环境中的电磁波污染及其危害

环境中的电磁波污染及其危害

◆杨新兴１李世莲２尉鹏１冯丽华１

（１中国环境科学研究院。北京１０００１２；２中国科学院微电子研究所。北京１０００２９）

摘要：电磁波辐射对环境的污染，在我国的许多城市已经相当普遍。但是，人们对电磁波辐射危害的认识却十分不足。目前，许多电磁波辐射装置和设备已经进入千家万户，特别是手机的使用极为广泛。如果防护不当，可能造成电磁波污染，对人体产生严重的伤害。为了保护人民群众的身体健康，预防和减少电磁波辐射的危害，建议政府加强对电磁波辐射装置和设施的监管能力，加大电磁辐射防护知识的宣传力度，提高公众的自我防护意识，避免或者减少电磁波辐射对人体造成严重伤害。关键词：环境；电磁波；污染；危害中图分类号：ｘ１２３

文献标识码：Ａ

１引言

环境中的电磁波污染，已经成为一种严重的社会公害。电磁波污染，是比化学因子污染更普遍、危害更大的一种物理因子污染。电磁波是一

种看不见、摸不着、闻不到。无处不在，无时不有的物理因子污染物。环境中的电磁波污染，严重危

理论和实验研究的基础上，总结提出了完整的电磁波理论，建立了电磁波的基本方程组。１８８７

年，德国物理学家赫兹（Ｈ．Ｒ．Ｈｅｒｔｚ，１８５７—１８９４）用振荡器产生了电磁波，并首先发现了控制电磁波传播的方法，为电磁波的应用开辟了道路。

１８９５年，俄国物理学家波波夫（Ａ．Ｃ．几。几ｏ

Ｂ，

１８５９—１９０６）完成了无线电报的发射和接收试验。此后。电磁波开始广泛应用于无线电广播、无

害人们的身体健康。但是，目前人们对于电磁波危害的了解和认识还很不足，电磁辐射防护知识缺乏，自我防护意识十分淡薄。

人们通常所说的电磁波，主要是指无线电

波。然而。在经典物理学里所说的电磁波，除了无线电波之外，还包括可见光、紫外线、红外线、Ｘ射

线通信、卫星通信、无线电导航、雷达、电视广播等通信系统，以及高压输电网，高频淬火、焊接、熔炼、塑料热合，微波加热、微波干燥，微波治疗等工业生产、医疗卫生和科学研究等领域。

在过去，由于人们对电磁波污染缺乏足够的

线、Ｙ射线等。１９世纪６０年代，英国物理学家麦克斯韦（Ｍａ×ｗｅ¨。Ｊ．Ｃ．。１８３１—１８７９）。在前人的

了解和认识，把大功率的电磁波发射设备，例如广播电台、电视台等设置在人口稠密的居民区。造成

作者简介：杨新兴（１９４１一），中国环境科学研究院研究员。研究方向：大气环境污染。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｇ×ｉｎｘｉｎｇ＠ｇｍａ¨＿ｃｏｍ

李世莲，中国科学院微电子研究所高级工程师。研究方向：气体分析。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｓ…ａｎ＠ｇｍａ¨．ｃｏｍ

冯丽华．工程师。研究方向：数据处理。Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｅｎｇ¨ｈｕａ９９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ尉鹏，博士。研究方向：气候与环境。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｅｉｐｅｎｇ一１９８１＠ｈｏｔｍａ¨．ｃｏｍ

街

了严重的电磁波污染。有些电磁辐射源，例如高将产生变化的磁场。这种变化的磁场又在较远压输电线路等，与居民生活区、科研文教区交叉，

的区域内产生新的变化电场。同样，如果空间某

不仅影响居民的身体健康，而且还干扰电子仪器

一区域内有变化的磁场，那末在其邻近区域内，设备的正常运行。有的强电磁辐射源，靠近油库、

必将产生变化的电场。这种变化的电场又在较火药库等储藏易燃易爆物资的单位，构成了感应远的区域内产生新的变化磁场。这种交替变化

爆炸的潜在危险。

产生的电场和磁场，以波动方式向空间传播能量今天，电视机、收音机、电脑、微波炉、电磁炉、的过程，称为电磁辐射，或者电磁波ｎ１。

手机等许多与电磁波应用有关的电器，已经进入千电磁波是能量在空间传播的一种形式ｆ２】。在家万户，特别是手机，已经成为时代的宠物，几乎人

传播的过程中，电场和磁场在空间里是相互垂直

人都有，而且是机不离身，身不离机，成为老少皆有的，两者又都垂直于传播方向（图２．１）。

的亲密伴侣。毋容置疑，这些电磁装置和设备，给

人们的工作、学习和生活，带来极大的便利。但是，这些电磁辐射装置和设备发出的各种各样的电磁辐射，却充满了我们生存的全部空间环境。

迄今为止，人们是否想过，空间环境中的电磁

波，可能对人体健康造成巨大的伤害呢？关于电磁波对于环境的不良影响，对人体健康的危害问题。专家们已经做了很多研究，发表了很多文章，

图２．１平面电磁波的空间传播形式出版了不少学术专著。但是，目前关于环境中电

资料来源：高建平等．电波传播．第５５页

磁波的危害问题，还没有引起人们的普遍关注。

为了维护生存环境的安全，保护人民群众的身体

电磁波的传播速度与传播媒质有关。在真空

健康，政府应该考虑和制定空间环境中的电磁辐中电磁波的传播速度。等于光速。在介质中的传射防护和治理的更加严格的法律法规。制定相应播速度口。等于：

的控制标准和防治措施，同时加大空间环境电磁

Ｃ

珧２

ｉ

（２．１．１）

辐射对人体危害问题的宣传力度，普及相关的科叫‘ｒ

学知识，提高人们的自我防护意识，避免和减少电式中，Ｃ为真空中电磁波的传播速度（３×１０。８磁波辐射可能造成的伤害。空间环境中电磁波污

米／秒）；ｅ，为介质的相对介电常数。空气中的

染的防护和治理问题，应该成为政府和环境保护

相对介电常数略大于１，因此，电磁波在空气中部门的一项重要议事日程。

的传播速度，略小于光速，通常近似认为等于

光速。

２基本概念

２．２波长、频率和周期

２．１什么是电磁波

电磁波有波长、频率和周期。在一个运动周麦克斯韦的电磁场理论指出，如果空间某一期内，电磁波传播的距离，叫做波长（入）。电磁波区域内有变化的电场，那么在其邻近区域内。必

