解讀電磁輻射的兩種標準?

手機和基站的輻射會不會危害人體健康?這是個老生常談的話題了,國內媒體充斥著形形色色的專家建議,公眾也都有著自己的看法。事實上,國外發達國家對此已經有過很多研究,結論是其與腦瘤等疾病無關。“日常生活中的電磁輻射對人體健康沒有危害”早已是科學界的共識。

從對人體健康潛在影響的角度來看,國際上對電磁輻射的測量標準有兩種,分別是功率密度標準和比吸收率標準,前者屬電磁學領域,後者仍與電磁學相關,但已擴展到生物學領域了。

1、功率密度標準

功率密度指的是單位面積所接收到的輻射功率,它所測量的是信號強度,可以用電場強度和磁場強度來表示,但更普遍採用的是功率密度。下圖是我國現行的《電磁輻射防護規定》(GB8702-88)中對公眾照射限值的規定,圖中的前兩行屬中短波,不屬於移動通信頻段,其中3MHz~30MHz是軍隊使用的短波波段,跟公眾關係不大,不必關心。在30MHz~30000MHz範圍內的電磁波,頻率越高則穿透人體能力就越差,因此從對人體影響的角度出發,頻率越高則允許的功率密度就越大,即從30MHz的0.4W/ m2到30000MHz的2W/m2。

手機的峰值功率2W,美國電氣電子工程師協會(IEEE)不考慮發射功率7W以下的安全問題,但美國國家輻射防護測量委員會(NCRP)主張更嚴格標準,美國聯邦通信委員會(FCC)對2G手機所集中使用的900MHz頻段規定的輻射限值為6W/m2,比我國的0.4W/m2寬鬆了15倍。

我國現行的電磁輻射防護規定GB8702-88是國際上最嚴格的標準之一,通信公司建基站和國家環保部的檢查,依據的就是這個標準。有網友覺得這是88年定的標準,那時手機遠未流行,現在手機這麼普及了,標準應該提高。而實際上,基站現在越建越密,單基站的輻射功率在變小,輻射功率密度呈現下降趨勢。由於新技術的應用,手機的功率也在減小,手機和基站對人體潛在的威脅程度不是增加了,而是降低了。

88年的國標畢竟年頭久了,現在環保部推出了擬替代GB8702-88標準的徵求意見標準,其中手機頻段的限值並沒有變化,仍然是0.4W/m2,標準中將1MHZ~300GHz的電磁設備的豁免管理等效功率定為了100W,即100W(含)以下的向沒有屏蔽空間輻射的設備並不需要報批,高過100W的也不是說不能搞,只是要報批而矣。現在基站單站功率不過20W左右,按這個徵求意見標準,根本不用報批,而且也不可能超標。

一般GSM基站天線高度為35~55米,國家環保部曾監督測試過上千部基站,結果表明:射功率為20瓦的基站,基天線前10米的功率密度是0.006W/m2,遠低於苛刻的中國限值標準。

手機和基站等電磁輻射不會影響人身健康,這本是科學界共識,在國外也從來不是個問題,但在中國卻引起了公眾恐慌。究其原因,運營商為競爭而散佈的輻射謠言是源頭,當初推廣CDMA手機時,某運營商打出了“綠色手機”的偽概念,拿低輻射作為賣點,用欺騙公眾的手段來提高競爭力。其實CDMA手機的輻射功率並不比GSM小,GSM手機峰值功率2W,實際使用過程中,只在1/8的時間發射,所以最大平均功率為250mW,而CDMA是連續發射的,最大平均功率也約為250mW,兩種差別不大。

公眾不必知道具體原理,只憑常識就能判斷CDMA手機輻射與GSM大體相當,因為兩種手機的電池容量差不多,除系統運行所需要基本相同的能量外,其餘能量都輻射出去了,兩者的待機和連續通話時間又差不多,若CDMA手機輻射功率遠小於GSM的話,那餘下的能量哪裡去了?難道能量守恆定律不成立了嗎?

