限制电磁场暴露导则
1.职业和公众暴露限制
暴露在辐射环境下的职业人士是暴露在已知条件下,并经过培训了解相关风险而采取了恰当的预防措施的成年人。与此相对的,普通人群包括所有年龄段和不同健康状况的个体,同时还可能包括特殊敏感人群或个人。在许多情况下,普通人群没有意识到他们已经暴露在EMF中。此外,普通人群不可能采取预防措施减少或避免照射。正是出于这些考虑,公众暴露限值应该比职业暴露限值更为严格。
2.基本限值和导出限值
辐射影响限值是以确定的健康效应为基础的,被称为基本限值。根据频率,用来说明电磁场照射基本限值的物理量为电流密度、SAR和功率密度。为了防止对健康造成负面影响,这些基本限值不能被超过。
辐射导出限值是用于与物理量测量值进行对比的,符合这些导则规定的导出限值可确保符合基本限值。如果测量值比导出限值高,这并不一定意味着超过了必要的基本限值,但需要进行更详细的分析以便评估是否满足基本限值情况。
3.安全因子的一般说明
由于匮乏人体和实验动物对电磁场照射的生物效应和健康效应的数据,无法为整个频率范围和各种频率调制模式的安全系数的相关标准提供严密的基础。此外,有些安全系数的不确定性是由于缺乏合适的剂量学相关知识导致的(Repacholi,1998)。在确定高频场安全系数时考虑了下列一些变量:
l在恶劣环境条件(高温等)和/或高度运动下,EMF照射的影响。
l某些人群具有更高的潜在热敏感度,比如体弱人士和/或老人、婴儿和青少年以及正在生病或易受温度影响的服药的人。
l在制定高频场导出限值标准时考虑了下列额外因素:
l不同个体的不同尺寸以及不同方向对电磁能量的吸收的不同;
l入射场反射、聚焦和散射可导致高频能量局部吸收增强。
4.基本限值
制定不同频率范围的基本照射限值时利用了不同的科学根据:
在l Hz ~ l0 MHz频率范围内,基本限值主要是电流密度,以防止对神经系统功能造成影响。
在100 kHz ~ l0 GHz频率范围内,基本限值主要是SAR,以防止全身发热和局部组织过热;
在l00 kHz ~ l0 MHz频率范围内,基本限值包括电流密度和SAR;
在10 ~ 300 GHz频率范围内,基本限值主要是功率密度,以防止身体表面组织或附近组织过热。
在几Hz到l kHz的频率范围内,对于超过l00 mA/m2的感应电流密度而言,中枢神经系统兴奋性剧烈变化以及其他剧烈效应,比如视觉诱发电位颠倒的阈值被超越。出于上述安全考虑,对于4 Hz ~ 1 kHz的频率范围而言,职业暴露应限制为感应电流密度低于10 mA/m2的场,即安全系数为10。对于公共限制而言,采用额外的安全系数5,基本照射限值为2 mA/m2。对于4 Hz以下以及l kHz以上的频率而言,感应电流密度基本限值逐渐提高,同时与这些频率范围相关的神经剌激阈值也相应提高。
表4:频率低于10 GHz的时变电场和磁场基本限值
暴露特性 | 频率范围 | 头部和躯干电流密度 (mA/m2)(rms) | 全身平均SAR(W/kg) | 局部暴露SAR(头部和躯干) (W/kg) | 局部暴露SAR(肢体) (W/kg) |
职业暴露 | 1 Hz以内 | 40 | – | – | – |
1 – 4 Hz | 40/f | – | – | – |
4 Hz–1 kHz | 10 | – | – | – |
1–100 kHz | f/100 | – | – | – |
100 kHz–10 MHz | f/100 | 0.4 | 10 | 20 |
10 MHz–10 GHz | – | 0.4 | 10 | 20 |
公众暴露 | 1 Hz以内 | 8 | – | – | – |
1 – 4 Hz | 8/f | – | – | – |
4 Hz–1 kHz | 2 | – | – | – |
1–100 kHz | f/500 | – | – | – |
100 kHz–10 MHz | f/500 | 0.08 | 2 | 4 |
10 MHz–10 GHz | – | 0.08 | 2 | 4 |
注:
1.f是指频率(Hz)。
2.由于身体的电特性不均匀,电流密度应取为垂直于电流方向的1 cm2横截面的平均值。
