环境功能材料9电磁辐射污染控制材料

三、电磁辐射污染的危害
对人体健康危 害的影响因素
辐射源 受体差异 周围环境
频率（波长） 电磁场强度 波形 与辐射源距离 照射时间 累计频次
1.屏蔽的分类
（1）按照屏蔽的方法 屏蔽分类
主动场屏蔽
被动场屏蔽 电磁屏蔽
（2）按照屏蔽的内容 静电屏蔽
磁屏蔽
静电屏蔽
对静电场以及变化很慢的交变电场的屏蔽。
• 第六代防辐射服是桑蚕丝与银纤维混纺工 艺，将素有“纤维皇后”美誉的桑蚕丝与 银纤维完美混纺，桑蚕丝银纤维防辐 射服 手感较普通防辐射服更柔软轻盈。
• 第七代防辐射服 是经过纳米银离子真空高 能束流电镀技术加工后的银纤维与纯棉纤 维混纺工艺。这种防辐射面料无论从导电 性能，防辐射效果，还是抗氧化性都获得 质的飞跃，也致使其每平米含银量比其他 表面镀银面料高出许多，面料柔软舒适， 透气性好、可洗涤，绿色环保，对人体无 任何副作用，是防辐射效果最为理想的面 料。
• 第一代防辐射服产品采用喷涂工艺，即将 金属漆喷涂在纺织布料上，形成片状屏蔽 层，优点是屏蔽效果好，可达60DB以 上， 这种防辐射服缺点是不透气，不能弯曲， 较笨重，如同一块薄铁皮一样，只能当里 子使用，这样的这种防辐射服使用时间过 长，容易造成皮肤过敏等副作用。
• dB=10lg(A/B)
• 第二代防辐射服采用镀膜涂层工艺，使金 属颗粒附着在纺织原料的经纬交叉点之间， 形成点状屏蔽层，这种防辐射服屏蔽值可 达50DB以上，具有一定的透气性，但这种 防辐射服金属颗粒易剥落，不能洗涤防辐 射服和揉搓，使用时间久了屏蔽值会下降， 这种防辐射服也不适合直接与人体接触。
• 通过最近对科学文献的深入研究, 世界卫生 组织得出结论: 现有证据不能证实低水平电 磁场照射会对健康造成任何影响。”
• 但是，科学家们普遍认为在这一领域的科 学知识有必要进行更深入的研究。（也就 是说，电磁照射也许对人体有尚未被发现 的潜在风险）
关于电磁照射的谣言
媒体报道 ≠ 科学事实
电磁辐射应重点保护的对象
测试高度 头部
屏蔽前
E/（V·m-1） H/（A·m-1）
75
0.5
屏蔽后
E/（V·m-1） H/（A·m-1）
1
未测出
屏蔽效率
E/% H/%
98.6
100
胸部
100
0.5
1
未测出
99
100
下腹部
50
0.5
1
未测出
98
100
头部
40
0.5
1
未测出
97.5
100
工人操作位
胸部
50
0.5
1
未测出
99
100
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选用防护用具
个体防护。孕妇、儿童、体弱多病者、对 电磁波辐射过敏者、长期处于电磁波污染 超标环境者，应选择使用适合自己的防护 用品。
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3.电磁波在不同介质中的衰减
电磁波在无损介质中的衰减
❖均匀介质（如空气）中，无能量损耗，电磁波的 波形不随距离改变。
• 第八代防辐射服是彩银纤维 混纺工艺，是 采用电解的方法。将彩银渡到织物纤维的 表面，使纤维象用银丝的织物。这种防辐 射服具较高的防辐射能力。区别与其他产 品的不能贴身穿，不能洗涤的特性，其特 殊的加工工艺，经测试，抗氧化程度和耐 洗涤远远高于银纤维织物，有效屏蔽辐射 可以达到70DB。
End
（二）接地技术
1.接地抑制电磁辐射的机理
射频接地
将场源屏蔽体或屏蔽体部件内感应电流加以迅速引 流以形成等电势分布，避免屏蔽体产生二次辐射。 是实践中常用的一种方法。
2.接地系统的设计与实施
射频设备
接地线
接地极 图4-5 接地系统结构组成
● 四、电磁辐射控制应用实例
（一） 高频感应加热设备的屏蔽防护
不宜使用手机的人群
•孕妇及乳母
•未成年的小儿
•60岁以上的老人
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3 如何有效控制生活中的电磁辐射污染
卧室、床头尽量勿放电器
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别让电器扎堆
• 避免电器摆放过于集中，尤其是电视、电 脑、电冰箱，以免使自己暴露在超剂量辐 射的危险中。
百度文库
保持距离
注意与大功率电器保持距离。与电视机的距 离大于1.5米以上，与微波炉的距离应为 2.5～3米。
• 第四代防辐射服产品是银纤维离子织物， 这种防辐射服采用吸收转化原理，将有害
电磁波进行吸收并转化为热能散发掉，避
