微波辐射对生物体的影响

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1、1,微波辐射对生物体的影响,电磁生物效应 研究的几个方面 (1)生物体各部分组织对电磁波的反射、透射、散射及吸收等传播特性的研究； (2)电磁波与生物体耦合特性的研究； (3)能量在受照体体内的分布、沉积及引起的温度变化； (4)生物体生理、生化、遗传、行为等变化的现象和其机理以及这些影响与照射电磁波的频率、功率之间相互关系等的研究。,2,辐射容许值标准,高频辐射和生物组织的相互作用，是多种参数的复杂函数。 内部的电常数也是非均匀的。 组织中内场的大小与照射场的参数、频率、强度、极化等有关，也与被照射物体的形状、大小、电参数有关，还与照射源与被照射物体的相对位置、附近的物体存在等有关。 在剂量

2、学中，广泛采用比吸收率（SAR）来度量电磁辐射在生物单位组织中所感受的电场。,3,暴露在远辐射下，人体全身的比吸收率是频率和极化的函数 比吸收率的空间分布是非常不均匀的。 安全剂量是通过热效应的临界比吸收率加上安全系数后用比吸收率来表征的。 手持收发信机的辐射剂量则要求作特殊考虑。 微波场的特点及其对人体影响的复杂性，使得头部堆积的能量高度不均匀。,4,各国对微波辐射规定的标准 我国电子工业部则曾根据对部分动物的实验及对微波工作人员的健康检查，于1979年提出了一个暂行标准，规定1天8h连续照射时最大辐射平均功率密度不得超过0.083mW/cm, 而短时间间断照射，1天超过8h的情况下辐射量不

3、得超过0.3mWh/cm, 在这种情况下最大功率密度也不允许超过5mW/cm，而且当功率密度超过1mW/cm时还必须使用个人防护用具。 1989年我国颁布的作业场所微波辐射卫生标准（GBI0436-89）,5,(1)连续波：1天8h暴露的平均功率密度为50W/cm，小于或大于8h暴露的平均功率密度按下式计算：(即日剂量400Wh/cm) 式中，容许辐射平均功率密度（W/cm）； t受辐射时间（h）。,6,(2)脉冲波（固定辐射）：1天8h平均功率密度为25W/cm，小于或大于8h暴露的平均功率密度按下式计算 脉冲波的非固定辐射的容许强度（平均功率密度）与连续波相同。,7,肢体局部辐射（不区分连

4、续和脉冲波）：1天8h暴露的平均功率密度为500W/cm，小于或大于8h暴露的平均密度按下式计算：,8,安全区和中间区场强,9,中间区是指在该环境电磁波强度下长期生活、工作和居住的所有人可能产生潜在性不良反应的区域，该区域内不能建造疗养院、医院、学校和居民住宅，但是可以建造机关和工厂。超过中间区的标准区域只能种植农作物或者作绿化用地。 安全区是指在该环境电磁波强度下长期生活，工作和居住的所有人均不会受到任何有害影响的区域，因此该区域可以建造所有的人的活动场所。,10,微波辐射对生物体的影响,微波辐射对人体的影响 电磁辐射生物学机制 微波电磁场对人体的益处 微波辐射对人体的危害性及相应的保护措施

5、 微波辐射对动物的影响 保护人类生存的电磁环境,11,电磁波与生物体相互作用的基本方程,进入生物组织的微波的相位变化和衰减见式（1）（3）,（1）,（2）,（3）,单位长度的相位改变； 穿透深度；,单位长度的衰减,生物组织的电导率,12,受微波辐射的生物体吸收的能量见式（4）（5）,E 微波电场强度,13,热平衡方程见式（6）（7）,（7）,生物体表和周围空气温度的最初差值,受辐射生物每单位体重的温度变化率,血循环散热,代谢产热率,微波在生物体内吸收比率,热传导散热,体表的散热,14,生物体的体重、体表面积、代谢热,1kcal=4.19kJ,15,表征生物组织的电磁特性参数是、和，影响和大小的

