老婆前些日子背著我買(mǎi)個(gè)了防輻射服,蠻貴的,為此倆人吵了一架。為了爭(zhēng)出勝負(fù)特地對(duì)防輻射的原理做了一些初略研究,還找了儀器測(cè)了一下,雖然結(jié)果不是我想要的,也長(zhǎng)了不少知識(shí)。在這里向老婆鄭重道歉,特寫(xiě)此文表明老婆是永遠(yuǎn)正確的。
---愛(ài)你的豐
電磁輻射存在兩種類(lèi)型:
電離輻射——此類(lèi)輻射包含足夠電磁能量,足以使原子和分子與組織分離,并改變?nèi)梭w內(nèi)化學(xué)反應(yīng)。伽馬射線和X射線是兩種形式的電離輻射。我們知道它們導(dǎo)致?lián)p害,這就是我們?cè)趯?duì)身體拍X光片時(shí)穿上鉛背心的原因。
非電離輻射——一般情況下非電離輻射是安全的。非電離輻射產(chǎn)生一些熱效應(yīng),但是通常不足以對(duì)組織產(chǎn)生任何類(lèi)型的長(zhǎng)期損害。射頻能量、可見(jiàn)光和微波輻射被認(rèn)為是非電離輻射。
我們?nèi)粘R?jiàn)到的微波爐的頻率是2450兆赫就是非電離輻射將電磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為熱能,與水分子產(chǎn)生共振加熱食物,由于電磁波有穿透性,所以我們會(huì)發(fā)現(xiàn)食物會(huì)有里外同時(shí)加熱的現(xiàn)象,當(dāng)然電磁波在穿透過(guò)程中轉(zhuǎn)換為熱能而逐漸消弱,所以加熱效果是由表層到里層逐漸衰弱的。
手機(jī)的是800-1800兆赫,3G手機(jī)的頻率在2000兆赫,與微波率的頻率非常接近。雖然還不會(huì)與人體細(xì)胞中的細(xì)胞液產(chǎn)生強(qiáng)烈共振發(fā)生瞬間高熱,但也會(huì)讓長(zhǎng)時(shí)間接打手機(jī)的人們感到頭部有灼燒感。
電磁防護(hù)的原理:
電磁場(chǎng)在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí),其場(chǎng)量(E和H)的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點(diǎn)看,電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)有能量損耗,因此,表現(xiàn)為場(chǎng)量振幅的減小。導(dǎo)體表面的場(chǎng)量最大,愈深入導(dǎo)體內(nèi)部,場(chǎng)量愈小。這種現(xiàn)象也稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而做成電磁屏蔽裝置。
一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體,并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)的干擾,又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過(guò)大,而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素
電磁屏蔽是抑制干擾,增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽,可以抑制外來(lái)高頻電磁波的干擾,也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備。如在收音機(jī)中,用空芯鋁殼罩在線圈外面,使它不受外界時(shí)變場(chǎng)的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個(gè)道理。示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場(chǎng)不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內(nèi)部的元件或設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設(shè)備。
用什么材料作電磁屏蔽呢?因電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快,把由導(dǎo)體表面衰減到表面值的1/e(約36.8%)處的厚度稱(chēng)為趨膚厚度(又稱(chēng)透入深度),用d表示,有
