電磁輻射污染控制工程

電磁輻射污染指電磁能量傳播到室內外空間中，其量超出環境本底值，且其性質、頻率、強度和持續時間等綜合影響使人體健康和生態環境受到損害。

電磁輻射污染控制工程則指防治電磁輻射造成有害影響的工程。為了防止、減少或避免電磁輻射對人體健康危害和對環境污染，應當採取防護與治理措施，其中很重要的是對高頻電磁設備採取禁止、接地、濾波、阻波抑制等技術方法。

基本介紹

• 中文名：電磁輻射污染控制工程
• 外文名：electromagnetic radiation pollution contral engineering
• 污染源：天然和人為電磁場源
• 傳播途徑：空間輻射、導線傳播
• 控制基本原則：禁止輻射源、避免二次輻射等
• 防護措施：禁止、接地、濾波等

所謂電磁環境是指某個存在電磁輻射的空間範圍。電磁輻射以電磁波的形式在空間環境中傳播，不能靜止地存在於空間某處。人類工作和生活的環境充滿了電磁輻射。

電磁輻射污染是指人類使用產生電磁輻射的器具而泄漏的電磁能量傳播到室內外空間中，其量超出環境本底值，且其性質、頻率、強度和持續時間等綜合影響引起周圍受輻射影響人群的不適感，並使人體健康和生態環境受到損害。

電磁輻射污染源

電磁場源可以分為自然電磁場源和人工電磁場源。

天然電磁輻射

天然電磁輻射源產生於自然界，由某些自然現象所引起，例如，雷電，雲層放電、太陽黑子活動，火山爆發，等等。這些自然現象會對廣大地區產生嚴重的電磁干擾。

人為電磁輻射

人為輻射的產生源種類、產生的時間和地區以及頻率分布特性是多種多樣的。若根據輻射源的規模大小對人為輻射進行分類，可分為以下三類。

(1)城市雜波輻射

即使在附近沒有特定的人為輻射源，也可能有發生於遠處多數輻射源合成的雜波。城市雜波與各輻射源電波波形和產生機構等方面的關係不大，但它與城市規模和利用電器的文化活動、生產服務以及家用電器等因素有直接的正比例關係。城市雜波沒有特殊的極化面，大致可以看成連續波。

在我國，城市雜波輻射就是環境電磁輻射，它是評價大環境質量的一個重要參數，也是城市規劃與治理諸方面的一個重要依據。

(2)建築物雜波

在變電站所、工廠廠房和大型建築物以及構築物中多數輻射源會產生一種雜波，這種來自上述建築物的雜波稱為建築物雜波。這種雜波多從接收機之外的部分傳人到接收機中，產生干擾。建築物雜波一般呈衝擊性與周期性波形，可以認為是衝擊波。

(3)單一雜波輻射

它是特定的電器設備與電子裝置工作產生的雜波輻射，它因設備與裝置的不同而具有特殊的波形和強度。單一雜波輻射的主要成分是工業、科研、醫療設備(簡稱ISM設備)的電磁輻射，這類設備對信號的干擾程度與該設備的構造、頻率、發射天線形式、設備與接收機的距離以及周圍地形地貌有密切關係。

當電磁輻射體運行時，便產生或釋放電磁能量，它隨著其功率、頻率不同而不同，所產生的電磁輻射強度不同，近區場和遠區場的狀況也不同。但不管何種頻率或波長的電磁波，其在空中的傳播速率是相同的，即3×10m/s。這些電磁波可傳得很遠，可是在近區場的電磁場卻隨著與發射中心距離的延長急劇衰減。

污染傳播途徑

電磁輻射所造成的環境污染途徑大體上可分為空間輻射、導線傳播和複合污染三種。

空間輻射

當電子設備或電氣裝置工作時，會不斷地向空間輻射電磁能量，設備本身就是一個發射天線。

由射頻設備所形成的空間輻射，分為兩種：①以場源為中心，半徑為一個波長的範圍之內的電磁能量傳播是以電磁感應方式為主，將能量施加於附近的儀器儀表、電子設備和人體上的；②在半徑為一個波長的範圍之外的電磁能量的傳播，是以空間放射方式將能量施加于敏感元件和人體之上的。