6、因素是电磁波频率和生物组织的温度及生物组织的含水量。 水是生物体含量丰富的成分，它几乎组成人体体重的一大半，且不同年龄、不同组织器管含水量不同。一般说，含水量最高的生物组织，其和远远高于含水量低的生物组织。脂肪和骨骼是低含水量的组织；皮肤和肌肉是高含水量组织；由于各不同层次的组织和不同器官以及同一器官的不同部位，含水量不同，其和也各不相同。因此，必须知道器官，甚至同一器官的不同部位所吸收的能量，才能正确地分析和讨论它的生物学效应。,16,人各年龄体液含量占体重 （%）,17,成人各组织器官与体液中水的含量 （%）,18,电磁场对人体的影响程度与许多因素有关：,1、场强度越大，影响越重；,2、电

7、磁场的强度随着与辐射源的间距加大而迅速减少；,3、作用时间越长，对人体的影响越严重；作用周期越短，其影响越重；,4、脉冲波对机体的影响比连续波严重；,5、作业现场环境温度越高，机体表现症状越突出；湿度越大，越不利于散热；,6、人体各器官对电磁辐射的敏感度不同，大脑、眼球、睾丸比较敏感；,7、人体适应性差异很大，性别、年龄、体质不同，对电磁辐射的敏感度大不相同；,8、电磁波的频率，一般来说，人体受影响的程度随着频率升高而增大； 9、操作人员是否有防护措施，受电磁辐射的影响差异较大。,19,另外，由于高剂量的电磁辐射会影响及破坏人体原有的生物电流和生物磁场，使人体内原有的电磁场发生异常，值得注意的

8、是，不同的人或同一个人在不同年龄阶段对电磁辐射的承受能力也是不一样的，老人、儿童、孕妇属于对电磁辐射敏感的人群。,20,经过一定强度和时间的照射，会造成体温升高，骨髓细胞染色体畸形，非特异性（并）免疫功能降低，白血球、血小板减小，发生心血管系统和中枢神经系统机能障碍。特别是微波污染可引起神经系统、心血管系统、生殖系统等发生某些功能性甚至病理性变化。可引起人的染色体畸变，植物神经紊乱，心电图改变以及明显的神经心血管系统综合症。发生血压和心血管系统的改变，多表现为头昏、头痛、脑胀、失眠、多梦、心悸、多汗、脱发、倦怠、记忆力减退、食欲不振、体重下降、四肢酸痛等。接受一定强度的时间照射和超短波和微波电

9、磁辐射可表现心动过缓、血压下降或心动过速、血压升高等。,电磁波热效应对人体的损伤,21,微波辐射对眼睛的影响总结如下： （1） 微波引起眼睛损害，性质上主要是急速的温度变化率和高发热率。 （2） 功率密度与形成白内障的时间的阈值曲线不是直线的，在每一个频率上照射兔眼似乎都需要一个微波功率阈值，低于这个曲线，即使连续照射也不产生眼睛损伤。 （3） 在500MHz以上，白内障形成的最小功率密度约150mW/cm，100min。低于500MHz的频率引起眼睛损害的可能性不能完全排除。 （4） 在诱发的白内障中关键场参数是平均功率而不是峰值功率密度。用相同的平均功率密度的脉冲波和连续波辐射，同样具有诱

10、发白内障的可能性。 （5） 次阈值功率密度重复辐射，可形成白内障，但两次辐射之间的时间较长，足以修复损伤时，就观察不到积累性损伤。,22,人体各器官的影响和电磁辐射的频率的关系,23,电磁波的非热效应对人体的损伤,（1）反复接受低强度照射后，体温无明显上升，但却使中枢神经系统及其他方面功能发生变化。如血压下降、消化不良等。 （2）能刺激体表及体内感受器官产生反射性影响。如人耳在方波调制的脉冲微波辐射下能产生微波听觉效应，即听到与其脉冲重复频率相同的并与脉冲声波相类似的声音。 （3）低强度微波器照射可使人类的嗅觉和视觉机能下降。 （4）可使丘脑垂体肾上腺功能紊乱。 （5）使人体的体液及细胞免疫能

11、力下降。 （6）使胚胎异变。 （7）脉冲调制波比连续波有较强的生物学作用。,24,8）在微波低频段电磁场的作用下，血液中的红细胞和白细胞等悬浮粒子，由于受到电磁场力的作用，引起珠链作用，使粒子整齐地排列并凝聚于链中。 （9）微波电磁场的生物效应与其他物理参数有关，如不同位置和极化状态等因素对生物活性都有影响。 非热效应引起的生理变化是不稳定的，并且具有发展的趋势。,25,手机辐射对人体的影响,手机微波辐射对人体影响的发展状况 手机的电路结构 手机的电磁波结构 手机辐射对人体作用的机理 手机电磁辐射的测试试验 手机对人体危害的相应的保护措施,26,手机电磁辐射的测试试验, 测试方法简介 一个典型