其中μ和σ分別為屏蔽材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。若電視頻率f=100 MHz,對(duì)銅導(dǎo)體(σ=5.8×107/Ω·m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求出d=0.00667mm。可見(jiàn)良導(dǎo)體的電磁屏蔽效果顯著。如果是鐵(σ=107/Ω·m)則d=0.016mm。如果是鋁(σ=3.54×107/Ω·m)則d=0.0085mm。
為了得到有效的屏蔽作用,屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質(zhì)內(nèi)部的電磁波波長(zhǎng)(λ=2πd)。如在收音機(jī)中,若f=500kHz,則在銅中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在鋁中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音機(jī)中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因?yàn)殡娨曨l率更高,透入深度更小些,所需屏蔽層厚度可更薄些,如果考慮機(jī)械強(qiáng)度,要有必要的厚度。在高頻時(shí),由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從而造成諧振電路品質(zhì)因素Q值的下降,故一般不采用高磁導(dǎo)率的磁屏蔽,而采用高電導(dǎo)率的材料做電磁屏蔽。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽。
電磁防護(hù)計(jì)算方法:
電磁波在穿過(guò)屏蔽體是發(fā)生衰減是因?yàn)槟芰坑辛藫p耗,這種損耗可以分成兩個(gè)部分:反射損耗和吸收損耗。
反射損耗:當(dāng)電磁波入射到不同媒質(zhì)的分界面時(shí),就會(huì)發(fā)生反射,使穿過(guò)界面的電磁能量減弱。由于反射現(xiàn)象而造成的電磁能量損失稱(chēng)為反射損耗,用字母R表示。當(dāng)電磁波穿過(guò)一層屏蔽體時(shí)要經(jīng)過(guò)兩個(gè)界面,要發(fā)生兩次反射。因此,電磁波穿過(guò)屏蔽體時(shí)的反射損耗等于兩個(gè)界面上的反射損耗總和。反射損耗的計(jì)算公式如下:
R=20lg(ZW/ZS) (dB) 式中: ZW=入射電磁波的波阻抗,ZS=屏蔽材料的特性阻抗
|ZS|=3.68×10-7(fμrσr)1/2式中: f=入射電磁波的頻率,μr=相對(duì)磁導(dǎo)率,σr=相對(duì)電導(dǎo)率
吸收損耗:電磁波在屏蔽材料中傳播時(shí),會(huì)有一部分能量轉(zhuǎn)換成熱量,導(dǎo)致電磁能量損失,損失的這部分能量成為屏蔽材料的吸收損耗,用字母A表示,計(jì)算公式如下:
A=3.34t(fμrσr)1/2 (dB)
多次反射修正因子:電磁波在屏蔽體的第二個(gè)界面(穿出屏蔽體的界面)發(fā)生反射后,會(huì)再次傳輸?shù)降谝粋(gè)界面,在第一個(gè)界面發(fā)射再次反射,而再次到達(dá)第二個(gè)界面,在這個(gè)界面會(huì)有一部分能量穿透界面,泄漏到空間。這部分是額外泄漏的。應(yīng)該考慮進(jìn)屏蔽效能的計(jì)算。這就是多次反射修正因子,用字母B表示,大部分場(chǎng)合,B都可以忽略。
SE = R + A + B
度量屏蔽性能的物理量
屏蔽體的有效性用屏蔽效能(SE)來(lái)度量屏蔽效能的定義如下:
SE=20lg(E1/E2) (dB)
式中:E1 =沒(méi)有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng) E2 =有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)
如果屏蔽效能計(jì)算中使用的是磁場(chǎng)強(qiáng)度,則稱(chēng)為磁場(chǎng)屏蔽效能,如果屏蔽效能計(jì)算中使用的是電場(chǎng)強(qiáng)度,則稱(chēng)為電場(chǎng)屏蔽效能
屏蔽材料的選擇
1)材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性越好,屏蔽效能越高,但實(shí)際的金屬材料不可能兼顧這兩個(gè)方面,例如銅的導(dǎo)電性很好,但是導(dǎo)磁性很差;鐵的導(dǎo)磁性很好,但是導(dǎo)電性較差。應(yīng)該使用什么材料,根據(jù)具體屏蔽主要依賴(lài)反射損耗、還是吸收損耗來(lái)決定是側(cè)重導(dǎo)電性還是導(dǎo)磁性;