雖然GSM和CDMA兩種手機的最大平均功率均在250mW左右,但實際發射功率會遠低於這個水準,這源於基站對手機功率的自動控制機制。由於手機距離基站的遠近不同,手機輻射相同的功率,基站接收到近處手機的信號功率就強,接收到遠處手機的信號功率就弱。手機自己不知道距離基站的遠近,開頭會採用最大功率發射,基站收到後會向手機發送逐階降低發射功率的指令,1秒鐘內會發送幾十到幾百次指令,處於近處的手機會在極短的時間時把發射功率調整到很低的水平,例如0.02W。

基站發射功率雖然比手機大,但由於手機距離人體近,綜合比較後,還是手機對人體的輻射量更大得多。因害怕輻射而抵制基站是最二的做法,沒有之一,因為手機與基站的距離遠了,手機使用者反而要遭到更強的輻射,這恐怕是抵制者們所沒有想到的。

現在運營商已經為當初的輻射謠言付出了代價,基站很難進入小區了,到處被居民驅趕,把基站偽裝成燈杆和大樹的招數也已經不靈了。時至今日,仍有運營商打虛假的綠色牌,還在做這種飲鳩止渴的傻事,真令人歎為觀止。

2、比吸收率標準

比吸收率(SAR)的定義是:給定密度的體積微元內質量微元所吸收的能量微元對時間的微分值,它說的其實就是單位時間和單位生物體質量所吸收的電磁能量,單位是W/kg。

相對前面介紹的功率密度標準,這個標準更多地考慮了人體情況,應該是更值得參考的標準,但它卻很難以操作。功率密度標準的檢驗很簡單,拿個場強儀或頻譜分析儀就可以測量,但比吸收率標準的檢驗卻需要人體模型來配合,而且後續的數據算法也非常複雜。

美國輻射保護與測量委員會(NCRP)和美國電氣電子工程師協會(IEEE)所制定的美標為SAR≤1.6W/kg,國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)制定的歐標為SAR≤2.0W/kg,其中歐標是世界衛生組織(WHO)推薦的標準。我國的《移動電話電磁輻射局部曝露限值》(GB21288-2007),主要內容只有一頁紙,其實就說了一句話:我國遵從世衛組織推薦的歐標2.0W/kg標準

標準有了,但該如何測試呢?現行的是中國人民共和國通信行業標準 YD/T 1644.1-2007 手持和身體佩戴使用的無線通信設備對人體的電磁照射--人體模型、儀器和規程,該標準的第1部分:靠近耳邊使用的手持式無線通信設備的SAR評估規程(頻率範圍300MHz~3GHz),第2部分:手持和身體配戴設備在人體頭部和身體內的SAR評估規程(頻率範圍300MHz~6GHz)。

測試頭顱內部所吸收的電磁能量,當然不能把活人開瓢,只能製作一個跟頭顱形狀、密度、電介常數相當的標準人頭模型,上述的標準對模型進行了規範化,以保證測量結果的一致性和可比性。標準中要求用糖鹽為主的懸浮液來模擬頭部的組織液,手機有貼臉和傾斜兩種標準測試位置,對信號頻率和功率、探頭規格、測試程序等也都有著一整套的規範。

這個標準內容非常詳盡,共參考了65篇歐美國家的相關標準和文獻。但實際的內容基本都是移植於歐美的相關標準。有趣的是,我國標準中所採用的頭部模型數據,居然來自1988年的美國軍人的人體測量報告,這倒是與美國的相關標準完全一致。

標準中,根據美國男軍人頭部尺寸的統計數據,將成年男子的頭部按從小到大的次序分成1到10號,1號最小10號最大,模型選擇了9號,考慮到婦女兒童的頭部尺寸肯定比9號小,這樣就可以保證所有使用者有超過90%的人的頭部比模型小,會遭受更低的輻射,從而使基於這個9號模型所得到的SAR標準是保守和安全的。

媒體經常稱SAR值是根據成年男子的頭部模型制定的,對孩子應該採取更加嚴格的標準,這種說法沒有科學根據,根據劑量學的研究,成年男性頭部比婦女兒童的大,吸收的輻射量更大,這就已經構成了最壞情況下的電磁輻射。

在人頭模型中測量用的探頭,並不是溫度計,而是一個接收天線,接收的是電磁輻射能量,得到測試數據後,還要經過複雜的算法處理,才能得到SAR的值。探頭天線要根據不同頻段進行精度校準,其測量步驟和數據推算是非常專業和複雜的。

