生物化学笔记：安全防护 射频和微波辐射防护 & 电磁辐射与防护 & 生物电磁学

• 随着电气与电子设备功率的急剧增加及应用范围的扩展，电磁辐射的潜在危害日益显著，其防护与研究已成为亟需重视的公共安全问题。

电磁波频段划分表

• 长波/中波：可沿地面传播（地波），受地形和大气条件影响小，能覆盖超远距离

• 短波：依靠电离层反射实现全球通信

• VHF及以上（超短波+微波）：以视距传播为主，衰减快，需中继站或卫星

波段名称	频率范围	波长范围	ITU命名	典型应用	典型传播距离
长波	100 ～ 300 kHz	3 ～ 1 km	LF	长波导航、潜艇通信	数百公里～千公里（地波）
中波	300 kHz ～ 3 MHz	1 km ～ 100 m	MF	AM广播	数百公里（夜间电离层反射可达更远）
短波	3 ～ 30 MHz	100 ～ 10 m	HF	短波广播、海事通信、远距离航空通信	1000～数千公里（电离层反射）
超短波	30 ～ 300 MHz	10 ～ 1 m	VHF	FM广播、VHF电视、航空通信	视距（几十公里）
微波（低端）	300 MHz ～ 3 GHz	1 m ～ 10 cm	UHF	UHF电视、2G/3G、Wi-Fi（2.4 GHz）	视距（几公里，需中继）
微波（中段）	3 GHz ～ 30 GHz	10 cm ～ 1 cm	SHF	卫星通信、微波炉、雷达、5G Sub-6 GHz	视距（数百米～几十公里，受雨衰）
微波（高端）	30 GHz ～ 300 GHz	1 cm ～ 1 mm	EHF	毫米波通信（5G毫米波）、车载雷达	视距（几十米～几百米，受大气吸收）
混合波段	—	—	—	综合通信系统	依系统设计而定