免了二次污染，是国际上最先进的电磁屏
蔽技术，同时由于织物中富含大量金属阳
离子，可起到杀菌除臭的作用，有助人体
表皮微循环，这种防辐射服还具有防静电、 防X射线及紫外线等功能。而且这种防辐射 服面料柔软舒适，耐洗耐磨， 是最适合民
• 第三代防辐射服采用金属纤维与纯棉纤维混纺工 艺，也就是把金属抽成细丝，在面料内部形成网 状结构，这种防辐射服的优点是透气性好、可洗 涤，屏蔽效果 不会降低，这种防辐射服屏蔽值在 30DB以上，但金属纤维防辐射服由于是金属丝织 成，纤维中不可避免的会有细小的毛刺，贴身穿 着的话，会引起不适，部分人群甚至会引发湿疹、 瘙痒等症状，另外，纺线中的金属丝会因洗涤护 理不当，容易折断，影响使用效果。
GP-100-C3型高频感应加热设备 （图4-11）
淬火变压器屏蔽罩
窥视窗及散热窗屏蔽网
馈线屏蔽罩 感应器屏蔽板
屏蔽装置接地线
图4-11 屏蔽罩装置示意图（1～14指代内容见主教材p173图4-11）
表4-24 GP-100-C3型高频感应加热设备的屏蔽性能与效率
测试部位距离
淬火变压器 30m处
• 50 年代：军用雷达 • 60 年代：广播和电视台 • 70 年代：微波炉 • 80 年代：超高压电, 民用雷达 • 90 年代：无线通信，手机、计算机互联网
电磁照射控制标准
• 60年代开始, 世界各地的科学家推荐了不同 的最大可允许暴露值, 以保障人身安全。不 同国家暴露值相差有千倍之多, 因而引起了 混乱和争辩。
强度：正前方距离65cm的地方，可以测出平均
10mGs的电磁波辐射，在距离2m以外的地方，
还能测到1mGs
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电热毛毯
工作频率：50Hz 强度：可达100mGs以上！
特点： 1 照射时间长 2 距离近
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电吹风
强度：15cm大约50mGs
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电磁辐射污染控制材料
生活中的电磁辐射污染
拥有现代化生活方式的 我们所接受到的电磁波是我 们祖辈的1.5亿倍！
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1 电磁辐射污染的基础知识
• 电磁波：变化的电场产生磁场，变化的磁 场产生电场，变化的电磁场以波动形式在 空间传播。就形成了电磁波。
电磁波谱
非电离辐射
电离辐射
人类的电磁辐射危害的认知过程
❖电场和磁场在时间上同相，在空间上互相垂直， 均作正弦函数的周期性变化，而且也都与传播方 向垂直（图4-1）。
图4-1 电磁波在无损耗介质中的传播
3.电磁波在不同介质中的衰减 电磁波在有损介质中的衰减
❖金属等传导介质中，自由电子在电磁场的作用下定 向运动形成电流，引起电磁波能量的损耗、衰减。 ❖波形为衰减正弦波 （图4-2）。
153 122 143 136 153 75 48
周边最大值
（mGs）
411 277 368 300 400 158 129
控制16mGs
辐射量以下必 须保持的距
30
30
30
30
30 27
16
离（cm）
控制在1 mGs
辐射20量20/1以1/19下必
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微波炉
工作频率：24.5亿Hz（最好的加热水分子能力）
4.电磁波的反射和透射 ❖ 电磁波传播至分界面时，发生反射和透射
图4-3 电磁波的反射和透射
4.电磁波的反射和透射
❖当平面波在理想导电平面上垂直入射时
❖反射系数
R 2 1 2 1
❖传输系数(又称透射系数)
T 22 2 1
（4-12） （4-13）
● 四、电磁辐射的量度单位
复合场强
定义：两个或两个以上频率的电磁波复合在 一起的场强。 计算式
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CRT电视机
强度：画面30cm处50mGs， 在观看20型电视机屏幕时至少应该保 持1.5米的距离：
1.保护眼睛 2.远离电磁辐射
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手机
从电磁波发生源开始一个波长之内 被称作“近区场”，近区场内电磁场较 强。当人们把手机贴在耳朵上使用时， 头部正好处在“边近界”区域内。
（一）高频感应加热设备的屏蔽防护