3.对于100 kHz及其以下的频率,可通过将均方根乘以2的平方根(~1.414)得到峰值电流密度值。对于脉冲宽度tP而言,基本限值可用等效频率应这样计算,f=1/(2tP)。
4.对于频率高达100 kHz以及脉冲磁场而言,与脉冲相关的最大电流密度可通过磁通量密度上升和下降次数以及最大变化率进行计算。感应电流密度可与基本限值进行比较。
5.所有SAR值都为任意6分钟内的平均值。
6.局部暴露SAR平均值是利用任意Log相邻组织内的平均量来进行计算的;这样获得的最大SAR值应是用于照射估计的值。
7.对于宽度tP的脉冲而言,基本限值应用的等效频率应这样计算f=1/(2tP)。此外,对于脉冲照射而言,在0.3 ~ 10 GHz的频率范围内,在头部局部照射的情况下,为了限制或避免由于热膨胀导致的听力效应,建议采用额外的基本限值。对于工人而言,SA不得超过10 mJ/kg,对于一般人群而言,SA不得超过2 mJ/kg(10 g组织平均值)。
在10 MHz到几GHz的频率范围内,已确定的对生物和健康的影响是一致的,是根据身体温度升高1 °C来确定的。个体暴露在一般环境条件下,全身SAR值大约为4 W/kg的场中约30分钟就会导致这种幅度的升温。因此,0.4 W/kg可以被选择作为能给职业暴露提供足够保护的限值。公众暴露采用了额外的安全系数5,故得到平均全身SAR值为0.08 W/kg。
一般人群采用了更低的基本限值,这主要是考虑到他们的年龄和健康状况可能与工人不同。
在低频率范围内,目前很少有资料将瞬间电流与健康效应联系起来。 ICNIRP因此建议瞬间或短期峰值场产生的电流密度限值应被视为瞬间值,不应按照时间进行平均。
对于1Hz ~ l0 GHz频率范围而言,电流密度、全身平均SAR和局部暴露SAR基本限值参见表4,对于10 ~ 300 GHz频率范围而言,其功率密度基本限值参见表5。
5.导出限值
导出限值是通过基本限值用数学模型以及在特定频率下通过实验室研究结果进行推导出来的。导出限值表示场与暴露个体的最大耦合状态,因此可提供最有效的防护。表6和表7分别总结了职业暴露以及公众暴露的导出限值,并且在图1和图2中进行了说明。导出限值是指在暴露个体全身范围内的的空间平均值,但重要的附带条件是不能超过局部照射基本限值。
对于低频场而言,采用数种计算和测量方法以便从基本限值中获得场强导出限值。目前采用的简化方法不能考虑例如导电性不均匀分布和各向异性以及其他对于计算重要的组织因素。
表5:10 ~ 300 GHz频率范围内的功率密度基本限值
暴露特性 | 功率密度(W/m2) |
职业性暴露 | 50 |
公众暴露 | 10 |
注:
1.功率密度应在20 cm2的照射面积和任意68/f1.05分钟的作用时间内(f单位为GHz)进行平均,后者是为了以补偿随着频率的增加逐渐减小的透入深度的减小。
2.1 cm2面积进行平均的空间最大功率密度不应超过上述值20倍。
表6:时变电场和磁场职业暴露导出限值(未受干扰的均方根值)
频率范围 | 电场强度E(V/M) | 磁场强度H(A/M) | 磁通密度B(mT) | 等效平面波功率密度Seq(W/m2) |
< 1 Hz | – | 1.63´105 | 2´105 | – |
1–8 Hz | 20 000 | 1.63´105 | 2´105/f | – |
8–25 Hz | 20 000 | 2´104/f | 2.5´104/f | – |
0.025–0.82 kHz | 500/f | 20/f | 25/f | – |
0.82–65 kHz | 610 | 24.4 | 30.7 | – |
0.065–1 MHz | 610 | 1.6/f | 2.0/f | – |
1–10 MHz | 610/f | 1.6/f | 2.0/f | – |
1–400 MHz | 61 | 0.16 | 0.2 | 10 |
400–2000 MHz | 3f1/2 | 0.008 f1/2 | 0.01f1/2 | f/40 |
2–300 GHz | 137 | 0.36 | 0.45 | 50 |
注:
1.f指频率范围栏里的单位。
2.如果符合基本限值而且可排除间接不良反应,场强值可被超越。
