第九章 其他物理污染与防治

第一节 电磁辐射污染及防治

    电气与电子设备在工业生产、科学研究与医疗卫生等各个领域中都得到了广泛的应用，随着经济、技术水平的提高，其应用范围还将不断扩大与深化。除此之外，各种视听设备、微波加热设备等也广泛地进入人们的生活之中，应用范围不断扩大，设备功率不断提高。所有这些都导致了地面上的电磁辐射大幅度增加，已直接威胁到人的身心健康。因此对电磁辐射所造成的环境污染必须予以重视并加强防护技术的研究与应用。我国自20世纪60年代以来，在这方面已做了大量的工作，研制了一些测量设备，制定了有关高频电磁辐射安全卫生标准及微波辐射卫生标准，在防护技术水平上也有了很大提高，取得了良好成效。

    一、电磁辐射污染

    电磁辐射是由加速运动的电荷所产生的一种能量，大功率的电磁辐射能量可以作为能源利用，但也有可能产生危害，构成环境污染因素。电磁污染包括了各种天然的和人为的电磁波干扰和有害的电磁辐射。电磁辐射主要是指射频电磁辐射，当射频电磁场达到足够强度时，可能造成以下方面的危害：

    （1）引燃引爆 如可使金属器件之间互相碰撞而打火，从而引起火药、可燃油类或气体燃烧或爆炸；

    （2）工业干扰 特别是信号干扰与破坏，这种干扰可直接影响电子设备、仪器仪表的正常工作，使信息失误，控制失灵，对通讯联络造成意外；

    （3）对人体健康带来危害 生物机体在射频电磁场的作用下，可以吸收一定的辐射能量，并因此产生生物效应。这种效应主要表现为热效应。因为，在生物机体中一般均含有极性分子与非极性分子，在电磁场作用下，极性分子重新排列，非极性分子可被磁化。由于射频电磁场方向变化极快，使这种分子重新排列的方向与极化的方向变化速度也很快。变化方向的分子与其周围分子发生剧烈碰撞而产生大量的热能。当射频电磁场的辐射强度被控制在一定范围时，可对人体产生良好的作用，如用理疗机治病；但当它超过一定范围时，则会破坏人体的热平衡，对人体产生危害。

    电磁辐射对人体危害的程度与电磁波波长有关。按对人体危害程度由大到小排列，依次为微波、超短波、短波、中波、长波，即波长愈短，危害愈大。微波对人体作用最强的原因，一方面是由于其频率高，使机体内分子振荡激烈，摩擦作用强，热效应大；另一方面是微波对机体的危害具有积累性，使伤害不易恢复。

    二、电磁污染源

    影响人类生活的电磁污染源可分为天然污染源与人为污染源两种。

    （一）天然污染源

    天然的电磁污染是由大气中的某些自然现象引起的。最常见的是大气中由于电荷的积累而产生的雷电现象；也可以是来自太阳和宇宙的电磁场源。天然电磁污染的污染源及其分类情况见表9-1。这种电磁污染除对人体、财产等产生直接的破坏外，还会在广大范围内产生重的电磁干扰，尤其是对短波通讯的干扰最为严重。

    （二）人为污染源

    人为源指人工制造的各种系统、电气和电子设备产生的电磁辐射，可以危害环境。人为源包括某些类型的放电、工频场源与射频场源。工频场源主要指大功率输电线路产生的电磁污染，如大功率电机、变压器、输电线路等产生的电磁场，它不是以电磁波形式向外辐射，而主要是对近场区产生电磁干扰。射频场源主要是指无线电、电视和各种射频设备在工作过程中所产生的电磁辐射和电磁感应，这些都造成了射频辐射污染。这种辐射源频率范围宽，影响区域大，对近场工作人员危害也较大，因此已成为电磁污染环境的主要因素。人为电磁污染源的分类见表9-2。

    三、电磁污染的传播途径

    从污染源到受体，电磁污染主要通过两个途径进行传播。

    （一）空间辐射

    空间辐射指通过空间直接辐射。各种电气装置和电子设备在工作过程中，不断地向其周围空间辐射电磁能量，每个装置或设备本身都相当于一个多向的发射天线。这些发射出来的电磁能，在距场源不同距离的范围内，是以不同的方式传播并作用下受体的。一种是在以场源为中心、半径为一个波长的范围内，传播的电磁能是以电磁感应的方式作用于受体，如可使日光灯自动发光；另一种是在以场源为中心、半径为一个波长的范围之外，电磁能是以空间放射方式传播并作用于受体。

    （二）线路传导

    线路传导指借助电磁耦合由线路传导。当射频设备与其他设备共用同一电源时，或它们之间有电气联接关系，那么电磁能即可通过导线传播。此外，信号的输出、输入电路和控制电路等，也能在强磁场中拾取信号，并将所拾取的信号进行再传播。