導線傳播

當射頻設備與其他設備共用一個電源供電時，或者它們之間有電器連線時，那么電磁能量(信號)就會通過導線進行傳播。

此外，信號的輸出/輸入電路等也能在強電磁場中“拾取”信號並將所有“拾取”的信號再進行傳播。

複合污染

它是同時存在空間輻射與導線傳播所造成的電磁污染。

電磁輻射的污染途徑

控制措施

電磁輻射防護與治理的目的是為了減少、避免或者消除電磁輻射對人體健康和各種電子設備產生的不良影響或危害，以保護人群身體健康、保護環境。基於這目的，就要對各種產生電磁輻射的設備，從設計、製造到使用都要特別注意到電磁輻射的污染問題，既要做到製造出各種低電磁輻射設備、或符合電磁輻射產品標準的設備，又要對運行中的設備檢查和完善其防護與治理。

基本原則

①禁止輻射源或輻射單元。

②禁止工作點。

③採用吸收材料，減少輻射源的直接輻射。

④清除工作現場二次輻射，避免或減少二次輻射。

⑤禁止設施必須有很好的單獨接地。

⑥加強個人防護，如穿具禁止功能的工作服、戴具禁止功能的工作帽等。

高頻電磁輻射防護防治

為了防止、減少或避免高頻電磁輻射對人體健康的危害和對環境的污染，應當採取防護與治理措施，其中很重要的是對高頻電磁設備採取禁止、接地、濾波、阻波抑制等技術方法。

1、禁止

禁止的目的就是使電磁輻射體的電磁輻射能量被限定在所規定的空間之內，阻止其傳播與擴散。更具體地說，禁止就是採取一切技術措施，將電磁輻射的作用與影響限制在規定的空間範圍以內，所以才有禁止體構件。

所謂禁止體，是指用來消除場源空間內的輻射和限制其能量，而在場源直接占據的體積內所設定的零件的組合。其要求是一定要結構嚴密，接觸良好。

(1)電磁禁止

眾所周知，在電磁場中存在有電磁感應，人們採取一定措施來消除這種電磁感應的影響，這種措施稱為電磁禁止。電磁感應是通過磁力線的交聯耦合來實現的。很顯然，若要把電磁場局限在某個空間之內，使它不影響到外部空間，那就必須使該電磁場在外部空間的磁力線等於零；反之，若要使外部電磁場不影響到某一空間內部，就必須使外部電磁場在某一空間內部的磁力線等於零。為此，電磁禁止就必須採用高導電率的金屬材料做成禁止體。於是在某外來電磁場作用下，根據電磁感應定律，在禁止殼體上產生感應電流，而這些感應電流又產生了與外來電磁場方向相反的磁力線，並在所禁止的空間內抵消了該電磁場的磁力線，使總磁力線接近於零，即達到了禁止的目的。

由於電磁禁止是基於在外來電磁場作用下，通過電磁感應在禁止殼體上產生感應電流，因此可以得到以下兩點。

①電磁禁止只適用於高頻。因為感應電流是和頻率成正比的，在低頻時感應電流很小，它所產生的磁力線不足以抵消電磁場的磁力線。

②在電磁禁止情況下，應保證禁止殼體具有良好的電氣連線，使得感應電流能夠在禁止殼體上暢流，以便產生足夠大的磁力線來抵消外電磁場的磁力線，否則將會影響禁止效果。

(2)電磁場禁止的基本原理

對於電磁場，電場分量E和磁場分量H是同時存在的。只是當頻率f越低、離磁場場源越近(即近場強區)時，隨場源特性的不同，其場強分量E和磁場分量H有很大的差別。

高電壓、高電流場源，近場以電場E為主；低電流場源，近場以磁場H為主。隨著頻率廠的增大或遠離場源，就以平面波電磁場為主。

對於電磁場的禁止，主要依靠禁止體的反射、吸收作用。

①吸收 由電損耗、磁損耗及介質損耗等組成。這些損耗轉化為熱消耗在禁止體內，從而達到阻止電磁輻射和防止電磁干擾的目的。

②反射 主要是由於介質(空氣)與金屬的波阻抗不一致引起的。二者相差越大，反射損耗越大。

③電磁波在禁止體表面及禁止體內的吸收、反射 當入射電磁波遇到禁止體後，由於兩者波阻抗不一致而使一部分電磁波被反射回空氣介質中，另一部分穿透進入禁止體。這部分電磁波由於禁止體在電磁場中產生的電損耗、磁損耗及介質損耗等而消耗部分能量，即部分電磁波被吸收，因此剩餘電磁波在到達禁止體另一表面時同樣由於阻抗不匹配，使部分電磁波被反射回禁止體內，形成在禁止體內的多次反射，剩餘部分穿透禁止體進入空氣介質。