3.对于频率在100 kHz–10 GHz范围之间而言,Seq、E2、H2和B2都是在任意6分钟内的平均值。
4.对于频率在100 kHz及其以下的峰值,请参见表4的注解3。
5.对于频率超过100 kHz的峰值,请参见图1和图2。频率在100 kHz–10 MHz范围内,场强峰值是通过在100 kHz峰值的1.5倍和10 MHz峰值的32倍内插值而得的。对于超过10 MHz的频率而言,建议峰值等效平面波功率密度(通过脉冲宽度进行平均)不要超过Seq限值的1000倍,或者场强不要超过表中说明的场强照射水平的32倍。
6.对于超过10 GHz的频率而言,Seq、E2、H2 和B2都可在任意68/f1.05分钟期限(f单位为GHz)内进行平均。
7.本表未提供频率低于l Hz的频率不提供电场值,这些都是静态电场。适用于这些设备的明确电气安全步骤可防止来自低阻抗源的电击。
表7:时变电场和磁场暴露下适用于一般公众的导出限值(无干扰情况下的均方根值)
频率范围电场强度E磁场强度H磁通密度B等效平面波功率
频率范围 | 电场强度E (V /M) | 磁场强度H (A/M) | 磁通密度B(mT) | 等效平面波功率密度Seq(W/m2) |
< 1 Hz | – | 3.2´104 | 4´104 | – |
1–8 Hz | 10 000 | 3.2´104/f2 | 4´104/f2 | – |
8–25 Hz | 10 000 | 4 000/f | 5 000/f | – |
0.025–0.8 kHz | 250/f | 4/f | 5/f | – |
0.8–3 kHz | 250/f | 5 | 6.25 | – |
3-150kHz | 87 | 5 | 6.25 | – |
0.15–1 MHz | 87 | 0.73/f | 0. 92/f | – |
1–10 MHz | 87/f1/2 | 0.73/f | 0. 92/f | – |
10–400 MHz | 28 | 0.073 | 0.092 | 2 |
400–2000 MHz | 1.375f1/2 | 0.0037f1/2 | 0.0046f1/2 | f/200 |
2–300 GHz | 61 | 0.16 | 0.20 | 10 |
注:
1.f指频率范围栏里的频率。
2.如果符合基本限值而且可排除间接不良效应,场强值可被超越。
3.对于频率在100 kHz–10 GHz范围之间而言,Seq、E2、H2和B2都是在任意6分钟内的平均值。
4.对于频率在100 kHz及其以下的峰值,请参见表4的注解3。
5.对于频率超过100 kHz的峰值,请参见图1和图2。频率在100 kHz–10 MHz范围内,场强峰值是通过在100 kHz峰值的1.5倍和10 MHz峰值的32倍内插值而得的。对于超过10 MHz的频率而言,建议峰值等效平面波功率密度(通过脉冲宽度进行平均)不要超过Seq限值的1000倍,或者场强不要超过表中说明的场强照射水平的32倍。
6.对于超过10 GHz的频率而言,Seq、E2、H2和B2都可在任意68/f1.05分钟期限(f单位为GHz)内进行平均。
7.表中未提供小于l Hz频率的电场值,因为这些其实是静态电场。对于大多数人而言,能感觉到烦恼的体表电荷不会发生25kV/M的场强之下。应避免让人紧张或烦恼的火花放电。
对于热效应而言,在超过100 kHz的频率下,SAR和功率密度值应按照下面这个公式进行计算:
其中:
Ji为频率i下的感应电流密度
JL,I是在表4中规定频率i下的感应电流密度限值
SARi是在频率i下的照射SAR
SARL为表4中规定的SAR限值
SL为表5中规定的功率密度
Si为在频率i下的功率密度
对于基本限值的实际应用而言,应采用下列场强导出限值相关标准。
表9:10–110 MHz频率范围内任意肢体感应电流导出限值
注:
公共导出限值等于职业导出限值除以5的平方根。
为了遵循局部暴露SAR基本限值,任意6分钟的感应电流均方根值构成了导出限值基础。
对于感应电流密度和电剌激效应而言,在低于10 MHz的频率下,应符合下面这两个条件:
和
式中
Ei为在频率i下的电场强度
EL,i,为表6和表7中规定的电场导出限值
Hj为在频率j下的磁场强度