传输一个波长的距离所需要的时间，叫做电磁波

绛

的周期（Ｔ）。在单位时间内，电磁波在传输的距离２．３－１无线电波

中完成的波动周期的个数，叫做电磁波的频率一般国家电力系统的交流电频率为５０Ｈｚ。（ｆ）。单位时间内，电磁波传播的距离，叫电磁波的

或６０Ｈｚ。我国电力系统的交流电的频率为波速。电磁波的波长、频率和传播速度之间有如５０Ｈｚ。当交变电流的频率达到每秒钟十万赫兹

下的数量关系：

以上时，在振荡电路（发射天线）周围形成高频率

Ａ＝号或Ａ＝ｎ

（２．２．１）

变化的电磁场，这就是我们所说的高频电磁场，Ｊ

又称为射频电磁场。因为它们早期主要用于无式中，口为电磁波的传播速度，单位为米／秒；厂为线电广播，所以又称为无线电波。无线电波在电电磁波的传播频率，单位为赫兹；Ａ为电磁波的波磁波谱中占有很宽的谱段。按照波长的大小，无

长，单位为米。

线电波可划分为超长波、长波、中波、短波及超短２．３电磁波的分类

波等波段（表２．１）。

按照波长（或频率）的大小。电磁波大致可以２．３．２可见光

分为：无线电波、紫外线、可见光、红外线、ｙ射线波长在０．３９到０－７６微米的电磁波，能引起视和×射线等（图２．２）。

觉。称为可见光。在整个电磁波谱中，可见光只占颠率

渡畏

很小一部分。只有波长范围在０．４０—０．７６微米之

间的部分，能够使人有光的感觉。人眼看到的不

同颜色。实际上是不同波长的电磁波。白光是各种颜色的可见光的混合体。波长最长的可见光是红光。波长为０＿７６—０．６３微米。波长最短的可见光是紫光，波长为０．４３—０．４０微米。可见光，带给人类一个光明的世界。自然界里的可见光是太阳

供给我们的。

２．３．３红外线

波长范围在１０’６－１０司米之间的电磁波，叫红外线。它的波长比红光更长，因此肉眼不可见。红外线是威廉・赫歇尔（Ｗ．ＩＩＩａｍＨｅｒｓｈｅＩＪ在１８００年发现的。红外线最显著的特征，就是它的热效应。

人体接受红外线照射时，会有热的感觉。通常所说的热辐射，主要就是指红外线辐射。生产和生活中

常用红外线的热效应来烘烤物体，加热房间。红外线还可以用于红外照相，并可以制成夜视仪。在夜间观察物体。红外雷达、红外通讯都是利用定向发

射的红外线。这些仪器在军事上有重要用途。物质的化学成分和分子结构，同它所吸收的红外线的

砍５

表２．１无线电波的波段和频段的划分

波段名称

１

波长范围

１０００００—１００００ｍ１０

０００一０００ｍ

频段名称超低频低频中频中低频高频甚高频

频率范围

３—３０ｋＨｚ

用途水下通讯电报通讯无线电广播电报通讯、业余者通讯无线电广播、电报通讯，业余电台无线电广播、电视、警用通讯、飞机、轮船导航微波通讯、微波雷达、导弹控制、跟踪卫星、侦察洲际导弹和宇宙火箭；卫星遥感、全息技术、微波波谱学、微波等离子体、微波加热，微波探测、微波医疗和诊断．

超长波长波中波中短波短波超短波

２１００—３００ｋＨｚ３００一１５００

ｋＨｚ１５００一３Ｍ３Ｍ３０

——

一３

３０００一

３

一２００ｍ２００一

４

一５０ｍ５０—１０ｍ

ｋＨｚＨｚ３０Ｈｚ３００Ｈｚ

５

６１０一１ｍ

Ｍ

３００—３０００

７

微波

１０一１ｄｍ

特高频

ＭＨｚ

３０００一

８

厘米波（微波）毫米波（微波）

１０—１ｃｍ

超高频

一３０Ｍ

０００Ｈｚ

通讯、导航、雷达、遥感、等离子体、波谱学和射电天文学

３００００一

１０—１ｍｍ

９

极高频３００００００Ｍ

Ｈｚ

通讯、导航、雷达、遥感、等离子体、波谱学和射电天文学

１０

亚毫米波（超微波）

１ｍｍ以下

３０００００

至高频

Ｍ

Ｈｚ以下

通讯、导航、雷达、遥感、等离子体、波谱学和射电天文学

资料来源：（１）华东师范大学编：无线电电子学．人民教育出版社，１９６１：第１６页

（２）［德】ＨｏｒｓｔＳｔｏｃｋｅｒ编：物理手册，吴锡真等译．北京大学出版社，２００４；第４５１页

波谱有密切关系。因此。研究物质对红外线的吸收情况，可以确定物质的组成和分子结构。红外分析，是化学工程上常用的分析方法。

能力，它能使照相底片感光，使荧光屏发光。利用这种性质可以透视人体内部的病变，也可以用来检查金属物体内部的缺陷。由于Ｘ射线的波长与

２．３．４紫外线

波长范围在１０—７—１０胡米之间的电磁波，叫紫外线，它比紫光的波长更短，人眼不可见。太阳光

谱中。包括大量的紫外线，汞灯也辐射大量的紫外线。紫外线有明显的生理作用，可以杀死细菌。在医学上有重要应用价值。许多昆虫对于紫外线特别敏感，农村里常用紫外光灯【黑光灯）诱捕有害昆虫。

