Sunday, August 18, 2019

電磁輻射

電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面,有效的傳遞能量和動量。人眼可接收到的電磁輻射,波長大約在380至780納米之間,稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體,都可以發射電磁輻射,而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。因此,人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此,只有處於可見光頻域以內的電磁波,才是可以被人們看到的。電磁波不需要依靠介質傳播,各種電磁波在真空中速率固定,速度為光速。

電磁輻射可以按照頻率分類,從低頻率到高頻率,從長波到短波,電磁波可以分類為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X-射線和伽馬射線等等。

電磁頻譜中射頻部分的一般定義,是指頻率約由3千赫至300吉赫的輻射。

電場和磁場的交互變化產生的電磁波,電磁波向空中發射或泄露的現象,叫電磁輻射。電磁輻射是以一種看不見、摸不着的特殊形態存在的物質。人類生存的地球本身就是一個大磁場,它表面的熱輻射和雷電都可產生電磁輻射,太陽及其他星球也從外層空間原原不斷地產生電磁輻射。圍繞在人類身邊的天然磁場、太陽光、家用電器等都會發出強度不同的輻射。

各種電磁輻射,由於其頻率、波長、量子能量不同,對人體的危害作用也不同。當量子能量達到12eV以上時,對物體有電離作用,能導致機體的嚴重損傷,這類輻射稱為電離輻射。量子能量小於12eV的不足以引起生物體電離的電磁輻射,稱為非電離輻射

電磁輻射所衍生的能量,取決於頻率的高低:頻率愈高,能量愈大。頻率極高的X光和伽瑪射線可產生較大的能量,能夠破壞合成人體組織的分子。事實上,X光和伽瑪射線的能量之巨,足以令原子和分子電離化,故被列為電離輻射。這兩種射線雖具醫學用途,但照射過量將會損害健康。X光和伽瑪射線所產生的電磁能量,有別於射頻發射裝置所產生的電磁能量。射頻裝置的電磁能量屬於頻譜中頻率較低的那一端,不能破解把分子緊扣一起的化學鍵,故被列為非電離輻射

哪裡會有電磁輻射?電磁輻射的來源有多種。人體內外均布滿由天然和人造輻射源所發出的電能量和磁能量;閃電便是天然輻射源的例子之一。至於人造輻射源,則包括微波爐、收音機、電視廣播發射機和衛星通訊裝置等。

  非電離輻射的來源及其危害

  (1)射頻輻射。射頻輻射稱為無線電波,量子能力很小。按波長和頻率,射頻輻射可分成高頻電磁場、超高頻電磁場和微波3個波段。

  射頻輻射來源有:1、廣播電視發射設備,主要部門為各地廣播電視的發射台和中轉檯。2、通信雷達及導航發射設備通信,包括短波發射台,微波通信站、地面衛星通信站、移動通信站。3、工業、科研、醫療高頻設備。4、交通系統電磁輻射干擾,包括:電氣化鐵路、輕軌及電氣化鐵道、有軌道電車、無軌道電車等。5、電力系統電磁輻射,高壓輸電線包括架空輸電線和地下電纜,變電站包括發電廠和變壓器電站。6、家用電器電磁輻射,包括計算機、顯示器、電視機、微波爐、電磁爐、無線電話、手機等。

  一般來說,射頻輻射對人體的影響很少直接導致組織器官的器質性損傷,主要引起功能性改變,並具有可逆性特徵,在停止接觸數周或數月後往往可恢復。但在大強度長期射頻輻射作用下,組織器官的損傷持續時間較長,並有進行性傾向,最終可能發展成不可逆的畸變,如長期高頻率使用手機而誘發腦瘤。

  (2)紅外線輻射。在生產環境中,加熱金屬、熔融玻璃及強發光體等可成為紅外線輻射源。鍊鋼工、鑄造工、軋鋼工、鍛鋼工、玻璃熔吹工、燒瓷工及焊接工等可受到紅外線輻射。紅外線輻射對機體的影響主要是皮膚和眼睛。

  (3)紫外線輻射。生產環境中,物體溫度達1200℃以上的輻射電磁波譜中即可出現紫外線。隨着物體溫度的升高,輻射的紫外線頻率增高,波長變短,其強度也增大。常見的輻射源有冶煉爐(高爐、平爐、電爐)、電焊、氧乙炔氣焊、氬弧焊和等離子焊接等。

  強烈的紫外線輻射作用可引起皮炎,表現為瀰漫性紅斑,有時可出現小水泡和水腫,並有發癢、燒灼感。在作業場所比較多見的是紫外線對眼睛的損傷,即由電弧光照射所引起的職業病——電光性眼炎。此外在雪地作業、航空航海作業時,受到大量太陽光中紫外線照射,可引起類似電光性眼炎的角膜、結膜損傷,稱為太陽光眼炎或雪盲症。

  (4)激光。激光對人體的危害主要是由它的熱效應和光化學效應造成的。激光對皮膚損傷的程度取決於激光強度、頻率、膚色深淺、組織水分和角質層厚度等。激光能燒傷皮膚。

  電離輻射來源

  凡能引起物質電離的各種輻射稱為電離輻射。其中α、β等帶電粒子都能直接使物質電離,稱為直接電離輻射;γ光子、中子等非帶電粒子,先作用於物質產生高速電子,繼而由這些高速電子使物質電離,稱為非直接電離輻射。能產生直接或非直接電離輻射的物質或裝置稱為電離輻射源,如各種天然放射性核素、人工放射性核素和X線機等。

  隨着原子能事業的發展,核工業、核設施也迅速發展,放射性核素和射線裝置在工業、農業、醫藥衛生和科學研究中已經廣泛應用。接觸電離輻射的人員也日益增多。

  現在人們大多知道醫院的X光不能照得太頻繁,原因就是頻繁的X光輻射可能會產生累積效應,對健康造成危害。

  電磁輻射對人體的危害

人體接受的電磁輻射強度太大、時間太長或者距離太近,可能造成危害,其對人體的作用主要是熱效應、非熱效應和累積效應等。

(1)熱效應 人體70%以上是水,水分子受到電磁波輻射後相互摩擦,引起機體升溫,從而影響到體內器官的正常工作。國內外研究證實,電磁輻射對人體的作用主要是熱效應,危害主要出現在射頻電磁場。變電站輻射屬於工頻電磁場,而不是射頻電磁場。當射頻電磁場的場強達到一定值時,才能對人體發生作用。在射頻作用下,人體吸收電磁輻射能後,其能量便轉化為熱能。只有當超過體溫調節能力時,才使溫度平衡功能失調,引起體溫升高,因而產生生理功能紊亂與病理變化等生物效應。

(2)非熱效應 人體的器官和組織都存在微弱的電磁場,它們是穩定和有序的,一旦受到外界電磁場的干擾,處於平衡狀態的微弱電磁場即將遭到破壞,人體也會遭受損傷。

(3)累積效應 熱效應和非熱效應作用於人體後,對人體的傷害尚未來得及自我修復之前(通常所說的人體承受力——內抗力),再次受到電磁波輻射的話,其傷害程度就會發生累積,久之會成為永久性病態。

擴展閱讀:http://www.learnemc.com/tutorials/Radiation/EM_Radiation.html

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