HL,j为表6和表7中规定的磁场导出限值
对于职业暴露,a=10 V/M,对于公众暴露,a=87V /M
对于职业暴露,b=24.4 A /M(30.7μT),对于公众暴露,b=5A /M(6.25μT)
恒量a和b用于超过1 MHz的电场,和超过65 kHz的磁场,因为总和是以感应电流密度为基础的,而且不得与热效应混合。后者构成了分别为超过1 MHz和65 kHz的EL,i 和HL,j 的基础,参见表6和表7。
对于热效应而言,在超过100 kHz的频率下,场的限值应适用下列关系式:
和
式中
E为在频率i下的电场强度
EL,i为表6和表7中规定的电场导出限值
Hj为在频率j下的磁场强度
HLj为表6和表7中规定的磁场导出限值
对于职业暴露情况,c=610/f V /M(f单位为MHz);对于公众暴露情况,c=87/f1/2V/M
对于职业暴露情况,d=1.6/f A/M(f单位为MHz);对于公众暴露情况,d=0.73/f。
对于肢体电流和接触电流而言,可适用下列等式:
,,
式中
Ik为在频率k下的肢体电流分量
IL,k为肢体电流导出限值(参见表9)
In为在频率n下的接触电流分量
IC,n为在频率n下的接触电流导出限值(参见表8)
上述计算等式都是在多重功源下假设最坏的情况。这样,实际的照射情况在照射水平上的要求可能低于上述等式中的导出限值。
l保护措施
ICNIRP指出导致电场和磁场照射暴露的行业必须确保全面遵守导则规定。保护工人的措施包括工程和管理控制、人员保护计划以及医疗监督(ILO,1994)。当工作场所暴露超过基本限值时,必须采取适当的保护措施。首先,应采取工程控制措施将设备排放降低到可接受水平。这些控制措施包括良好安全设计以及在必要的情况下使用互锁(Interlocks)或类似健康保护机制。
管理控制措施,比如限制进入以及可听和可视警告,应与工程控制措施协同应用。个人保护措施,比如防护服,尽管在某些情况下非常有用,但应被视为保障工人安全的最后手段;首当其冲地应重视工程和管理控制措施。此外,当使用比如绝缘手套这样的防护品保护工人免受高频电击和灼伤时,不能超过基本限值,因为绝缘仅能对间接效应进行保护。
除了防护服和其他个人保护措施之外,在可能超越公共导出限值时对一般人群应采取相同的保护措施。必须制定和实施有效规则以便防止:
干扰医疗电子设备和器械(包括心脏起搏器);
引发电子引爆设备的爆炸(引爆器);
感应场、感应电流或火花放电导致的可燃物火灾和爆炸。
附录
l术语
吸收(Absorption):在无线电波传播的过程中,无线电波由于能量消耗而引起的衰减,即无线电波的能量转变为另一种形式,如热能。
非热影响(Athermal effect):电磁场对人体产生的任何与热无关的影响。
血——脑屏障(Blood-brain barrier):一个用来解释为什么许多经血液传输的物质能够很容易地进入其它组织却不能进入大脑的概念。这一屏障发挥的作用仿佛是布满大脑脉管系统的连续隔膜。这些大脑毛细血管内层细胞构成了组织物质从脉管系统进入大脑的连续屏障。
电导系数(Conductance):电阻的倒数,以西门氏(S)表示。
电导(Conductivity,electrical):标量或矢量,当和电场场强相乘以后得到传导电流强度,它是电阻系数的倒数,用西门氏/米表示,(S/m)。
连续波(Continuous wave):一种在稳态条件下连续振动相同的波。
电流密度(Current density):一种矢量,它的特定表面积分等于流过这个表面的电流,线性导体的平均强度等于电流除以导体的横截面面积,用安培/平方米表示(A/m2)。
渗透深度(Depth of penetration):对于入射到良导体的边界的平面波电磁场,波的渗透深度是波的磁场强度下降到1/e时的深度,或者是最初数值的37%。
介电常数(Dielectric constant):参见permittivity。
放射量测定(Dosimetry):通过衡量计算或确定暴露在电磁场的人或动物的内部电场强度或感应电流、比吸收能或比吸收能率分布。
电场强度(Electric field strength):电场中的某一点上对静态单位正电荷的力量,用伏特/米来表示(V/M)。