２．３．５

晶体中原子间距线度相当，因此在科学研究中，常用Ｘ射线来分析晶体的结构。

２．３．６＿ｙ射线

ｙ射线是一种波长极短的电磁波，其波长在１０一。米以下。它的能量比伦琴射线更大，穿透本领更强。ｙ射线有多方面的用途，如用于金属物

体的内部探伤等。研究Ｙ射线，还可以帮助我们

了解原子内部的结构。

ｘ射线２．４什么是电磁波污染

在环境意义上，污染的概念与语言学上的污染一词的含义，不完全一样。在大气环境研究

Ｘ射线，即伦琴射线，是比紫外线波长更短的电磁波，其波长为１０胡米。×射线具有很强的穿透

矿哆

领域里，我们把由于人类活动或者自然因素的许多导师们，几乎都是从“文革”中的文化沙漠化作用，某些物质排入大气，使正常的大气组成和里走过来的。中小学学业荒废，语文功底缺失。如性质发生变化，并对人类和动植物造成伤害的今。文化沙漠的影响，跃然纸上。写出的文章，编过程或者现象，称为大气污染。因此我们说，环

出的教材，疙疙瘩瘩、磕磕绊绊，文理不通的病态境中的电磁波污染主要是指：进入环境中的电

语句屡见不鲜。亡羊补牢。为时不晚。青年学子磁波辐射，超过国家环境质量控制标准规定的和正在执教的导师们，应该有最基本的自知之明，指标，并对人体健康和环境造成危害的过程或清醒地认识现实，修补文化基础知识和科学基础者现象。

知识的不足，加强基本科学技能和基本科学理论在某些环境类高等学校教材里说：“电磁辐射的再学习。不妨读一读“文革”之前编辑、出版的

污染是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄露的

数理化教材。在那里，我们将会发现极少有文理电磁能量流传播到室内外空间中，其量超出环境

不通的病态语句。

本底值，且其性质、频率、强度和持续时间等综合２．５电磁波的传输

影响引起周围受辐射影响人群的不适感，并使健麦克斯韦在前人的理论和实验研究的基础康和生态环境受到损害”【３ｌ。

上，分析总结宏观电磁现象的实验结果，经过对概上述定义。存在三个方面的问题值得商榷：其念的扩充和对于基本定理的推广，提出了四个基一是。上述定义把辐射污染的产生仅仅归结于人

