 那么它在多数情况下具有防护能力，也不排除出现变差后果 的小概率状况。在已知头顶（如楼内微蜂窝吸顶天线或高处的其它辐射源）或脚 下（如躺卧时）存在高辐射源的环境中，这一小概率状况可能变成大概率事件 4）日常电磁辐射不会直接作用于胎儿日常电磁辐射不会直接作用于胎儿，而是通过母体而是通过母体。如果母体安全如果母体安全，胎儿就胎儿就 安全安全。如果需要防护，孕妇须远离已知大功率辐射源。 综上，便是我对整个防辐射服问题的分析。所学知识有限，因此还有许多问 题需要进一步深入研究 参考文献： 1电磁场与电磁波教材 第三版，邱在清主编 2防电磁辐射服装的防护机理汪秀琛，张欣西安工程科技学院