电磁能量(Electromagnetic energy):储存在电磁场中的能量,用焦耳(J)表示。
特低频(Extremely low frequency,ELF):低于300 Hz的频率。
EMF:电场、磁场和电磁场。
远场(Far field):距离辐射天线超过被放射的电场、磁场和电磁场波长的区域,在远场中,场的组成(E和H)和传播方向是相互垂直的,场方向图形状不受与源头的距离的影响。
频率(Frequency):一秒钟内电磁波完成的正弦循环数量,通常用赫兹(Hz)表示。
波阻抗(Impedance,wave):代表某一点横向电场复数(矢量)和代表该点横向磁场的复数之间的比率,用欧姆表示。
磁场强度(Magnetic field strength):一种轴向矢量数量,它和磁通密度结合在一起确定了空间中任何点的磁场,用安培/米(A/M)表示。
磁通密度(Magnetic flux density):一种矢量磁场数量,产生作用于单个或多个移动电荷的力量,用特斯拉(T)表示。
磁性渗透性(Magnetic permeability):一种标量或矢量,将其和磁场强度相乘即可得到磁通密度,用亨利/米表示(Hm-l)。说明:对于各向同性介质,磁场渗透性是一个标量,对于各向异性介质,它是一个张量。
微波(Microwave):波长足够短,因而可以将波导和相关谐振腔技术应用在波的发射和接收的电磁放射物。说明:这一术语用来表示频率范围在300 MHz ~ 300 GHz之间的放射物或电磁场。
近场(Near field):距离辐射天线短于被放射出的电场、磁场和电磁场波长的区域。
说明:磁场强度(乘以空间的阻抗)和电场强度不相同,而且在离天线小于波长十分之一的距离中,如果相比距离而言天线很小,那么电场强度和磁场强度与距离的平方或立方呈反比关系。
非电离辐射(Non-ionizing radiation,NIR):包括不具有在物质中产生电离所需能量的电磁波频谱的所有放射线和电磁场,这类放射线的特点是每个光子的能量低于12 eV,波长长于100 nm,而且频率低于3´1015 Hz。
职业暴露(Occupational exposure):个人在从事的工作过程中所受到的所有电场、磁场和电磁场(EMF)照射。
电容率(Permittivity):定义各向同性介质对带电体产生的引力或斥力作用的常数,用法拉/米(F/M)表示,相对电容率是一种物质或介质的电容率除以真空的电容率。
平面波(Plane wave):一种电磁波,在这种电磁波中,电场和磁场矢量位于与波的传播方向相垂直的平面,而且磁场强度乘以空间的阻抗和电场强度相同。
功率强度(Power density):在无线电波传播中,经过垂直于波传播方向单位面积的能量,用瓦特/平方米表示(W/m2)。
公众暴露(Public exposure):普通大众所受的全部电场、磁场和电磁场照射,不包括在工作中和医疗过程中受到的照射。
射频(Radio frequency RF):适用于电信的电磁照射的任何频率。说明:在本出版物中,射频是指300 Hz ~ 300 GHz的频率。
谐振(Resonance):随波的频率接近或等于介质的自然频率发生的振幅变化。全身对电磁波的吸收是它的最高值,即频率大约为114/L时的谐振,L是个体以米为单位的高度。
均方根(Root mean square,rms):某些电力影响与周期方程(经一段期间)平方的均方根成比例关系。这一数值被称为有效或均方根数值,因为它是通过先将方程平方,确定得到平方值的均值,然后取均值的平方根得到的。
比吸收能(Specific energy absorption,SA):每个生物组织质量单位吸收的能量,用焦耳/千克表示(J/kg),比吸收能是比吸收能率的时间积分。
比吸收率(Specific energy absorption rate,SAR):身体组织吸收能量的速度,用瓦/千克来表示(W/kg),SAR是一个广泛应用于高于100 kHz的频率中的剂量测定指标。
波长:周期波传播方向上,振动相位相同的两个连续点之间的距离。

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