屏蔽防护措施
局部屏蔽
对高频设备主要辐射部件，如 高频馈线、感应线圈等用铝板 或铜网等屏蔽起来，并对屏蔽 罩采取良好接地。
整体屏蔽
把整个高频设备或若干台高频设备 放在一个金属网屏蔽室内，对屏蔽 室采取良好接地。人员一般不进入 屏蔽室，控制台放在屏蔽室外。
远程操作
利用电磁波随距离加大而衰减 的特性，把控制台放在远离设 备的低场强区域，通过远程控 制进行操作。
1. 静电感应现象。由于导体内电荷的重新分 布，这些电荷在与外电场相反的方向形成 另一电场。
2. 内电场、外电场方向相反，相互抵消，所 以内部合电场为零。
高压带电作业工人的作业服利用此原理研制。
法拉第笼
• 美国魔术师大卫布莱恩挑 战百万伏特电击
磁屏蔽
对静磁场或变化很慢的磁场的屏蔽。
原理与静电屏蔽类似，要求材料是较高磁导 率的磁性材料。
敏感人群
敏感器官
2 生活中值得关注的电磁照射
相关物理量：
1.电磁波的照射强度（磁感应强度Gs ），常 用的环境中电磁波的安全标准二毫高斯。
2.电器工作频率Hz。
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电磁炉
微波电磁炉周围电磁波辐射测定数据
生产商名称（略称）
测定项目
松下
松下
象印
达士 高
日立
三菱 三洋
专用
锅
正面的值 (mGs)
下腹部
75
0.5
0.5
未测出
99
100
头部
9
未测出
1
未测出
67
振荡器柜 20㎝处
胸部
10
未测出
1
未测出
70
下腹部
8
未测出
1
未测出
75
淬火变压器 10㎝处
上部 铡部
1500 750
未测 未测
1
未测出
99.6
1
未测出
99.5
防辐射服
纤维屏蔽的原理
• 防辐射服是利用服装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 磁场进行屏蔽。金属良导体可以反射电磁 波，即当金属网孔径小于电磁波波长（波 长=光速/频率）1/4时，则电磁波不能透过 金属网。
E E12 E22 En2
式中：E——复合场强，V/m； E1，E2，…，En——各频率对应的电磁场强。
主要的人工电磁污染源
• 脉冲放电
大电流电路起电或切断产生的火花放电，电流强度瞬间 变化很大，产生很强的电磁干扰。
• 工频场源
大功率电机、变压器及输电线等附近的电磁场
• 射频场源
广播、电视、微波通信等。频率范围：0.1~3000MHz。 目前射频场源为电磁污染的主要源。
图4-2 电磁波在有损耗介质中的衰减
3.电磁波在不同介质中的衰减
电磁波在有损介质中的衰减
❖电磁波在良导体中衰减得很快，只能透入薄层
趋肤厚度δ（穿透深度)：
电磁波能够穿入金属的深度。
δ
δ
1
1
f
（4-11）
式中：σ——介质的电导率，m/s; μ——介质的磁导率,H/m。
❖频率越低，进入良导体的厚度即穿透深度越大。
• 从 1996 年以来,世界卫生组织就开始了一 个国际电磁场项目, 其使命之一就是要达到 全世界电磁照射标准的统一。
电磁辐射对健康的危害
电离辐射： 紫外线： 无线电波,微波：
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低水平电磁照射的研究状况
• 过去 30年来, 在非电离辐射的生物效应领域 发表的文章约有 25000 篇之多。
高频电磁波屏蔽
• 依靠屏蔽体的反射和吸收起作用， • 实现电磁场的屏蔽。
– 在屏蔽体表面部分电磁波被反射回空 – 气介质中； – 部分穿透屏蔽体的电磁波因电损耗、 – 磁损耗及介质损耗而被吸收。
屏蔽室结构设计一般要求
❖（1）屏蔽材料的选择 ❖必须选用导电性和透磁性高的材料； ❖铜、铝、铁均具有较好的屏蔽效能； ❖超短波和微波频段，一般采用屏蔽 材料与吸收材料制成复合材料。
•
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.11.1920.11.19Thursday, November 19, 2020
用的防护材料。
• 第五代防辐射服是深海沉淀技术的应用，深海沉 淀科技是欧洲军工和机械大量应用的技术，将金 属块通过特殊装置置入大海深处浸泡，在适合的 深海海水流速，超低温度和强静压力，和多汰化 合物使金属块内部产生物理变化，使金属韧性、 抗压强度和抗氧化性方面大大提升，以此金属制 作出的机械和军工产品已风靡全球，固欧洲进口 机械耐用性很强，此技术应用于防辐射服领域。 经测试，经现代工艺生产后，有效屏蔽辐射可以 达到60DB，是最好的防护技术。