本方程，被称为麦克斯韦方程组（Ｍ组）。这一方

类活动。实际上，电磁辐射污染的来源，除了人类程组揭示了电场与磁场之间，电磁场与电荷、电流活动之外，还有自然辐射污染源，例如，太阳热辐

之间的相互关系。表达了一切宏观电磁现象所遵

射、宇宙电磁辐射、物体热辐射，以及雷电等。定

循的普遍规律，是电磁运动规律的最筒捷的数学

义不准确。

表达方式。

其二是，上述定义说。“污染是指……人群的矢量场的性质，可以用它的散度和旋度描述，不适感。并使健康和生态环境受到损害。”我们知

或者用它在闭合曲面上的通量和在闭合曲线上的道，“污染”是指环境的状态，或现象，而定义却说：环量描述。前者称为场的基本方程的微分形式，

“污染是指……人群的不适感，并且使健康和生态后者称为场的基本方程的积分形式。现在我们用环境受到损害”。

Ｅ、Ｈ、Ｄ、Ｂ来分别表示电磁场中的电场强度、

其三是，上述定义，属于文理不通的病态语

磁场强度、电位移和磁感应强度，用Ｑ和，来表示句。

电荷和电流，那么麦克斯韦方程组的积分形式可

目前在国内编辑、出版的不少高等学校教材

以表示为【４ｌ：

里，甚至在某些专家学者们编写的许多论文里，诸如此类文理不通的病态语句，已经屡见不鲜。究ｆＬＥ．拈一瓜警．ａｓ其原因，一是青年学子语文基础知识薄弱，二是导

ｆＬ删＝皿（，＋署）・ｄＳ

（２．５．１）

师们执教不严。古人日：教不严，师之惰。学子们蜓Ｄ・ｄｓ＝∑Ｑ的论文中出现的文理不通的病态语句，导师们应攮Ｂ・凼＝ｏ

该负主要责任。我们不得不说，目前正在执教的

在上述方程组中，第一式表示导电回路（Ｚ）中的

．穸７

感应电动势等于该回路所围面积的磁通量（时间）变化率的负值，被称为推广的法拉第电磁感应定律，表明变化的磁场可以产生电场。第二式表示

磁场强度沿闭合路径Ｚ的环流量，等于路径Ｚ所包围面积的传导电流和位移电流之和（称为全电流）。被称为改进的安培环路定律，表明电流和变

十

△＝篆＋导＋篆

此外，麦克斯韦还导出了电磁波的波动方程。波动方程表明，电磁波的传播速度与已经测

出的光速是一样的。因此，他推断光也是一种电磁波，并预言可能存在与可见光不同的其他电磁波。这一著名论断，在１８８７年被德国物理学家赫

兹（Ｈ．Ｒ．Ｈｅｒｌｚ）的实验所证实。并导致马可尼（Ｇ．Ｍａｒｃｏｎｉ。意大利）在１８９５年和波波夫（Ａ．

Ｃ．几ｏ

ｎ

ｏ

化的电场可以产生磁场。第三式表示穿出闭合曲面Ｓ上的电通量，等于该闭合曲面Ｓ所包围的体积

Ｖ中的总电荷。第四式表示穿出闭合曲面的磁通量恒为零，被称为磁场的高斯定理。从物理意义

上说，意味着空间里不存在自由电荷，或者说，迄

今为止，在人类所研究的区域里，还没有发现存在自由电荷。

Ｂ，俄罗斯）在１８９６年独自成功地进

行了无线电报传送实验，从而开创了人类应用无

线电波的新纪元。

为了从理论上了解电磁波的实质，认识每个电磁波中的变化电场和变化磁场之间的定量关

系，需要知道平面电磁波的波动方程。为了简单起见，只考虑真空中的电磁扰动的传播，并且假定

（２＿５．２）

空间里不存在任何电荷和电流。在此情况下，麦

假定场、源的各量在所讨论的区域内一阶可

微，麦克斯韦方程组还可以写成微分形式：

ｖ×Ｅ一一挚

ｖ×Ｈ：，＋挈

口ｆ

叼・Ｄ＝ｏＶ．Ｒ＝０

克斯韦方程组２．５．２式可以改变为【５１：

Ｖ．Ｅ＝Ｏ

式中，Ｄ＝￡ｏＥ，其中￡ｏ＝８．８５×１０—１２Ｃ２／（Ｎ．研２），是真空中的介电常数。

Ｂ＝卢ｏＨ，其中，

（２．５．３）（２．５．４）

‘

ｖ×Ｅ：一票

ｄｆ

卢ｏ＝４７ｒ×１０－７Ｎ／Ａ２，是真空的磁导率。Ｅ和Ｄ是表征传播介质的电学量，而Ｂ和Ｈ则是表征传播

Ｖ．Ｂ：０

（２．５．５）（２．５．６）

介质的磁学量。Ｖ是一个矢性微分运算符号，被称为哈米尔顿算子，即

Ｖ×Ｂ确ｅ。署

为了得到仅含有电场强度Ｅ的方程，可以设法从（２．５．４）和（２．５．６）中消去磁感应强度

Ｖ三告＋歹岳＋砖

式中，ｆ，歹，志分别表示在直角坐标系中的ｚ，ｙ，ｚ方向上的单位矢量。

ｖ×和Ｖ．分别表示旋度算符（矢量）和散度算

Ｂ。为此。需要对（２．５．４）式的两边作用于旋度，并对（２．５．６）式的两边取时间偏导数，于是分别得到：

Ｖ婀咽一Ｖ×署

（２．５．７）（２．５．８）

符（标量）。哈米尔顿算子Ｖ与拉普拉斯算子△

的关系是

Ｖ．Ｖ：Ｖ２：△

杀（Ｖ×Ｂ）确ｅ。簪

交换空间微商和时间微商，有：

拉普拉斯算子△，被称为数性微分运算符号，它等

矿号

岳（Ｖ×Ｂ）＝Ｖ×筹

这样，由（２．５．７）式和（２．５．８）式，可以得到：

磐一上ｖ２Ｅ。：ｏ

＾

弘（弧耻柏￡。簪

ａｆｚ∥ｏ￡ｏ

（２．５．９）

这就是所求的变化的电场必须遵循的微分方程。

孕一熹ｖｚ岛：ｏａ产

’

肛ｏｅｏ

利用旋度的运算公式：

磐一上ｖ２Ｅ：ｏａｒｚ

‘

叩ｏｅｏ

Ｖ×（Ｖ×Ｅ）＝Ｖ（Ｖ・Ｅ）一△Ｅ

磐一上ｖ２Ｂ。：ｏ（２．５．１６）

“

Ｖ．Ｖ：Ｖ２：△

ａｆｚ叩ｏｅｏ

上式左边可以简化为：

孕一熹ｖｚ驴ｏ

ａ产

７

∥ｏ￡ｏ

Ｖ×（Ｖ×Ｅ）＝Ｖ（Ｖ・Ｅ）一Ｖ２Ｅ＝一Ｖ２Ｅ（２．５．１０）

‘

’

于是，（２．５．９）式可以改写成：

孥一上ｖ２Ｂ：：ｏ

ａ，ｏ，￡ｎ￡ｎ

坷２Ｅ－ｗ。簪

（２．５．１１）

上述六个标量方程，都具有完全相同的形式，即

或者

（２．５．１７）

磐一上ｖ２Ｅ：ｏ

或者，上式也可以改写成：

‘

ａ∥

（２．５．１１）

卢ｏ￡ｏ

另一方面，也可以由（２．５．４）式和（２．５．６）式碧。ｃ嘉＋翥＋碧，＝。

ｔ２．ｓ．俐

消去电场强度Ｅ，并利用（２．５．５）式而得到磁感这就是著名的三维波动方程式的标准形式，应强度Ｂ所必须满足的微分方程。为此，式中的口乃是扰动的传播速度。由此可见，（２．５．４）式对时间取偏导数，并对（２．５．６）式作旋

电磁扰动的传播也遵循波动方程；其速度ｖ

度运算。于是得到：

为：

弧（弧Ｂ）＿柏￡。窘

（２．５．１２）

口：—＝兰＝：３．ｏ×１０８优厶

√∥ｏ￡ｏ

将上式左边展开，得到：

上面讨论的是电磁波在真空中传播的情Ｖ×（Ｖ×Ｂ）＝Ｖ（Ｖ．Ｂ）一Ｖ２Ｂ＝一Ｖ２Ｂ（２．５．１３）

形。实际上，这一讨论同样可以用于各向同性的同样得到磁场必须遵循的方程：

均匀介质的情况。这时，电磁波的波动方程变

磐一上ｖ２Ｂ：ｏ

（２．５．１４）

为：

。

ａｆｚ

∥ｏ￡ｏ

它与电场所遵循的方程形式完全相同。这样。我们就从麦克斯韦方程组导出了电场和磁场各自必（２．５．１９）

须遵循的两个偏微分方程式：

磐一上ｖ２Ｅ：ｏ式中：ｅ＝ｅｏ￡，，∥＝∥ｏ∥，ｏ因此，电磁波在介质中

ａ∥卢ｏ￡ｏ磐一上ｖ２Ｂ：ｏ

（２．５．１５）

的传播速度为：

ａ∥

卢ｏ￡ｏ

（２．５．２０）

～，＾・

需要注意到，上述两个方程是两个矢量方程，实际ｃ旷去

上。它们也可以表示为六个标量方程：

电磁波在介质中的传播速度Ｃ介质。比真空中的速

度ｆ要小。

．

彤

３电磁波的产生机理

脚Ｉｈ棚

，，，

电磁波的产生方式有两种：一种方式是由电

２

６

７

磁振荡电路产生的。另一种方式是由物体的热辐

射产生的。任何物体，包括固体、液体和气体，因为它们具有一定的温度而辐射能量，而被称作ｋ

辐射源。这种辐射源的能量的传播过程，也被称

为电磁波。它覆盖了包括红外线、可见光、紫外线，以及Ｘ射线和ｙ射线等各个谱段。从地球上图３．１钼元素的原子（Ｚ＝４２）电子能级及其跃迁。大多数物体所发出的这种辐射，主要都分布在红