    通过空间辐射和线路传导均可使电磁波能量传播到受体，造成电磁辐射污染。有时通过空间传播与线路传导所造成的电磁污染同时存在，这种情况被称为复合传播污染。

    四、电磁辐射污染的防护

    控制电磁污染也同控制其他类型的污染一样，必须采取综合防治的办法，才能取得更好的效果。要合理设计使用各种电气、电子设备，减少设备的电磁漏场及电磁漏能；从根本上减少放射性污染物的排量，通过合理工业布局，使电磁污染源远离居民稠密区，以加强损害防护；应制定设备的辐射标准并进行严格控制；对已经进入到环境中的电磁辐射，要采取一定的技术防护手段，以减少对人及环境的危害。下面介绍常用的防护电磁场辐射的方法。

    （一）区域控制及绿化

    对工业集中城市，特别是电子工业集中城市或电气、电子设备密集使用地区，可以将电磁辐射源相对集中在某一区域，使其远离一般工作区或居民区，并对这样的区域设置安全隔离带，从而在较大的区域范围内控制电磁辐射的危害。

    区域控制大体分为四类。①自然干净区：在这样的区域内要求基本上不设置任何电磁设备；②轻度污染区：只允许某些小功率设备存在；③广播辐射区：指电台、电视台附近区域，因其辐射较强，一般应设在郊区；④工业干扰区：属于不严格控制辐射强度的区域，对这样的区域要设置安全隔离带并实施绿化。由于绿色植物对电磁辐射能具有较好的吸收作用，因此加强绿化是防治电磁污染的有效措施之一。依据上述区域的划分标准，合理进行城市、工业等的布局，可以减少电磁辐射对环境的污染。

    （二）屏蔽防护

    使用某种能抑制电磁辐射扩散的材料，将电磁场源与其环境隔离开来，使辐射能被限制在某一范围内，达到防止电磁污染的目的，这种技术手段称为屏蔽防护。从防护技术角度来说，屏蔽防护是目前应用最多的一种手段。具体方法是在电磁场传递的路径中，安设用屏蔽材料制成的屏蔽装置。屏蔽防护主要是利用屏蔽材料对电磁能进行反射与吸收。传递到屏蔽上的电磁场，一部分被反射，且由于反射作用使进入屏蔽体内部的电磁能减到很少。进入屏蔽体内的电磁能又有一部分被吸收，因此透过屏蔽的电磁场强度会大幅度衰减，从而避免了对人与环境的危害。

    1．屏蔽的分类

    根据场源与屏蔽体的相对位置，屏蔽方式分为以下两类。

    （1）主动场屏蔽（有源场屏蔽）将电磁场的作用限定在某一范围内，使其不对此范围以外的生物机体或仪器设备产生影响的方法称为主动场屏蔽。具体作法是用屏蔽壳体将电磁污染源包围起来，并对壳体进行良好接地。主动场屏蔽的主要特点是场源与屏蔽体间距小，结构严密，可以屏蔽电磁辐射强度很大的辐射源。

    （2）被动场屏蔽（无源场屏蔽）将场源放置于屏蔽体之外，使场源对限定范围内的生物机体及仪器设备不产生影响，称为被动场屏蔽。具体作法是用屏蔽壳体将需保护的区域包围起来。被动场屏蔽的主要特点是屏蔽体与场源间距大，屏蔽体可以不接地。

    2．屏蔽材料与结构

    屏蔽材料可用钢、铁、铝等金属，或用涂有导电涂料或金属镀层的绝缘材料。一般讲，电场屏蔽选用铜材为好，磁场屏蔽则选用铁材。

    屏蔽体的结构形式有板结构与网结构两种，可根据具体情况将屏蔽壳体做成六面封闭体或五面半封闭体，对于要求高者，还可作成双层屏蔽结构。为保证屏蔽效果，需保持整个屏蔽体的整体性，因此，对壳体上的孔洞、缝隙等要进行屏蔽处理，可以采用焊接、弹簧片接触、蒙金属网等方法实现。

    3．屏蔽装置形式

    根据不同的屏蔽对象与要求，应采用不同的屏蔽装置与形式。

    （1）屏蔽罩 适用于小型仪器或设备的屏蔽。

    （2）屏蔽室 适用于大型机组或控制室。

    （3）屏蔽衣 屏蔽头盔、屏蔽眼罩，适用于个人的屏蔽防护。

    （三）吸收防护

    采用对某种辐射能量具有强烈吸收作用的材料，敷设于场源外围，以防止大范围污染。吸收防护是减少微波辐射危害的一项积极有效的措施，可在场源附近将辐射能大幅度降低，多用于近场区的防护上。

    常用的吸收材料有以下两类。

    （1）谐振型吸收材料 利用某些材料的谐振特性制成的吸收材料，特点是材料厚度小，只对频率范围很窄的微波辐射具有良好的吸收率。

    （2）匹配型吸收材料 利用某些材料和自由空间的阻抗匹配，吸收微波辐射能。特点是适于吸收频率范围很宽的微波辐射。

    实际应用的吸收材料种类很多，可在塑料、橡胶、胶木、陶瓷等材料中加入铁粉、石墨、木材和水等制成，如泡沫吸收材料、涂层吸收材料和塑料板吸收材料等。

    （四）个人防护

    个人防护的对象是个体的微波作业人员，当因工作需要操作人员必须进入微波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。个人防护措施主要有穿防护服、戴防护头盔和防护眼镜等。这些个人防护装备同样也是应用了屏蔽、吸收等原理，用相应材料制成的。