12、的无线通信产品EMC实验室 剂量学实验中在体积中内插和外插 测量SAR的方法 一个手机电磁辐射的测试实验及分析,27,辐射容许值标准,为保护人类生存的电磁环境，世界各国都制定了电磁辐射强度容许标准。其标准各不相同。例如，标准最高的是前苏联0.01mW/cm ,而美国则较低只有10mW/cm ,加拿大为1mW/cm 。法国、英国、德国、捷克、荷兰、波兰、瑞典和中国等则都有自己的标准。所以有不同的标准而且有相当大的差异。其原因是多方面的，其中各国对电磁辐射引起的非热效应的存在有着根本的分歧。以前苏联为首的认为非热效应是存在的，因而它的标准较高，另一方是以美国为首的则因为非热效应根本不存在，所以它的

13、标准低。还有是在二者之间的，如加拿大等。,28,标准(GB9175-88) 评价,29,电磁辐射生物学机制,电磁场对生物体的作用是通过电磁场的谐振效应、热效应、光化效应和场效应来实现的。作用的效果与电磁场的频率、功率、照射方式、作用的时间有关；作用的效果还与作用的对象有关。 生物效应的试验一般都是用动物（老鼠、兔子、猴子）来进行。如何将动物的试验结果“外推”到人类，是近年来注重研究的问题。剂量学采用“比吸收率（SAR）”这一概念来定量地计算电磁波与人体的相互关系。,30,手机辐射对人体作用的机理,手机电磁辐射有近场和远场之分。近场强而远场弱，远场主要影响通讯距离。当持机者打电话的时候，手机及其

14、天线常常贴进头的面部，因此，对于持机者来说，有影响的主要是近场。 手机呼出时与网络最初取得联系的几秒钟内电磁辐射最大，随着振铃第一声响过，此辐射逐渐减小，达到一个稳态值。通话过程中辐射值一般低于最大值而高于稳态值。待机状态下，虽然手机不时发射信号与基站保持联系，但电磁辐射很小。,31,通过对手机电磁辐射部位的分析，可以认为其电磁辐射与泄漏的大体部位有：手机工作天线；收、发话器；工作电路等。但是通过场强测试分析，手机的主要辐射源为天线。手机的天线是同外界联系的一个通道，手机微波是从机芯中产生并同时向外辐射的，不过天线区微波的能量相对集中而已，手机的天线本身并不产生微波。,32,测试方法简介,确定

15、在电磁波照射下，人体对电磁场能量的吸收及体内温度分布研究的实际测量也大多以人体等效模型作为对象进行测量，或以某些动物进行实验。 可植入受照体体内的探头直接测量受照体内的电磁场分布； 用热成像的方法或采用抗微波干扰的高阻线热敏电阻温度计、抗微波干扰的液晶光纤温度计、热电偶温度计测量受照体内因电磁波辐射而引起的温升的分布。,33,目前广泛使用近场测试仪来测量手机的近场平均功率密度。这些测试结果是在手机发射功率固定在一定的功率等级时，测试探头距手机正面3.5-5cm左右，测试探头沿手机天线上下移动，找出最大点后测得的结果。,34,一个典型的无线通信产品EMC实验室,无线通信产品EMC实验室应包含测试

16、室和测试系统。实验室包括：一个10m法屏蔽暗室，一个功放室，一个控制室以及若干个传导测试屏蔽室。测试系统包含EMI测试系统，EMS测试系统，传导测试系统以及EUT监测系统。 EMI系统能够根据相关的ETSI标准（ETS 300-342 GSM标准，ETS 300-329 DECT 标准）进行手机、基站及辅助设施的EMI测试，还能进行ETS 300-607-1（GSM 11.10）和ETS 300-175-2（DECT）草案中的乱真发射测试。,35,剂量学实验中在体积中内插和外插 测量SAR的方法,在移动电话附近幻象干扰最大值处不能测量到用户头部电磁场，从而必须利用内插法和外插法关于三维实验抽样数据及整个头部幻象体积内吸收的能量来估算电磁场成分。 如果抽样点不定位在特殊平面上，如果包含大部分数据测量的部分的急需的数字可被挑选出来，可以实行2D-1D-2D技术。 这项技术，与利