资料来源：Ｒｏｎａｌｄ

Ｇａｕｔｒｅａｕ

ｅｔ

ａ卜Ｍｏｄｅｍ

Ｐｈｙｓ—

ｃｓ（现代物理）．高等教育出版社，影印版．１６３页

外区㈣。

３，１热辐射产生的电磁波

号。可见，高频振荡是传送讯号的媒介。所以采用近代物理学理论指出，任何元素的原子，都是由

高频振荡作为媒介的原因，是因为只有高频电流，才带正电的原子核和围绕着它运动的电子所组成。每可以产生电磁波辐射。在完成无线电通讯上，高频

个电子处在一定的能级上，具有一定的能量。在正常振荡的产生以及调制和检波，都是不可缺少的过程。

的情况下，原子处于稳定状态，它的能量最低，称为基

态。在外加热能和电能的作用下，气态的原子由于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞，获得能量，使＼／

原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子。是很不稳

■

，１

定的。在极短时间内（约１０加秒），便跃迁到基态，或

７

ｌ

ｌ

者较低的能级上（图３．１）Ｐ１。从激发态跃迁到基态或ｌ

一“（／ｃ

下

较低能级态时，以电磁波的形式，向外释放它的能量ｆ８

△Ｅ。其辐射波长Ａ可根据下述关系式确定：

３３尸

－］

≥

Ｐ

△Ｅ＝＾ｖ

（３．１．１）＜Ｌ。

一

一

Ａ＝￡＝譬＝—筹（３．１．２）、。’…’

“ｖ

＾ｖ△Ｅ

式中，７ｚ为普朗克常数。

▲

ｌ

Ｉ

３，２振荡电路产生的电磁波

人们通常所说的电磁波，主要是指无线电波。无线电波通常是由电磁振荡电路产生。通过天线发图３．２最简单的ＬＣ振荡电路（部分）及其发射天线

射出来的（图３．２）。高频电流流过天线时，形成电磁波辐射。当电磁波经过空间传播到达接收天线时，

４环境中的电磁波污染源

在接收天线上感生了一个波形与发射天线相似的电

环境中的电磁波的来源大致可以分为两类：

流。这个电流经过检波之后，得到我们所需要的讯

２矽

前沿科学（季刊）２０１４・１第８卷－总第２９期Ｉ

圃匝■圈墨圜Ｉ

一类是自然界产生的，称为自然源；另一类来自人

类活动产生的，称为人为源（图４．１）。自然源主要包括：太阳辐射，宇宙辐射，雷电，地球和大气辐射等。例如：行星、恒星和银河系传来的电磁波，地球磁场辐射，地球热辐射。以及地球大气的电离层

的电磁辐射等。在通常的情况下，自然界产生的电磁辐射，对环境的危害不显著，对人类无不利影响。自然界产生的电磁辐射。又称为环境电磁波

的本底辐射。本底辐射对人类生存环境，无不良

影响。但是，另外一类电磁辐射源所发射的电磁

波，对环境产生不良影响，对人类健康造成危害，我们把这一类电磁辐射源，称为电磁波辐射污染

源。环境中电磁波辐射源分类如下：

图４．１射频电磁辐射的重要污染源

资料来源：中国大百科全书（环境科学卷）。１６３页

【１）太阳的电磁波辐射【２）星际间的电磁辐射

自然电磁波辐射源【３）雷电产生的电磁辐射

【４）地球磁暴磁产生的电磁辐射

：１）电视、广播发射台，无线电通讯．差转台．干扰台发出的电磁辐射

［２）工频电磁系统：高压输

环境中电磁波辐射源

电、变电设备，大电流工频设备．轻轨和干线电气化化铁道设施产生的电磁辐射

人工电磁波辐射源［３）科教、医疗、商业、军

事领域中的电磁设备产生的电磁辐射

【４）以电火花点燃的内燃机设备产生的电磁辐射【５）各种家用电磁设备。现代办公设备。电动工具等产生的电磁辐射

５电磁波污染的危害

临床观察结果和动物实验证明。电磁波污染对于人体和公众人群健康的危害，是不可掉以轻心的悖】。其中，又以微波辐射的危害最为严重。

５．１电磁波污染对人体生命支持系统的

危害

电磁波辐射污染，导致人体的生命支持系统的功能下降或者破坏，从而引发各种疾病的发生。危害人们的身体健康。电磁波污染对人体的危害，主要表现在对三个十分重要的生命支持系统，即神经系统、免疫系统和生殖系统的危害。

环境中的电磁波辐射污染源，包括人类发明、制造和使用的能够产生和辐射电磁波的一切电子仪器、

５．１．１对神经系统的危害

电磁波污染所导致的神经系统的失调，主要表现在头晕、头痛、失眠、记忆力减退，以及诱发脑瘤和其它各种脑疾患。目前，科学家们对此研究

的主要成果已经有如下结论：高频电磁场能直接改变穿过神经细胞壁的离子的流速和流量，从而扰乱神经细胞内自然电传导节律；高频电磁场能改变脑体内的磁场。脑磁场的异常变化。将导致

２穸

装置和设备，例如，广播电台、电视台、雷达、导航设

备、无线电通讯设备、高频加热设备、高频淬火设备、塑料热合设备、输电配电设备、电子医疗设备、电器机车、汽车点火系统以及人们生活中使用的电磁灶、微

波炉、电视接收机、移动电话（手机）等各种家用电器

（图４．１）。

中枢神经系统的功能发生紊乱，引起各个器官和５．２电磁波污染对公众群体健康的危害电磁辐射污染，对公众群体健康的危害主要表现在如下几个方面：

５．２．１癌症人群扩大

美国健康基金会从流行病学方面对大批移动电话用户的患病类型进行了统计分析。结果

组织的功能失调，诱发各种疾病的发生；高频电磁场能改变神经细胞的生物学形态，从而使脑细胞的功能发生变异。瑞典科学家发现，长期在微波

辐射下工作的人，脑脊液的成分和数量发生了异常变化。

５．１．２对免疫系统的危害

免疫系统是人体的疾病防卫系统。新西兰生

发现，经常使用移动电话的人患神经细胞癌的比

例比不使用者高出３倍。另一项研究结果表明，

物物理学家希瑞认为。大剂量长时间的微波辐射，会对免疫系统产生抑制作用，造成人体免疫系统

的功能障碍。实验证明，长时间的微波辐射，导致大脑细胞壁的透性增高，使得病菌和病毒更容易进入脑细胞内。细胞壁透性的改变。将导致人体的免疫系统的功能下降和破坏，从而使得外源性

