第四章电磁污染及其控制

第四章电磁辐射污染及其防治第一节概述第二节电磁辐射基础第三节电磁辐射防护标准第四节电磁辐射污染防治技术第四章第一节概述一、电磁环境和电磁辐射污染二、电磁辐射污染源三、电磁辐射污染的危害一、电磁环境和电磁辐射污染电磁环境定义：某个存在电磁辐射的空间范围。特点：电磁辐射是以电磁波的形式在空间环境中传播的，不能静止地存在于空间某处。人类工作和生活的环境充满电磁辐射。电磁辐射污染是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄露的电磁能量流传播到室内外空气中，其量超出环境本底值，且其性质、频率、强度和持续时间等综合影响而引起周围人群的不适感，并使健康和福利受到损害。二、电磁辐射污染源（一）电磁辐射污染源的种类（二）电磁辐射体与电磁辐射的产生电磁场源自然电磁场源（表4-1）人工电磁场源（表4-2）表4-1自然电磁场源分类银河系恒星的爆发、宇宙间电子移动宇宙电磁场源太阳的黑点活动与黑体放射太阳电磁场源自然界的火花放电、雷电、台风、寒冷雪飘、火山喷烟大气与空气污染源来源分类（一）电磁辐射污染源的种类分类设备名称污染来源与部件放电所致场源电晕放电电力线（送配电线）高电压、大电流而引起静电感应、电磁感应、大地漏泄电流所造成辉光放电放电管白炽灯、高压水银灯及其他放电管弧光放电开关、电气铁道、放电管点活系统、发电机、整流装置……火花放电电气设备、发动机、冷藏车、汽车整流器、发电机、放电管、点火系统……工频感应场源大功率输电线、电气设备、电气铁道、无线电发射机、雷达……高电压、大电流的电力线场、电气设备、广播、电视与通风设备的振荡与发射系统射频辐射场源高频加热设备、热合机、微波干燥机……工业用射频利用设备的工作电路与振荡系统理疗机、治疗机医学用射频利用设备的工作电路与振荡系统家用电器微波炉、电脑、电磁灶、电热毯……功率源为主……移动通信设备手机、对讲机天线为主……建筑物反射高层楼群以及大的金属构件墙壁、钢筋、吊车……表4-2人工电磁场源分类自然电磁场源雷电火山活动太阳活动和宇宙射线自然电磁场源家用电器人工电磁场源电子设备大功率输电线人工电磁场源（二）电磁辐射体与电磁辐射的产生电磁辐射体定义：能产生电磁辐射的物体。电力系统工业设备电气化铁道系统及设备广播电视和微波发射系统及设备电磁冶炼系统及电加热设备等。电磁辐射的产生电磁辐射是一种物理现象，是能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。输出功率100kW，频率200～300kHz的高频冶炼机电磁辐射（表4-3）。表4-3冶炼机作业区电磁辐射产生状况测试部位电场强度/V·m-1磁场强度/A·m-1距高频感应器30㎝处头部75～800胸部55～851～5腹部50～902～7距馈线40㎝处头部18～350胸部8～300.5～1.0腹部3～250.5～0.6距设备30㎝处头部20～400.2～0.5胸部25～550.2～0.7腹部35～750.4～0.5距设备50㎝处头部10～250胸部8～180腹部5～120距设备1m处头部5～60胸部3～50腹部3～50三、电磁辐射污染的危害人体健康生态环境装置设备对人体健康危害的影响因素三、电磁辐射污染的危害周围环境受体差异辐射源频率（波长）电磁场强度波形照射时间与辐射源距离累计频次波长对生物效应的影响（表4-4）频率/kHz波长/㎝受影响的主要器官主要的生物效应＜100＞300穿透不受影响150～1200200～15体内各器官过热时引起各器官损伤1000～300030～10眼睛晶状体和睾丸组织加热显著，眼睛晶状体混浊3000～1000010～3表皮和眼睛晶状体伴有温热感的皮肤加热，白内障患病率增高＞10000＜8皮肤表皮反射，部分吸收而发热受检人员症状百分比与场强关系统计（表4-5）场强症状百分比/%对照组V/m≤20≤50≤100≤300＞300头痛22.4524.3825.9327.2