受照标准与辐射标准的区别

1. 受照标准

   • 定义：为了保护人体安全，规定人体所能接受的最大允许电磁辐射强度电平。

   • 评价方法：用功率密度（辐射功率通量密度）表示，单位为：

     $${\text{mW/cm}}^2\text{ 或 }\mu {\text{W/cm}}^2$$

   • 安全系数：从卫生学角度，受照标准必须比可能造成人体伤害的强度低至少 10 倍，以保证长期暴露安全。

2. 辐射标准

   • 定义：针对设备本身，规定其外壳附近允许的最大电磁泄漏强度，即设备发射到周围空间的电平限制。

   • 特点：数值通常高于受照标准，因为：

     • 人体通常不直接接触设备表面

     • 电磁波在空间传播过程中功率会随距离迅速衰减：

       • 近区：功率密度约按距离平方反比减小
       • 远区：功率密度约按距离成反比减小

公众暴露控制限值

• 注：对于脉冲电磁波，除满足上述要求外，其功率密度的瞬时峰值不得超过表1中所列限值的1000倍或场强的瞬舜时峰值不得超过表1中所列限值的32倍。

• 环境电磁波容许辐射强度分级标准
  

生活常用设备电磁辐射特性表

设备	频率范围	典型发射功率	距离人体典型功率密度	备注 / 使用特点	参考链接
手机	0.8–2.6 GHz（2G/3G/4G），3.3–4.9 GHz（5G Sub-6G）	0.1–2 W（自动调节）	贴耳时约 0.1–1 mW/cm²	近场辐射，SAR ≤ 1.6/2.0 W/kg（FCC/ICNIRP）	FCC SAR
Wi-Fi 路由器	2.4 GHz / 5 GHz	0.05–0.2 W	0.01–0.1 mW/cm²（1m处）	连续发射，功率远低于手机	Wi-Fi Alliance
蓝牙耳机	2.4 GHz	< 0.01 W（10 mW）	< 0.001 mW/cm²（1m处）	功率极低，接触面积小	Bluetooth SIG
微波炉	2.45 GHz	500–1000 W	外壳泄漏 ≤ 1 mW/cm²（5cm处）	受标准严格限制（GB 4706.21）	WHO 微波炉安全
基站（宏站）	0.8–3.5 GHz	20–60 W	地面 10–100 μW/cm²	天线安装在高处，公众区域功率密度低	ICNIRP Guidelines
无绳电话（DECT）	1.9 GHz	< 0.25 W	0.01–0.1 mW/cm²	持续低功率通信	ETSI DECT 标准
智能手表 / 可穿戴设备	2.4 GHz	< 0.1 W	< 0.01 mW/cm²（1m处）	主要通过蓝牙/Wi-Fi发射	ICNIRP Wearables

• 微波炉在距离外壳 5 cm 时泄漏功率密度为 1 mW/cm²，若距离 30–40 cm，功率密度将降至约 0.01 mW/cm²，衰减约 100 倍
• 手机等日用无线设备在出厂前必须进行辐射测定，并满足国际或国家的电磁辐射安全标准

生物实验数据

微波对白内障的实验与研究结论

• 动物（兔）实验表明：当功率密度达到 500～600 mW/cm² 时，可导致兔眼晶状体形成白内障。在单次 270 分钟 照射中，当功率密度达到 120～200 mW/cm² 时，可引起眼球损伤。当晶状体囊后侧玻璃体液温度升至 49～50 ℃ 时，晶状体结构发生不可逆变化。

• 美国三军的微波研究报告指出：10 mW/cm² 的照射不会损害晶状体。 10～300 mW/cm² 的照射可引起晶状体水肿，但多为可逆性变化。 >300 mW/cm² 的照射会造成晶状体不可逆损伤。

• 脉冲波比连续波的损伤性更强，因此部分研究者认为 2450 MHz 微波导致白内障的机制不仅仅是热效应。

微波对血液生成的影响

• 动物（棕鼠）实验表明： 暴露于 2100 MHz、20 mW/cm² 的微波辐射下 71 小时，淋巴细胞和嗜酸性细胞均显著减少。

• 动物（棕鼠）实验表明：暴露于 3000 MHz 微波，按照不同方案进行：10 mW/cm²、60 分钟/天、连续 216 天； 10 mW/cm²、15 分钟/天、连续 20 天；100 mW/cm²、5 分钟/天、连续 6 天；结果显示：在 40 mW/cm² 和 100 mW/cm² 条件下，白细胞、红细胞和淋巴细胞的绝对数量均下降，而粒细胞和网状细胞数量升高；在 10 mW/cm² 时，白细胞和淋巴细胞数目减少，粒细胞增加。

• 动物（大白鼠）慢性实验表明： 在 5 mW/cm² 条件下，连续照射 每天 5 小时、共 30 天，血液指标已出现明显变化，表明 作用阈值约为 5 mW/cm²。

• 对血液成分的影响： 血小板数量减少；血液中巯基（-SH）含量下降；高功率电平（如 280 mW/cm²）会导致 血液凝固时间延长，但血块收缩时间缩短。

微波对内分泌的影响

• 研究表明，微波辐射对内分泌功能的影响主要表现为：甲状腺功能改变：出现甲状腺肿大，碘摄取率升高；乳腺分泌功能下降：妇女乳汁分泌量减少；糖代谢紊乱：导致代谢与内分泌调节异常。30 mW/cm^2 S波段微波辐射35 min可对大鼠造成生理和心理应激损伤，且该损伤与JNK通路的激活有关。

• 动物实验表明： 小于 10 mW/cm² 的微波辐射即可使动物的丘脑-垂体-肾上腺轴功能紊乱。

• 动物实验表明： 将小鼠暴露于 10000 MHz（10 GHz） 微波，功率密度为 20 mW/cm² 和 60 mW/cm²，其生长率先受到抑制，随后又出现增加。反复暴露于 3000 MHz 微波，可使年轻动物生长率增加 4～6%。棕鼠在反复暴露于 2450 MHz 微波后，体重增加速度快于对照组。