右手使用移动电话的人，患脑瘤的部位多在右部。瑞典医学专家兰纳特・哈戴尔博士研究发

现，使用移动电话时，无论靠近人脑的左边还是右边，使用者脑左部或右部患肿瘤的几率均比非使用者高出２．５倍。英国布里斯托大学阿兰・普

瑞斯博士建议，移动电话使用者应该尽量缩短头部接近移动电话辐射的时间，建议通话时间控制

在１０分钟以内。

５．２．２白血病患者增加

白血病，又称血癌。研究报告指出，生活和居住在电力变压器附近和多路粗线大电流配电设备

病菌和病毒、内源性病菌和病毒，以及癌细胞的异常代谢产物，进入健康细胞，严重危害人体健康，

甚至危及人的生命。

５．１．３对生殖系统的危害

美国“科学”杂志指出，６０赫兹（Ｈｚ）以及通

讯电磁波辐射都可能破坏细胞中的脱氧核糖核

酸（ｄｅｏ×ｙｒｉｂｏｎｕｃＩｅｉｃａｃｉｄ，ＤＮＡ）的结构。动物实验证明，处于极低频电磁场内的大白鼠细胞中的ＤＮＡ的数量增殖加快；将果蝇的唾液腺细胞置于极低电磁场内，也发现ＤＮＡ的复制过程加快。将人体的白血病细胞中的正常表达的基因置于６０—７０赫兹的电磁场内，辐照１０分

附近的儿童，比一般儿童易患白血病。瑞典的斯德哥尔莫的卡洛利斯大学的学者，对于４３万名长

期居住在高压线、高压变电站附近的居民进行调查，结果发现居民中１５岁以下儿童的患白血病的比率。比一般儿童高出４倍以上。美国环境保护调查委员会的研究报告指出：妊娠初期的妇女睡电热毯，其工频电磁场，对胎儿生长极其不利，有

钟，基因复制速率比对照组增长１００％一４００％；基因复制速率随电场强度加大和辐照时间的加

长而增大。俄罗斯科学家对动物进行的实验证明，微波辐射能引起动物细胞染色体发生畸变。电磁波辐射污染将改变高等生物的正常生长、发育、行为以及生理功能，导致细胞的ＤＮＡ结构的改变，产生遗传变异，出现畸变的子代生物个体。

２２

可能导致胎儿罹患白血病、淋巴瘤、脑瘤等严重疾

病。特别是胎儿患脑瘤的机会比正常胎儿高出４倍之多。此外。长期使用电热毯的儿童，罹患各种癌症的风险也明显增加。

５．２．３辐射职业病增加

德国慕尼黑大学的研究人员，从１９９４年对近万名长期操作电脑的职业人员的调查结果表明，一般电脑操作人员，所发生的视力、听力和嗅

觉能力下降、头痛、头晕、食欲不振等症状。都与电脑产生的辐射有关系。美国北卡罗来纳州大

学公共卫生学院的专家们的研究结果表明，从事

蔽材料，但是钢对能量的损耗大，一般不用钢做屏蔽。接地是实施电磁辐射防护的另一项重要

措施。

６．１．２接地

电子公用电话、输电线安装工作的女性雇员，罹患乳腺癌的死亡率，比其他妇女明显增高。澳大利亚弗利曼特乐医院的癌症专家安徒鲁一戴维斯在《澳大利亚医学》杂志发表文章说，自从手提电话机这类产品广泛应用以来，男性脑瘤患者增加

了５０％。英国的医学报告指出。如果手机靠近耳

用导体将设备屏蔽体的任何一部分，与大地构成良好的电器接触。称为接地。与大地直接接触的金属导体，称为接地体，或者接地极。连接接地体与高频设备的金属导体，称为接地线。接地

线和接地体统称为接地装置。高频接地与普通的

边，可导致头痛、乏力、高血压、颈部淋巴结瘤等。英国和瑞典的科学家们的研究报告指出：移动电话能使癌症的发病率增加３．７倍，脑瘤的发病率增加６．４倍。波兰的科学家的研究结果认为。经常接触微波辐射的人，发生各种癌症的几

率是一般人的２倍。

电器设备接地不同，两者不能相互替代。

６．１．３滤波

在许多射频设备的生产过程里，由于线路间的耦合造成的干扰。导致高频设备无法正常工作。为了防止射频线路问的高频干扰，滤除其高次谐波成

分。需要采取滤波措施。线路滤波的作用，是通过滤波电路，滤掉无用信号。保证有用信号的顺利传输。‘

６电磁波污染的防护

电磁波污染防护分为：工程防护，安全生产技术防护和个人及家庭防护等几个方面旧‘１

６．１工程防护

为了防止、减少或避免电磁波辐射对于人体的伤害和对于环境的污染，在高频设备的工程设

２１。

滤波电路是一种无源的选择性网络，它能够从输入端或输出端，选择出一定频率的有用信号。在一定的通频带内，它允许有用信号无衰减地，或者衰减很少地通过。在通频带以外，却有极大的衰减，从而抑

制通频带以外的无用信号，使其不能通过电路网络。

６．２安全生产的卫生防护６．２．１远离电磁辐射源

计方面，通常采用屏蔽、接地和滤波等技术和方法，阻断或减少电磁辐射的不良影响。

６．１．１屏蔽

操作人员尽可能远离辐射源；如遇输出功率很大而又难以屏蔽的设备，必要时可使用自动控制或遥控装置。在一些特定地区，例如微波发射

天线主波束方向附近区域。设置警戒标志，提醒无关人员禁止入内，以减少意外伤害。在辐射源工作区，像大功率高频炉，要安装安全护栏，以防无关人员靠近造成不必要的伤害。在一些容易泄露