728.1514.12头晕40.8041.8845.2151.2551.7127.06乏力17.3521.6523.2023.7528.257.84多梦46.4449.0452.5054.0856.7231.76记忆力减退37.5038.7841.9142.3344.444.54心悸27.5028.5728.7033.9035.5411.37胸闷12.9212.9813.2714.1916.246.41窦性心律不齐15.0524.6433.6037.7140.2915.01窦性心动过缓5.267.259.429.6810.725.89窦性心动过速0.911.451.752.100.39脱发16.5216.9817.5418.1324.497.84月经紊乱5.106.277.408.7315.039.06案例介绍在斯德哥尔摩市，生活在高压输电线区域内的市民，因磁通密度B＞3mG（毫高斯），癌症发病率为其他地区的3.8倍！1991年英国劳达公司一架民航机不幸坠毁，电磁辐射酿成了这场大祸。《环境保护报》。1993年，瑞典等北欧三国的研究调查公布，长期受到2mG以上的电磁辐射影响，罹患白血病的机会是正常人的2．1倍，罹患脑肿瘤的机会是正常人的1.5倍。一、电场与磁场●二、电磁场与电磁辐射三、射频电磁场四、电磁辐射的量度单位●●●第二节电磁辐射基础（一）电场（E）带电荷的物体周围存在着电场。静止电荷周围的电场称之为静电场。运动电荷周围的电场则为动电场。一、电场与磁场●（二）磁场（H）定义：在电流通过的导体周围所产生的具有磁力的场。若通过导体的是直流电，则产生恒定的磁场；若通过导体的是交流电，则产生变化的磁场。磁场频率随着电场频率的变化而改变，两者呈正比例关系。一、电场与磁场●二、电磁场与电磁辐射●电磁场交变磁场周围会产生电场，交变电场周围又会产生新的磁场，二者相互作用、相互垂直，并与自身运动方向垂直。这种交替产生的具有电场与磁场作用的物质空间称为电磁场。电磁辐射电磁场以一定速度在空间传播过程中不断向周围空间辐射能量，此能量称为电磁辐射，亦称电磁波。一、电场与磁场●二、电磁场与电磁辐射三、射频电磁场四、电磁辐射的量度单位●●●第二节电磁辐射基础二、电磁场与电磁辐射●（一）电磁波的周期（T）、频率（f）、波长（λ）和波速（V）（二）场区分类及其特点（三）电磁场的能量（四）电磁波的传播特性周期：电磁波发生一次全振动所需要的时间，单位s(秒)。频率：电磁场每秒振荡的次数，单位Hz(赫兹)；常用单位还有kHz(千赫)、MHz(兆赫)或GHz(千兆赫)。周期与频率互为倒数103MHz=106kHz=109Hz（一）电磁波的周期（T）、频率（f）、波长（λ）和波速（V）波长：电磁波在一个周期内所经过的距离，单位有nm(纳米)、μm(微米)或m(米)等。换算关系1m=103mm=106μm=109nm波速（v）：电磁波在介质中的传播速度。0vrrc(4-1)真空光速c0=2.993×108m/s≈3×108m/s相对介电常数相对导磁系数【讨论】在同一介质中，电磁波传播速度是不变的，故波长与频率成反比定义空气的εr和r的值均为1，则电磁波在空气中的波长和频率的关系可简化为cf(4-2)场区分类（二）场区分类及其特点定义：以场源为零点或中心，1/6波长范围之内的区域。作用方式：电磁感应定义：相对于近区场，1/6波长范围之外的区域作用方式：电磁辐射1.近区场（感应场）2.远区场（辐射场）场区特点1.近区场（感应场）①电场强度E与磁场强度H间无定量比例关系。②近区场电磁场强度比远区场要大得多，且衰减速度快。③近区场电磁感应现象与场源密切相关，近区场不能脱离场源而独立存在。2.远区场（辐射场）①电场强度与磁场强度的定量关系②电场E与磁场H互相垂直，且都与传播方向垂直。③远区场电磁辐射强度随距离衰减比近区场缓慢。HHHE377120/00（4-3）电场的能量：用电场各点的能量密度表示磁场的能量：用磁场各点的能量密度表示电磁场的能量：等于上述二者之和221Ewe221Hwm（三）电磁场的能量（4-5）（4-6）（4-7）22m12e（四）电磁波的传播特性1.