(3)禁止要求

①對於中、短波頻段，可用金屬導體將輻射源禁止起來，並加以良好的接地。高頻段一般選用銅、鋁作為禁止材料。

②對於超短波、微波段，一般先用禁止材料和吸收材料製成複合材料，然後再做成禁止體。

③禁止材料應選擇導電性能好和磁導率高的材料製成禁止體，例如銅、鋁等。試驗表明鋼也有一定的禁止效果，而且頻率越高其禁止效果越好，但在實際套用中，鋼對能量損耗較大，所以一般不用鋼做禁止。

④禁止結構要合理，在設計禁止結構時，應當注意禁止體對禁止設備特性的影響。通常由於禁止體的電磁感應，造成一部分能量被禁止體反射，致使電阻和電容量增加、電感量減少，從而使高頻能量損耗過大。因此，要求禁止體與被禁止設備之間必須保持一定的距離，保持禁止結構的電氣接觸性能良好，並妥善進行禁止接地。當對微波設計禁止結構時，尤其要注意避免微波輻射的反射問題。

2、接地

接地系統組成

①接地抑制電磁輻射的機理射頻接地是指將場源禁止體或禁止體部件內由於感應電流的產生而採取迅速的引流，造成等電位分布的措施；也就是說，高頻接地是將設備禁止體和大地之間，或者與大地可以看成公共點的某些構件之間，用低電阻的導體連線起來，形成電氣通道，造成禁止系統與大地之間提供一個等電位分布。

接地包括高頻設備外殼的接地和禁止的接地。禁止裝置有了良好的接地後可以提高禁止效果，以中波段較為明顯。禁止接地除個別情況如大型禁止室以多點接地一般採用單點接地。高頻接地的接地線不宜太長，其長度最好能限制在波長1/4以內，即使無法達到這個要求，也應避開波長1/4的奇數倍。

②接地系統射頻防護接地情況的好壞，直接關係到防護效果。射頻接地的技術要求有：射頻接地電阻要儘可能小；接地線與接地極以用銅材為好；接地極的環境條件要適當；接地極一般埋設在接地井內。接地系統包括接地線與接地極。

任何禁止的接地線都要有足夠的表面積，要儘可能短，以寬為10cm的銅帶為好。

接地極主要有三種方式：接地銅板、接地格網板、嵌入接地棒。

地面下的管道(如水管、煤氣管等)是可以充分利用的自然接地體。這種方法簡單節省費用，但是接地電阻較大，只適用於要求不高的場合。

3、濾波

濾波是抑制電磁干擾最有效的手段之一。線路濾波的作用就是保證有用信號通過，並阻截無用信號通過。電源網路的所有引入線，在其進入禁止室之處必須裝設備濾波器。若導線分別引入禁止室，則要求對每一根導線都必須進行單獨濾波。在對付電磁干擾信號的傳導和某些輻射干擾方面，電源電磁干擾濾波器是相當有效的器件。

濾波器是由電阻、電容和電感組成的一種網路器件。濾波器在電路中的設定位置是各式各樣的，其設定位置要根據干擾侵入的途徑確定。

4、其他措施

①採用電磁輻射阻波抑制器，通過反作用場在一定程度上抑制無用的電磁散射。

②在新產品和新設備的設計製造時，儘可能使用低輻射產品。

③從規劃著名手，對各種電磁輻射設備進行合理安排和布局，並採用機械化或自動化作業，減少作業人員直接進入強電磁輻射區的次數或工作時間。

除上述防護措施外，加強個體防護，通過適當的飲食，也可以抵抗電磁輻射的傷害。

發射台電磁輻射防護

廣播、電視發射台的電磁輻射防護首先應該在項目建設前，以《電磁輻射防護規定》(CB 8702—88)為標準，進行電磁輻射環境影響評價，實行預防性衛生監督，提出包括防護帶要求等預防性防護措施。對於業已建成的發射台對周圍區域造成較強場強的，一般可考慮以下防護措施：

①在條件許可的情況下，採取措施，減少對人群密集居住方位的輻射強度，如改變發射天線的結構和方向角；

②在中波發射天線周圍場強大約為15V/m，短波場強為6V/m的範圍設定一片綠化帶；

③調整住房用途，將在中波發射天線周圍場強大約為10V/m、短波場源周圍場強為4V/m的範圍內的住房，改作非生活用房；

④利用建築材料對電磁輻射的吸收或反射特性，在輻射頻率較高的波段，使用不同的建築材料，包括鋼筋混凝土，甚至金屬材料覆蓋建築物，以衰減室內場強。

微波設備電磁輻射防護

為了防止和避免微波輻射對環境的“污染”而造成公害，影響人體健康，在微波輻射的安全防護方面，主要的措施有以下三個方面。

(1)減少源的輻射或泄漏

根據微波輻射傳播原理，採用合理的微波設備結構，正確設計並採用適當的措施。完全可以將設備的泄漏水平控制在安全標準以下。在設計合理和結構合理的微波設備製成之後，應對泄漏進行必要的測定。合理地使用微波設備，為了減少不必要的傷害，規定維修制度和操作規程是必要的。