屏蔽作为一种常用的电磁防护手段，在电磁

工程防护设计中占有重要地位。屏蔽的目的在于阻止电磁辐射体发出的电磁波的传播与扩散，把进入电磁波辐射源外空间的辐射能限定在法定的范围内。对于中短波辐射，可用金属导体将

辐射源屏蔽起来，并加以良好接地。高频段一般选用铜、铝作为屏蔽材料。对于超短波和微波辐

射，则一般选用屏蔽材料和吸收材料做成的复合材料。制成屏蔽体。试验证明，钢也可以用作屏

电磁能的设备附近，要安装液晶报警器，警示人们

切勿靠近，以免受到强辐射危害。

６．２．２劳动保护

在高强度的微波设备工作区，工作人员必须

幺争

穿戴防护服、防护帽、防护面罩和防护眼镜。

６．２．３严守操作规程。严格遵守安全生产操作规程，避免不必要的辐射伤害。

米，大体上相当于一臂之隔。

６．４．２不要连续工作时间太长

在电脑前工作，不要连续工作时间太长。工作一小时，就应该站起来，活动一下，走一走，举目远眺，或做视力保健操。

６．４．３长时间打印，远离激光打印机６．４．４设备更新

优先选用液晶显示器，淘汰电子管显示器。６．５手机的电磁辐射及防护

手机是人们生活中一类十分重要的电磁波辐

６．３家庭及个人卫生防护

６．３．１远离辐射源

例如，远离运行的微波炉、电磁炉等。

６．３．２减少辐照时间

控制和减少被电磁波照射的时间，可以减少伤害。例如，不要长时间连续看电视，不要长时间打手机。

６．３．３了解防护知识，增强防护意识

射源。手机的工作频率在８００—１０００ＭＨｚ之间。辐射强度很大。手机的电磁辐射最强的时候，是

按下手机发射键，等待接通对方的时刻。只要手机接通，不管是“说”，还是“听”，手机都处于电磁波的发射状态。根据报道，我国劳动保护研究所对市场上的手机进行测量结果表明，一般手机的

了解电磁波辐射的防护知识，增强防护意

识。积极预防、减少电磁波辐射的危害。

６．４电脑的电磁辐射及防护

当今信息时代里，电脑已经从工厂、机关、学校的办公室，进入千家万户。电脑被广泛应用于

文字处理、信息传递、商业管理、政务管理、文化娱乐等领域，提高了工作效率，节约了工作时间，增

加了效益，为社会进步和生活质量的提高，发挥了极其重要的作用。然而，对于电脑的电磁辐射的危害问题，人们的了解和认识，还十分不足。

工作运行中的电脑，都会发射不同波长的电磁

辐射强度都在几百微瓦左右，最高的达到１．１毫瓦。我国的电磁辐射卫生防护标准是４０微瓦。

目前一般手机辐射强度，已经超过国家标准十倍左右。

手机电磁辐射对人体的危害，尚未引起人们的主意和重视。实际上，手机的电磁波辐射，对人

波。一般电脑的工作频率在１５０ｋＨｚ一１０００Ｍｚ，包括中波、短波和微波等频率的宽带辐射。电脑

显示器发出的光波，会直接刺激人的眼睛。过度刺激则会导致眼酸、眼胀、眼痛，以及结膜炎、角膜炎等。电脑辐射的潜在风险是引发白内障、神经衰弱、不孕不育、胎儿畸形，乃至肿瘤、癌症等。

体健康的危害是很大的。受辐射危害的部位是头部，接近人体最敏感的部位——大脑。手机辐射

对脑细胞的刺激很大，影响人的中枢神经系统，导致植物神经系统功能紊乱。此外，手机辐射的影

响：可以在人体内产生累积效应。潜在风险是引

发脑肿瘤、癌细胞癌变等。下列几项安全防护措

施，可供读者参考：

６．５．１远离辐射源

手机待机状态，远离身体。较长时间不用，应关闭手机。

６．５．２减少辐照时间

在手机尚未接通的几秒钟，不急于把手机放

为了预防电脑的电磁辐射伤害，人们需要了

解和认识电脑使用的卫生安全常识，采取安全防护措施。下列几项安全防护措施，可供读者参考：

６．４．１保持一定距离

电脑显示屏幕与人体的距离应不少于７５厘

乡９

到耳边。手机通话时间不宜超过１０分钟。

鼓励，并提出中肯的意见和建议。作者受益良６．５．３少接触辐射源

多。叁位老先生，德高望重，光明磊落，高风亮节；尽量少用手机，多用固定电话机。

学识渊博，造诣高深，成就卓著。堪称良师益友。７结论和建议

在此，谨向他们表示最诚挚的感谢，并致以崇高的

敬意。■

电磁波是比化学污染更普遍、危害更大的物

理污染因子。电磁波对环境的污染，在我国的城●参考文献

市已经相当普遍。由于人们对电磁波污染缺乏足【１】程守洙，江之水．普通物理学，第三册．北京：人民教

够的了解和认识。许多大功率的电磁波发射设

育出版社，第二版，１９６４：１９３—１９４；１９６—１９８．

【２】牛中奇，朱满座，卢智远等．电磁场理论基础．北京：电

备，如果防护不当，可能造成严重的电磁波污染。

子工业出版社，２００１：２２；１４３—１４４；３３０—３３３．

有些电磁辐射源，不仅影响居民的身体健康，而且【３】陈洁瘩，物理性污染，北京：高等教育出版社，２００７：１４４．还干扰电子仪器设备的正常运行。目前，电磁波

【４】高建平，张芝贤．电波传播．西安：西北工业大学出版社，

２００２：１５—２２；２７—３１；４８—４９．

辐射装置和设备已经进入家庭，手机的使用极为

【５】缪源．物理学，第三册．北京：高等教育出版社，１９９０：１—５．广泛。如果人们没有必要的电磁波辐射防护常【６】ｓ．Ｐ．帕克．物理百科全书．科学出版社，１９９６：９６５．【７】ＲｏｎａｌｄＧａｕｔｒｅａｕａｎｄＷｉｌｌｉａｍＳａｖｉｎ：．Ｍｏｄｅｍｐｈｙｓ—