2)頻率較低的時(shí)候,吸收損耗很小,反射損耗是屏蔽效能的主要機(jī)理,要盡量提高反射損耗;
3)反射損耗與輻射源的特性有關(guān),對(duì)于電場(chǎng)輻射源,反射損耗很大;對(duì)于磁場(chǎng)輻射源,反射損耗很小。因此,對(duì)于磁場(chǎng)輻射源的屏蔽主要依靠材料的吸收損耗,應(yīng)該選用磁導(dǎo)率較高的材料做屏蔽材料。
4)反射損耗與屏蔽體到輻射源的距離有關(guān),對(duì)于電場(chǎng)輻射源,距離越近,則反射損耗越大;對(duì)于磁場(chǎng)輻射源,距離越近,則反射損耗越小;正確判斷輻射源的性質(zhì),決定它應(yīng)該靠近屏蔽體,還是原理屏蔽體,是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。
5)頻率較高時(shí),吸收損耗是主要的屏蔽機(jī)理,這時(shí)與輻射源是電場(chǎng)輻射源還是磁場(chǎng)輻射源關(guān)系不大。
防輻射服產(chǎn)品的選購(gòu):
1、原則
人類(lèi)日常生活的環(huán)境中有充滿(mǎn)了電磁輻射,從太陽(yáng)、無(wú)線廣播,電線,電話線,電腦,電視,手機(jī)都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,包括我們看到的光線也是一種電磁波。
由于人體是導(dǎo)體,可以吸收電磁場(chǎng)的能量。在電磁場(chǎng)的作用下,人體的分子會(huì)發(fā)生取向排列,在分子排列過(guò)程中相互碰撞消耗磁場(chǎng)能而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(熱能),引起熱效應(yīng),使得人體不同部位發(fā)熱。電磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,則熱效應(yīng)越明顯;電磁振蕩頻率越高,熱效應(yīng)越明顯,即電磁輻射對(duì)人體的作用:微波>超短波>短波>中波>長(zhǎng)波。
高壓電線,手機(jī),電腦CPU,微波爐,電磁爐等發(fā)出來(lái)的電磁波,是既能透入人體又足夠能使人體細(xì)胞產(chǎn)生不良反應(yīng)的高頻率電磁輻射。所以我們?cè)谶x購(gòu)原則就是要能有效屏蔽高頻電磁輻射。
2、測(cè)試方法
測(cè)試方法一、包手機(jī),就是用防輻射服裝將手機(jī)包住,隔絕手機(jī)與外界的信號(hào)聯(lián)系,再撥打這個(gè)手機(jī),手機(jī)無(wú)法接通,說(shuō)明防輻射效果好。
有人說(shuō)這個(gè)方法不科學(xué),因?yàn)樾盘?hào)是雙向的,只要屏蔽住基站發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào),就可以使手機(jī)無(wú)法接通了,有的廠商為了達(dá)到這種屏蔽手機(jī)效果,專(zhuān)門(mén)針對(duì)基站信號(hào)做了特殊優(yōu)化,雖然能包住手機(jī),卻屏蔽不了手機(jī)近場(chǎng)輻射。然而對(duì)人體最大的危害是手機(jī)本身發(fā)出的近場(chǎng)輻射。
針對(duì)這個(gè)疑問(wèn)我找了倆款不同材料的防輻射衣服做了一組測(cè)試,
思路:測(cè)試手機(jī)在撥通時(shí)的近場(chǎng)輻射大小,測(cè)試用防輻射服隔離手機(jī)與測(cè)試儀時(shí)測(cè)到的輻射大小,比較測(cè)試結(jié)果值,就看防輻射服的屏蔽功效。
測(cè)試用的儀器是: TES電場(chǎng)測(cè)試器(感謝趙師兄的鼎立支援)
被測(cè)服裝:金屬纖維防輻射服一件(感謝老婆的信任)和銀纖維防輻射服一件(感謝曉春將新買(mǎi)的衣服借給我測(cè)試)
測(cè)試值說(shuō)明:
mV/m,輻射場(chǎng)每米的電壓強(qiáng)度V/m=1000*mV/m
測(cè)試中測(cè)試的是每米的最大輻射場(chǎng)電壓強(qiáng)度,這個(gè)值在開(kāi)始測(cè)試后是只增不減的,也就是儀器只顯示曾經(jīng)出現(xiàn)的最大輻射場(chǎng)電壓強(qiáng)度,選擇這個(gè)值的原因一是為了看的清楚,二是出現(xiàn)的最大值時(shí)也就是對(duì)人體傷害的最大的時(shí)刻。