在進行雷達等大功率發射設備的調試和試驗時，可利用等效天線或大功率吸收負載的方法來減少從微波天線泄漏的直接輻射。利用功率吸收器(等效天線)可將電磁能轉化為熱能散掉。

(2)實行禁止和吸收

為防止微波在工作地點的輻射，可採用反射型和吸收型兩種禁止方法。

①反射微波輻射的禁止 使用板狀、片狀和網狀的金屬組成的禁止壁來反射散射微波，可以較大地衰減微波輻射作用。一般，板片狀的禁止壁比網狀的禁止壁效果好，也有人用塗銀尼龍布來禁止，亦有不錯的效果。

②吸收微波輻射的禁止對於射頻，特別是微波輻射，也常利用吸收材料進行微波吸收。

吸收材料是一種既能吸收電磁波，又是對電磁波的發射和散射都極小的材料。目前電磁輻射吸收材料可分為兩類，一類為諧振型吸收材料，是利用某些材料的諧振特性製成的吸收材料。這種吸收材料厚度小，對頻率範圍較窄的微波輻射有較好的吸收頻率。另一類為匹配型吸收材料，是利用某些材料和自由空間的阻抗匹配，達到吸收微波輻射能的目的。

人們最早用的吸收材料是一種厚度很薄的孔隙布。這層薄布不是任意的編織物，它具有377Ω的表面阻率，並且是用碳或碳化物浸過的。

如果把炭黑、石墨羥基鐵和鐵氧體等，按一定的配方比例填入塑膠中，即可以製成較好的窄帶電波吸收體。為了使材料具有較好的力學性能或耐高溫等性能，可以把這些吸收物質填入橡膠、玻璃鋼等物體內。

微波吸收的方案有兩個：一是僅用吸收材料貼附在罩體或障板上將輻射電磁波能吸收；二是把吸收材料貼附在禁止材料罩體和障板上，進一步削弱射頻電磁波的透射。

微波爐吸收電磁波的套用如下：

微波爐在使用時會產生電磁波。通常，微波爐的爐體和爐門之間，是可能泄露電磁波的主要部位。在其間裝有金屬彈簧片以減小縫隙，然而這個縫隙減小是有限度的，由於經常開、關爐門，而附有灰塵雜物和金屬氧化膜等，使微波爐泄漏仍然存在。為此，人們採用導電橡膠來防泄漏，由於長期使用，重複加熱，橡膠會老化，從而失去彈性，以致縫隙又出現了。

目前，人們用微波吸收材料來代替導電橡膠，這樣一來，即使在爐門與爐體之間有縫隙，也不會產生微波泄漏。這種吸收材料是由鐵氧粉與橡膠混合而成，它具有良好的彈性柔軟性，容易壓成所需要的結構形狀和尺寸，使用時相當方便。

微波輻射能量隨距離加大而衰減，且波束方向狹窄，傳播集中，可以加大微波場源與工作人員或生活區的距離，達到保護人民民眾健康的目的。

微波作業人員個體防護

必須進入微波輻射強度超過照射衛生標準的微波環境的操作人員，可採取下列防護措施。

①穿微波防護服 根據禁止和吸收原理設計成三層金屬膜布防護服，內層是牢固棉布層防止微波從衣縫中泄漏照射人體；中間層為塗金屬的反射層，反射從空間射來的微波能量；外層為介電絕緣材料，用以介電絕緣和防蝕，並採用電密性拉鎖，袖口、領口、褲角處使用鬆緊扣結構。也可用直徑很細的鋼絲、鋁絲、柞蠶絲、棉絲等混織金屬絲布製作防護服。

現在有採用將銀粒經化學處理，滲入化纖布和棉布的滲金屬防護服，使用方便，防護效果較好，但銀來源困難且價格昂貴。

②戴防護面具面具可製作成封閉型(罩上整個頭部)或半邊型(只罩頭部的後面和面部)。

③戴防護眼鏡眼鏡可用金屬網或薄膜做成風鏡式，較受歡迎的是金屬膜防目鏡。