• Effect of Radiation Emitted by Wireless Devices on Male Reproductive Hormones: A Systematic Review 无线设备辐射对男性生殖激素的影响：系统评价

• 动物（棕鼠）实验表明：实验使用 2450 MHz、250 mW/cm² 微波对棕鼠睾丸照射，分别持续 5 分钟、10 分钟、15 分钟，并在 第 6 天、第 13 天、第 29 天进行组织学检查，结果表明：

  • 损伤程度与照射时间密切相关：

    • 5 分钟照射即可引起睾丸水肿与肿胀；
    • 更长时间照射则导致睾丸萎缩、纤维化，以及精细管的凝固性坏死。
    • 实验表明，将2540MHZ微波对墨丸照射与红外线照射进行比较，在同样温升情况下（41℃），微波照射的损害程度比红外线严重。

  • 恢复情况：

    • 在照射后的 第 13 天，受损组织出现明显恢复迹象；这表明在一般照射条件下，微波主要是抑制精子的生长过程，但对睾丸间质细胞和体液中的激素含量影响不大，因此停止照射后性机能可恢复。

  • 不可逆性：

    • 强烈微波照射仍会造成不可逆损伤，导致生育功能难以恢复。

作业人员个体防护用具

在射频和微波环境下，作业人员需要佩戴个体防护用具，以减少电磁辐射对身体的影响。主要包括防护衣和防护眼镜。

（1）防护衣

防护衣样式类似短大衣，用于保护包括生殖器官在内的全身，减少微波照射。

常见类型：

• 金属丝布防护衣
  采用极细的铜丝或铝丝，与棉线或蚕丝混合编织而成。
  优点： 防护性能良好
  缺点： 材料较硬，穿着不便，不受作业人员欢迎

• 渗金属布防护衣
  通过化学处理，将银粒子渗入化纤布或纯棉布中制成。
  优点： 防护效果好，穿着方便
  缺点： 银的来源困难，价格昂贵，推广受限
  改进方案： 目前已成功用铜代替银，降低成本，并已投入生产

（2）防护眼镜

防护眼镜样式类似风镜，主要保护眼睛免受强电磁场和微波辐射的影响。

常见类型：

• 金属网防护眼镜
  缺点： 透光度低，使用不方便，逐渐淘汰
• 金属膜防护眼镜
  在光学玻璃表面蒸镀一层极薄金属膜，
  优点： 透光度高，防护效果好，受欢迎

CG

• 《射频和微波辐射及其防护技术》叶宗林编著，四机部第十设计研究院，1981年2月。本书适合作为射频和微波工作者、环境保护和安全管理人员，以及相关医疗人员的参考资料。本书从电波防护的角度出发，系统讨论了以下内容：

  • 第一篇：电磁场与电波辐射（电磁场感应与电波辐射的基本原理）
  • 第二篇：电磁环境对生物体的影响（电波对生物体的影响及其生物学效应）
  • 第三篇：电磁场近区场强和微波漏能的测量（近区电磁场强度和微波泄漏的测量技术）
  • 第四篇：电波辐射的防护（相关的屏蔽与防护措施）

• 《无线电管理条例》：修订后的《中华人民共和国无线电管理条例》，自2016年12月1日起施行。

• 中华人民共和国国家标准UDC 614.898.5 GB 9175─88 环境电磁波卫生标准

• INTERNATIONAL PROGRAMME ON CHEMICAL SAFETY

• Influence of microwave radiation on the organism of man and animals.

• 武科大团队研发新材料，可屏蔽90%以上电磁干扰给电子设备穿上电磁“防护衣” 团队研发的“FeCoRu”三元合金薄膜材料

• 手机壳：