电场分量与磁场分量2.电磁波的传播方向3.波的极化4.电磁波在不同介质中的衰减5.电磁波的反射和透射6.电磁波的相速与群速7.电磁波谱cosxmEEtkz作简谐振动的平面电磁波沿z方向传播时，x方向的电场强度Ex为1.电场分量与磁场分量（4-8）其中o22kfvy分量的磁场Hy为yxHE（4-9）其中/xyEH介质的本征阻抗电场强度E和磁场强度H互相垂直的关系用右手螺旋法则描述，即右手四指由电场强度方向转向磁场强度方向时，垂直伸直的大拇指的方向即为电磁波的传播方向。电磁波的传播方向用矢量S表示。S=E×H（4-10）2.电磁波的传播方向波的极化：指电场E的取向。类型：由电场的方向来决定电场的水平分量和垂直分量的相位相同或相反时为直线极化波；电场的水平分量和垂直分量振幅相等，而相位相差90˚或270˚时为圆极化波；电场两个分量的振幅和相位都不相等，则为椭圆极化波。3.波的极化4.电磁波在不同介质中的衰减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。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）。电磁波在无损介质中的衰减4.电磁波在不同介质中的衰减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。电磁波只在传导介质的表面层或界面上传播。波形为衰减正弦波（图4-2）。电磁波在有损介质中的衰减4.电磁波在不同介质中的衰减趋肤厚度δ（穿透深度)：电磁波能够穿入金属的深度。电磁波在有损介质中的衰减f11（4-11）式中：σ——介质的电导率μ——介质的磁导率频率越低，进入良导体的厚度即穿透深度越大。5.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反射系数传输系数(又称透射系数)5.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1212R1222T（4-12）（4-13）6.电磁波的相速与群速电磁波相位变化的速度。相速kvppv（4-14）电磁波能量传播（信号传播）的速度。群速dkdvggv（4-15）电磁波的角频率，rad/s7.电磁波谱电磁波（无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线和γ射线等）的频率(或波长)不同，按其频率(或波长)的大小，依次排列谱图即成电磁波谱图4-4电磁波谱图一、电场与磁场●二、电磁场与电磁辐射三、射频电磁场四、电磁辐射的量度单位●●●第二节电磁辐射基础三、射频电磁场●射频电磁场:高频电流周围形成的高频率电场和磁场，也称高频电磁场。每秒振荡十万次以上的交流电表4-6射频电磁场的频段频段名称对应波段缩写名称频率范围甚低频万米波（甚长波）VLF3～30kHz低频千米波（长波）LF30～300kHz中频百米波（中波）MF300～3000kHz高频十米波（短波）HF3～30MHz甚高频米波（超短波）VHF30～300MHz特高频分米波UHF300～3000MHz超高频厘米波SHF3～30×103MHz极高频毫米波、亚毫米波EHF30～300×103MHz300～3000×103MHz三、射频电磁场●射频电磁场:高频电流周围形成的高频率电场和磁场，也称高频电磁场。表4-6射频电磁场的频段频段名称对应波段缩写名称频率范围甚低频万米波（甚长波）VLF3～30kHz低频千米波（长波）LF30～300kHz中频百米波（中波）MF300～3000kHz高频十米波（短波）HF3～30MHz甚高频米波（超短波）VHF30～300MHz特高频分米波UHF300～3000MHz超高频厘米波SHF3～30×103MHz极高频毫米波