根據以往的測試結果,手機輻射在頭部引起的最大溫升為0.194攝氏度,根據IEEE的安全標準,人體內局部溫度升高的閾值為不超過3.5攝氏度,若人體正常溫度若是36.5攝氏度,局部溫度不能高過40攝氏度,而手機輻射所能引起的最高溫度還不到37攝氏度,當然是無關緊要的,而且人類還可通過本身的體液流動來調節自身局部的溫度。

SAR與手機的制式(例如GSM或CDMA)沒有關係,國外許多實驗室多年的研究資料表明,SAR與功率密度也沒有換算關係,但在國內常常將兩者比較,以期定性地說明問題。

2012年4月23日,美國聯邦通信委員會(FCC)發佈了關於RF曝露和SAR符合性要求的6個KDB文件的修訂草案,其中KDB865664是關於100MHz~6GHz的SAR測試的,這次修訂主要是順應LTE等新一代移動通信規範中無線電信號頻率上升到700MHz~6GHz的客觀要求,而以前的所考慮的無線電信號主要是2GHz以下的。

新文件有三個主要變化,一是原2GHz以下信號使用的插入頭部模型中的天線直徑為6mm~7mm,現在信號頻率變高了,因此波長就相應地縮短了,需要3mm~4mm,在接近6GHz時需要使用直徑1.5mm的天線。為什麼信號頻率高了天線就要短呢?因為信號的頻率與波長成反比,當天線的長度與波長成正比時,發射和接收的效率會更高。所以,信號頻率高了,波長短了,天線也要短些了;二是由於單一信號的頻帶寬了,單探頭就不適合了,分離的多個探頭就成為了未來測試的趨勢;三是頭部模型中的模擬液,以前的糖鹽液體不適合1G以上的信號,需要使用礦物油、甘油等新型混合液體。通過文獻檢索,尚未發現國內的相關部門和機構對這些變化進行跟進研究。

CCTV曾對“防輻射孕婦裝”做過一期節目,介紹了陳姓研究人員做的實驗,在穿上防輻射孕婦裝的假人上方安置了八木天線,把場強儀的探頭放進防輻射孕婦裝和假人之間的縫隙進行測量,結論是輻射反而增強了,理由是電磁波來回振盪疊加導致功率增強,這個結論很令人遺憾,因為這是典型的偽科學說法。雖然防輻射孕婦裝無用的節目結論是正確的,但卻使用了錯誤的論據,這種“以假打假”是最有危害的。

後來CCTV又做了一期節目,請來了中國工程院劉尚合院士,他是國內靜電防護和電磁輻射方面的頂級專家,他也當場做了實驗,結論是防輻射孕婦裝有一定的防輻射作用,這是個科學結論。但有個擴展到生物領域內的科學說法沒有介紹,那就是衰減的這點輻射對人體健康沒有意義。

“防輻射孕婦裝”也不是一點作用沒有,穿上它可以得到更多的關照,在公交車上被讓座的機率會大增。歐美日等國家從沒有過這種產品,但在中國卻已經成為了一個龐大的產業。

《移動電話電磁輻射局部曝露限值》(GB21288-2007)標準的最後一條對移動電話產品的標識提出了要求,應在說明書中以黑體字表示產品的SAR,並鼓勵在產品外包裝上標明SAR的最大值。起碼在現階段,我對這個要求並不抱希望,前面已經介紹過,測量一個產品的SAR是個專業性很強的複雜過程,能有這個能力的科研機構並不多,而且必須要有國家授予的檢測資質,否則就跟屠戶在豬肉上扣個自己刻的檢疫合格章一樣是無效的。因此,在SAR檢測尚未展開的情況,若某款移動電話的說明書上標明瞭SAR值,我們反而要核實下,這個數據是在哪裡測出的?這個機構被授予了相關資質了嗎?

與其它盛行的流言一樣,電磁輻射恐懼在國內大行其道,包括我在內的科普人士曾做過很多努力,但遠沒有成為主流的聲音,“日常生活中的電磁輻射對人體健康沒有危害”這個真相也未能令多數人認同,這令多年來致力於消除電磁輻射恐懼的我感到有些無奈。

聞道有先後,術業有專攻,您不必懂得此文中所提及到的科學知識,但您可以把選票投給科學,您不應棄權,更不能把選票投給流言。請您轉發此文給更多的朋友看,為“免除不必要的恐懼,追求更美好的生活”貢獻一份正能量。

相關問題答案