识，势必造成严重的后果。为了保护人民的身体ｉｃｓ（现代物理）．北京：高等教育出版社，影印版．２０００：１６３．健康，预防电磁波辐射的危害，建议加大对电磁波【８】中国大百科全书（环境科学）．北京：中国大百科全书出

版社，１９８３：１６３．辐射装置和设施的监管力度；加大宣传力度，普及【９】刘文魁，庞东．电磁辐射的污染及防护与治理．北京：

电磁辐射防护知识，提高公众的防护意识，避免电科学出版社，２００３：３１；５８—８６；１１７—２５９．

磁波辐射的伤害。

【１０】周壁华，陈彬，石立华．电磁脉冲及其工程防护．

北京：国防工业出版社，２００３：２５１—２５３．致谢

【１１】杜翠凤，宋波，蒋仲安．物理污染控制工程．北京：

王文兴院士、任阵海院士和苏福庆教授，在作冶金工业出版社。２０１０：１６４—１８８．

【１２】孙兴滨，闫立龙，张宝杰．环境物理性污染控制，第二

者撰写论文过程里，始终不渝地给予热情支持和

版．北京：化工出版社，２０１０：１９５—１９６．

≥５

、

致力于环境教育事业，长期承担培养研究生的工作。获国

推荐语：

．

家科技进步奖一等奖１项，二等奖２项，省部级奖多项，．发电磁波辐射装置和设备，已经进入千家万户。但是人表学术论文１００多篇。其他学术专著多部。

们对于电磁波辐射产生的危害，缺乏了解，认识不足，防护苏福庆，气象学家。原北京市气象局气象科学研究所所长、教授级高级工程师。１９５５年毕业于北京大学地球意识淡薄。本文对电磁波的产生、性质、来源和传输，及其对人体健康的危害进行了分析论证，提出防护对策和措物理系。曾在北京农业大学物理及气象系任教。现任中施，具有重要参考价值。建议贵刊予以发表。

国环境科学研究院客座教授，博士生导师。研究方向：气候变化与大气污染。曾参与国家“八五”科技攻关课题推荐人：任阵海苏福庆

（８５—９１２一。卜０３）：《我国酸性物质的大气输送研究》，是课题研究报告的主要撰写者。长期致力于气候变化及环境

任阵海，大气物理学家，中国工程院院士，国家环境咨影响研究工作。提出了大气污染输送理论，边界层污染询委员会委员，国家环境保护部科学技术委员会顾问。中理论，大气区域环境污染理论。在气候变化及大气环境国环境科学研究院研究员。国家环境保护局气候变化影响污染的理论和控制技术的研究与应用方面，取得了重大研究中心总工程师，教授，博士生导师。研究方向：气候与成果，为我国的气象事业和环境保护事业，做出了巨大贡环境。在大气环境观测、大气环境容量和大气污染物输送，献。同时，致力于环境教育事业，长期承担培养研究生的以及大气探测技术理论的应用研究方面取得重大成果，为工作。发表学术论文１００多篇，编辑出版学术专著多部。我国的环境科学和环境保护事业做出了巨大贡献。同时，

获省部级奖多项。

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ＰＯ¨ｕｔｉｏｎ０ｆｔｈｅＥＩｅｃｔｒＯ—ＭａｇｎｅｔｉｃＷａＶｅＳＩｎｔｈｅＥｎｖｉｒＯｎｍｅｎｔａｎｄＴｈｅｊｒＨａｒｍｓ

ＹａｎｇＸｉｎｘｉｎ９１ＬｉＳｈｉｌｉａｎ２ＷｅｉＰｅｎ９１

ＦｅｎｇＬｉｈｕａｌ

（１．Ｃｈｉｎｅｓｅ

ＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙ

ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，１０００１２ＢｅｉｊｉｎｇＣｈｉｎａ

２．Ｃｈｉｎｅｓｅ

Ａｃａｄｅｍｙｏｆ

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，１０００２９ＢｅｊｊｉｎｇＣｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｎｏｗ，ａ

ｌｏｔｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ

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ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ

ｔｈａｔ

ｍａｙｐｒｏｄｕｃｅｅｌｅｃｔｒｏ—ｍａｇｎｅｔｉｃ

ｗａｖｅｓｈａｖｅｅｎ—

ｔｅｒｅｄ七ｈｅｆａｍｉｌｉｅｓ，

ａｎｄ

ｅｓｐｅｃｉａⅡｙ

ａｌｍｏｓｔｅｖｅｒｙｐｅｒｓｏｎ

ａｌｌｈａｓｏｎｅ

ｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅ．

Ｉｆｃｈｅｒｅｗｅｒｅ

ｎｏｔｎｅｃｅｓ—

ｓａｒｙ

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ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，

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ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ

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ｗａｖｅｓ

ｒａｄｉａｔｉｏｎ，

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ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓ

ｏｆｐｒｅＶｅｎｔｉｏｎ

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ｐｒｏｄｕｃｅｄ

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Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；Ｅ１ｅｃｔｒｏ—ｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅ；Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；Ｈａｒｍ

环境中的电磁波污染及其危害

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

杨新兴， 李世莲， 尉鹏， 冯丽华， Yang Xinxing， Li Shilian， Wei Peng， Feng Lihua

杨新兴,尉鹏,冯丽华,Yang Xinxing,Wei Peng,Feng Lihua(中国环境科学研究院,北京,100012)， 李世莲,Li Shilian(中国科学院微电子研究所,北京,100029)前沿科学

Frontier Science2014,8(1)

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引用本文格式：杨新兴. 李世莲. 尉鹏. 冯丽华. Yang Xinxing. Li Shilian. Wei Peng. Feng Lihua 环境中的电磁波污染及其危害[期刊论文]-前沿科学 2014(1)